戈兰滩水电站大坝表面变形监测

2010-07-24 13:01曹家印杨贵崇
水利水电工程设计 2010年1期
关键词:封顶坝段基点

曹家印 杨贵崇 张 锴

戈兰滩水电站位于云南省普洱市(原思茅市)绿春县与江城县交界的李仙江上,是李仙江干流7个梯级电站的第6级,坝址距红河州绿春县城约114 km,距江城县约50 km,上游距甫度水电站约44 km,下游距土卡河水电站约27 km。

戈兰滩水电站一期工程主要建筑物包括碾压混凝土重力坝、泄水建筑物、消能防冲建筑物、发电引水建筑物、岸边地面厂房及GIS开关站等。碾压混凝土重力坝轴线采用折线布置,坝顶长466 m,坝顶高程458 m,最大坝高113m,共分16个坝段。泄水建筑物布置在河床中间9#~12#坝段,采用5个表孔和2个底孔上下交错的布置型式;表孔堰顶高程438 m,孔口尺寸13 m×18 m(宽×高);底孔进口高程395 m,孔口尺寸4 m×7 m(宽×高)。泄水建筑物下游采用宽尾墩、底流联合消能方式,消力池长110 m,底宽84 m,底板顶高程356 m;消力池尾坎高8 m,顶高程364 m。防冲板位于消力池尾坎下游,长20 m,顶高程360 m。

1 水平位移监测控制网测量及精度统计

1.1 布网方案

1.1.1 网形情况

水平位移监测控制网分2个层次布设,第1层次由4个基准点组成的基准网,布置在水库压力影响范围以外,作为下1个层次水平位移监测的基准。第2层次为近坝水平位移监测网,分别用以监测坝肩高边坡、厂房后边坡和坝顶的水平位移。基准网布设及实施在这里不在赘述,主要叙述工作基点网的布设情况。

在已有外部变形监测控制网基础上,增加2座工作基点(命名为LSJC01、LSJC02),LSJC01位于左岸公路约30 m,与现闽江局施工控制网点MJ03重合,该点是闽江局2005年在施工控制网基础上加密的带有强制归心设备的钢筋混凝土观测墩,经过近年施工检验,点位可靠,且该点能与现状大坝各坝段均有较好的通视条件,且与JC01、JC02、JC03、LSJC02通视,故利用MJ03作临时工作基点之一;LSJC02位于原JC01北东方向约200 m,闽江局临时营地西北角4 m,该处基础较好,易于保护,该处能与现状大坝各坝段均有较好的通视条件,且与原网JC02、JC03、JC04、LSJC01均通视,且角度很好。

水平位移监测工作基点网网图见图1。

图1 水平位移监测工作基点网

1.1.2 标石埋设

LSJC02标石规格:顶面40 cm×40 cm,下底40 cm×40 cm,柱高为120 cm,标石顶面应有金属标志中心,表石侧面刻字标注,字大小为5 cm×5 cm,并着漆描绘。标石埋设于地质坚硬、便于保存、观测有利之处。

1.1.3 网的构成

工作基点网由 JC01、JC02、JC03、JC04、LSJC01、LSJC02共同组成,构成比较复杂的多边形,图形条件较高,最小边长(JC04—LSJC01)约116 m,最大边长(JC02—JC03)约754 m,且不在同一三角形中。既保持与原有工作基点网一致,又对已有工作基点网进行补充。

1.1.4 测量实施

按《混凝土坝安全监测技术规范》DL/T5178—2003要求,选用LEICA TCA2003全站仪进行施测,水平角采用全圆观测法观测12个测回,在监测网点每点设立测站进行所有方向观测,并量取了测站及方向点的气压、干湿温度。

1.2 精度统计

统计结果见表1~3。

表1 监测网边长及边长相对中误差统计表

表2 三角形闭合差统计表

表3 平差后点位精度统计表

2 垂直位移监测网测量

2.1 一等水准基点网

由于已有垂直位移工作基点网可以满足监测使用,不再重复建造。即由左岸工作基点组LJZ06-1、LJZ06-2、LJZ06-3,右岸工作基点组LJZ07-1、LJZ07-2、LJZ07-3,厂房工作基点组LJZ05,左岸坝下桥 LJZ03,右岸坝下桥LJZ04组成。以LJZ01-1为起闭点联测所有基点组的点的闭合水准路线。

2.2 二等水准监测网

以一等水准基准网为基础,联测水平位移监测控制网各监测点,布设二等水准路线。联测了JC01、JC02、LSJC01、LSJC02点。

3 大坝监测点的布置及施测

根据实际情况,在坝体上布设形变监测点,以利用工作基点进行监测。

3.1 大坝监测点的布置

3.1.1 已经封顶坝段及坝肩监测点布置

已封顶坝段包括:1#~5#、16#,以距坝顶下游边线30 cm为观测墩下游侧底座边线,在左右坝头与公路交接处各布设1座监测点(BJC01、BJC18)在1#~5#、16#坝段中部各布设 1座监测点(BJC02 、BJC03 、BJC05 、BJC06 、BJC17)。

