土壩變形觀測研究

楊 樹

(昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

土壩變形觀測研究

楊 樹

(昌吉回族自治州呼圖壁河流域管理處，新疆 呼圖壁 831200)

為確保大壩在施工、運行和使用中的安全，同時也是為大壩的設計、施工、管理和研究提供科學可靠的資料，針對土壩施工及運營中必須要對其進行觀測，該種觀測被稱為是土壩的變形監測。土壩變形觀測主要內容是：垂直位移的觀測、水平位移的觀測、裂縫觀測和滲透觀測。

土壩變形觀測；水平位移；垂直位移；滲透；裂縫

1 垂直位移

土壩的垂直位移觀測也叫沉降觀測，其主要是采用水準測量法，按照一定的周期對沉降的觀測點和水準基點高度差展開觀察、測量。

水準基點是沉降觀測基準，因此水準基點布設要滿足下面的幾個要求：必須要十分穩定，水準基點要設在沉降影響不到的范圍內，最好是設置在基巖上，在冰凍區域，水準基點最好埋設在低于凍土線0.5m的位置[1]。為了保障水準基點有著正確的高程，最好是布置3個以上的水準基點，這樣對測量結果的核對就變得很方便。水準基點和觀測點距離適中，若是距離過遠將會導致觀測精度降低，設置范圍通常是100m以內。

設置沉降觀測，在觀測土壩的沉降變化中也要設置相應的觀測點，沉降觀測點的布置要滿足：測點位置必須設置于可以全面反映土壩沉降，最好是設置在大壩高處、壩基地質、壩底地形會出現比較大變化處。

在設置沉降觀測點時，要將個點設置均勻分布，而且觀測點的最佳布置是沿著壩軸方向，自大壩高處向兩邊設置，兩點間隔距離通常是40-80m[2]。

觀測周期，土壩竣工后，一般測量頻率是1個月1次，若是沉降的速度減緩，則可以延長至2-3個月觀測1次，指導沉降穩定以后停止。這一依據日歷計劃觀察變形的情況是正常系統觀測。除此之外，有的時候還有緊急觀測，通常是在出現緊急情況的前后均實行。

觀測過程中要后視水準基點，按照前視各沉降觀測點，最終再一次觀測后視水準基點，兩次的視讀數變化是±1mm[3]。

觀測沉降工作具有長期性及連續性的特點，為保證測量結果正確，下面4個方面必須是固定的，其中有觀測人員、水準儀和水準尺、水準基點、實測路線和測站。

在結束每1次的觀測后，對數據的記錄和計算準確性展開確認，保證具有合格的精度，之后對高差閉合差進行調整，將各沉降的觀測點高程實現計算得出，將其記錄在沉降觀測表。

各沉降觀測點本次沉降量計算法為：本次沉降量=觀測高程-上次測量高程。

累計的沉降量：累計沉降量=本次沉降量+上次累計沉降量[5]。

將計算得到的沉降觀測點、該次沉降量、時間、荷載等錄入沉降觀測表。

縱軸為沉降量s，時間t是橫軸，構建直角坐標系。以每次累計沉降量當成縱坐標，橫坐標位觀測日期，標記沉降觀測點具體地理位置；用曲線連接各個標記處的點，并且在曲線一端標出沉降點的觀測號，繪制出時間沉降量關系曲線。

2 觀測水平位移

依據控制點的大壩平面位置伴隨時間移動方向和程度展開測量，以上過程被稱為位移觀測。位移觀測中要在大壩周圍設置測量控制點，隨后在大壩上設置位移觀測點，其中主要包含了2個位移觀測法：①基準線法；②角度前方交會[6]。

基準線測量法主要是依據通過大壩軸線河水和大壩軸線平行的鉛直平面當成基準平面，從而將水平位移測量得出。

準線法誤差主要是照準方面的誤差。為降低儀器和站牌等安置過程中出現的誤差，在對墩頂面觀測中通常會埋設固定強制性對中設備[7]。

使用精密經緯儀測量基準線以及置鏡點到觀測點視線夾角，依靠公式計算出偏離值。偏離值計算方法：

L=a/p×s，對距離s精度方面，一般采用1/2000精度丈量邊長是滿足精度要求的，只需要對邊長進行一次丈量就可以，然后在各周期內進行觀測，該值被認為是不會發生改變的；觀察小a精度。

小角度測量中，每1次每半測回測量內必須要觀測到每1個方向，都要在瞄準目標后于測微器下讀數，隨后通過瞄準目標后讀第2個讀數。如此每半測回內每個方向都需要2次照準，進而提升小角微測精度[8]。

3 裂 縫

土壩裂縫可以按照具體情況，觀測全部的或是較為重要的裂縫；或者是選擇比較典型的裂縫來觀測。對分裂縫寬度>5mm，或者縫的寬度<5mm，但是長度比較長的裂縫，弧形裂縫和明顯的垂直錯縫等都要實行觀測[9]。

觀測的次數主要依據具體情況來定，一般裂縫剛開始出現時要每天觀測1次，若是裂縫由于繼續發展和庫水位波動大，要適當增加觀測次數，暴雨后要增加1次；裂縫發展緩慢后逐漸減少觀測次數。對于必須長時間進行觀測的裂縫，則需要考慮保持同土壩位移觀測次數的相同。

4 分析變形監測的具體措施

4.1 柴水河水庫大壩外部監測資料

柴河水庫在遼河左側中游的柴河支流上面，該水庫具有灌溉、防洪、發電等多種功能，是綜合性大型水利樞紐工程。主要組成部分為：土壩、輸水道、水電站等，總庫容量為6.36億m3，洪水水位112.00m。該大壩主要采用黏土薄芯墻砂殼壩型，壩頂高117.30m，最大壩高42.3m，長度982m，上游壩坡坡度1∶2.5和1∶3.0，下游壩坡坡度1∶2.25,1∶2.25和1∶2.5。

柴河水庫從1976年建設完成以后立即開始實行觀測，大壩外部的變形觀測主要內容有沉降觀測和水平位移觀測。大壩變形觀測具體是沿壩軸線方向，共設6個觀測斷面，每一斷面兩端都要設置1個觀測點，一共16個，另外還要設置4個校核點，每個斷面由于存在長度差異，觀測標點的數量設置是不同的，沉陷和水平位移觀測標點均在統一基座上，同時使用1個點號，共62個位移標點。

4.2 大壩沉降量

按照實際測量的資料數據折線統計圖，見圖1-2，該大壩的年最大沉降量值一般出現于河谷中部，最小值在兩岸壩體較低的位置。沉降量主要體現于中部和兩端較小的趨勢，這一現象符合土石壩的基本變形規律。

圖1 三斷面相對沉降量

圖2 三斷面相對沉降量過程線

庫水位會影響沉降量，庫水位影響壩體沉降量主要體現于隨庫水位升高而增大。分析五斷面1989年的資料，斷面在本年度的5月沉陷量最大見圖3和圖4進行對比分析得知，主要是該年的4月份水位達到最高點。針對每1個柴水庫大壩的測點斷面都展開對比分析，可知，沉陷量最大值基本上會出現于庫水位最高點，水位的變化并不明顯的時候，沉陷量的變化通常都會逐漸的趨向于穩定。

圖3 五斷面沉降量過程線

圖4 1989年庫水位過程線

時效對沉降量的影響是很明顯的，其影響要比水位影響大很多。伴隨大壩繼續運行，沉降量整體上升趨勢，但上升幅度逐漸放緩平緩。觀察圖5，出現上述情況的主要原因是遭受土體固結的影響，土體內顆粒骨架在不斷的荷載下發生了蠕變，進而出現了這一中土壩結構逐漸穩定，不斷收斂的規律。

圖5 三斷面沉陷量的過程線

對沉降量疑點展開分析，歷史數據資料中，4-3斷面位移的變化曲線要顯著高于其他斷面通過分析可知，其水位變化規律是很正常的，隨后綜合分析大壩的情況，4-3斷面的沉降量很可能是因為該處巖石的透水性較強，大壩建設過程中，處理不夠妥當，在大壩的運營中出現了滲流，伴隨著時間的延續，壩體出現了向下的唯一，并且沉陷量也逐漸在增加。

5 總 結

綜上，文章具體對大壩的變形過程、影響因素、變形的幅度及規律都做出了詳細的分析，此外還闡述了變形值與相關影響因素之間的聯系，同時找出了兩者之間的函數關系式，進而實現對大壩的工作狀態做出科學的觀測和評判。在積累了大量的數據以后，對大壩變形的內在因素和規律展開分析，提出修正設計理論，同時針對使用的經驗數據做出修正。

[1]劉戰江,張立剛.基于土壩的變形觀測[J].黑龍江水利科技,2011(03):100-101.

[2]任廣,王連卿.柴河水庫大壩運行狀況的觀測與分析[J].吉林水利,2007(06):32-34.

[3]鄒離湘,明海燕.地震強度對UpperSanFernando土壩流動變形的影響[J].河海大學學報(自然科學版),2003(03):285-290.

[4]趙中原.基于ARMA混合回歸模型的土壩變形分析[J].水電能源科學,2009(03):74-76.

[5]白永年.第三講:用土壩壩體劈裂灌漿技術代替混凝土防滲墻[J].中國水利,2009(14):60-64.

[6]陳海文,黃盛彬.澄碧河水庫土壩壩頂不均勻沉陷與安全運行分析[J].大壩與安全,2009(03):15-19，22.

[7]黃明,蔡衛華.大廣壩變形監測系統的改造與完善[J].大壩觀測與土工測試,1997(02):21-23.

[8]李克綿,馬洪亮,彭立斌,等.通過串接土體位移計監測哈達山均質土壩的沉降[J].大壩與安全,2013(01):13-16.

[9]陳繼光,呂學昌.土壩觀測數據的模糊人工神經網絡分析[J].水利學報,2000(01):19-22.

ObservationandStudyonEarthDamDeformation

YANG Shu

(Hutubi River Watershed Management Department，Hutubi 831200，China)

In order to ensure the safety of dam construction，operation and usage，at the same time，to supply reliable information for the design，construction，management and research of earth dam，the earth dam construction and operation have to be observed，this kind of observation is called the observation of earth dam deformation. The main contents of earth dam observation include the observation of vertical displacement，observation of horizontal displacement，fissure observation and infiltration observation.

observation on earth dam deformation；horizontal displacement；critical displacement；infiltration；fissure

1007-7596(2017)10-0013-04

TV698.11

B

2017-09-22

楊樹(1967-)，女，河南尉氏人，助理工程師，研究方向為水利管理和水利工程施工。