3.1.2 未封顶坝段监测点布置

未封顶坝段包括:6#~15#坝段。以各坝段下游侧立面距现状坝顶0.5 m高程面,各坝段布设1座监测点,有左右闸墩的坝段布设在左侧闸墩下游侧立面上,从左到右点名依次为:BJC07、BJC08、BJC09、 BJC10、 BJC11、 BJC12、 BJC13、 BJC14、BJC15、BJC16。由于施工的影响BJC16已被破坏,根据实际情况不再重做。

3.2 监测点造埋

3.2.1 已经封顶坝段及坝肩监测点造埋

采用普通混凝土带有强制归心设备的四棱柱状观测墩,根据现状特点,便于施工,将观测墩地下部分底座除去,改为4根 Φ 12的竖向插筋,插筋深入坝体1 m,插筋总长2.2 m,同时在坝面上加120 cm×120 cm×20 cm底座。

3.2.2 未封顶坝段监测点造埋

为了便于施工,采用壁挂式安装强制归心设备,并安装专用棱镜。

3.3 临时监测点初始值获取及施测精度

3.3.1 水平位移施测方法

采用LEICA TCA2003全站仪位移监测系统进行数据采集及和处理,在 LSJC01、LSJC02、JC01、JC04、分别架站,采用多方向前方交会12测回观测,依次测量大坝所有监测点,分别进行了2次独立观测,把2次独立观测的成果取其中值作为监测点水平位移的初始值。

3.3.2 监测点位精度

监测点位精度统计见表4。

表4 监测点位精度统计表

3.3.3 垂直位移施测方法、精度

3.3.3.1 坝顶观测墩

采用一等水准的方法,分别以工作基点LJZ07-1、LJZ06-1为起闭点,组成闭合水准路线。2次独立观测监测点 BJC01、BJC02、BJC03、BJC05、BJC06、BJC17、BJC18,结果取 2次测量结果中数最为监测点垂直位移的初始值。

表5 监测点水准精度统计

3.3.3.2 未封顶区域

用全站仪在LSJC02、LSJC01监测点分别架站,采用三角高程的方法进行交会测量,12测回观测垂直角边长,记录测站及测点两端气压、干湿温度,利用水准高程计算出K值及各项改正,并最终取得2次独立观测的结果的均值作为垂直位移的初始值。同时也测量了坝顶观测墩的高程,并与水准高程做了比较。

3.3.3.3 高程及精度

高程及精度统计见表6~8。

表6 三角高程与水准高程比较表

表7 三角高程精度统计表(第1次独立观测)

表8 三角高程精度统计表(第2次独立观测)

4 大坝变形观测数据初始值的分析处理

大坝变形监测的目的是为了监测大坝运行的安全性,了解大坝的变形情况,为管理部门提供各种监测数据和监测结论,所以对监测数据初始值的分析处理是大坝变形观测的重要环节,为变形提供重要的数据依据。

4.1 水平位移初始值数据的分析

使用TCA2003全站仪进行观测,并充分考虑了气压、干温、湿温,并通过仪器各种改正计算,求出了观测过程中的K系数。工作基点网网点最大点位中误差为±1.96 mm。通过2次对监测点的观测,监测点点位中误差最大为±0.50 mm,观测精度很高,把2次坐标的平均值作为大坝变形监测的初始值。

4.2 垂直位移初始值数据的分析

此次的变形监测涉及到了临时监测,与以往的大坝建成后观测还不一样,临时监测部分采用了特制的棱镜作为监测目标,在以前的工作中还没遇到过,可以说是一种新的尝试。通过已封顶坝段的三角高程数据与水准数据对比可以看出,经过各种改正后的三角高程测量的数据是可靠的,由于未封顶区域与封顶区域监测点所处环境一样,及在相同条件下同时观测,同样实用于未封顶监测点。由此延伸有个想法,在所处环境相同及观测条件一致的情况下,所有变形点高程是否可以用三角高程取代,通过严密地对距离修正及取得了观测过程中的K系数,经过实例证明了这一想法,并应用到了实际工作中。

5 结 语

戈兰滩水电站大坝变形监测,自监测系统建立以来,水平位移和竖向位移的观测方法正确,所提供的监测初始值可靠,采取的临时监测法方值得推荐。观测位移时完全采用测量机器人自动化的处理,大大缩短了工作周期,提高了工作效率,认为此测量的方法可以在大坝变形监测或其它建筑物的变形监测中应用。目前各种建筑物的变形监测项目较多,但测量方法、数据分析处理方式各不相同,本文旨在交流探讨变形监测和数据处理的方法以共同提高变形监测的效率和可靠性。

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