大坝变形监测控制网布设及其基准控制点稳定性分析

杨小平

(杨凌职业技术学院,陕西 杨凌712100)

我国20世纪50～60年代建造的大坝,经过几十年的运营,大部分已处于危险期,需进行加固,通过对大坝进行变形监测,给加固设计方案提供理论依据。对新建大坝的变形监测作为其运营管理阶段的一项必要任务。根据不同的大坝类型,布设不同图形的控制网和变形观测点,以便更好的服务于大坝运营。对控制网的强度和精度,必须根据被监测对象的特性要求和客观条件利用计算机进行优化设计,按最小二乘法进行估算,保证控制网的可靠[1]。

1 平面控制网的布设

1.1 边角控制网的图形

边角控制网的图形见图1。

1.2 基准控制点必须稳固

工作控制点离坝体适当距离,但需稳定。坝轴线上需布设2个工作控制点。控制点均应建造观测墩,其顶部应设置强制对中底盘。

1.3 一般以坝轴线为准

控制网的图形为大地四边形和一个三角形组合(或布设成双大地四边形)的边角网。控制网的可靠因子值需小于0.2″/mm。因条件限制个别观测不能满足此要求时,则应在观测中采取特殊措施。

图1 控制网

2 控制网的外业观测

2.1 水平方向观测

(1)用1″级全站仪。使用前必须对仪器进行检校。

(2)水平角观测按全圆方向法进行12测回观测[2]。

(3)观测时均选择较好的天气进行,观测前应将仪器进行一定时间凉晒,使仪器温度和外界环境保持一致。

(4)观测时调好焦距,成像清晰,同一测绘保持不变。

(5)一测回操作程序和读盘配置值按规范执行,照准目标时均二次照准目标读数。整个测回都在两个不同时间段完成,全阴天可在一个时间段内完成。麻家砭水库平面控制网水平角各测回观测均值见表1。

表1 麻家砭水库平面控制网水平角各测回观测均值

(6)观测值限差如表2[3]。

表2 观测限差

2.2 边长观测

(1)用1″级全站仪。使用前必须对仪器进行检校。

(2)边长观测时均选择气象条件稳定时间段。

(3)边长全部对向观测,每单向边均在两个时间段内观测,每单向边一个时间段内观测3测回,每测回2次[2]。

(4)每次观测时测前测后分别在测站和棱镜处读取温度、气压。分别量取仪器和棱镜高2次,读止0.5 mm,2次读数差小于1 mm[2]。

(5)所测边必须进行平均高程面归化。其公式为:

式中:DP为已加入倾斜、温度、气压改正后的实测边长(m);DH为边长归化至测区平均高程面的距离(m);HP为测区平均高程面的值(m);Hm为边长的平均高程(m);Rm为椭球曲率半径(m)。

(6)边长观测值及限差如表3、表4[1]。

表3 观测限差

表4 麻家边水库平面控制网各测站边长观测均值

2.3 竖直角观测

(1)用1″级全站仪中丝法观测6个测回[2]。使用前必须对仪器进行检校。

(2)观测限差如表5[2]。

表5 观测限差

3 控制网起算数据限差

控制网起算数据限差如表6。

表6 起算数据限差

4 控制点稳定性分析

边角网应尽早建成,尽快取得基准值。初次观测必须待控制点稳定后(28 d)进行,必须按照本文中1、2项操作。第2次复测按工程测量规范要求,检查控制点稳定性的方法是测量固定角和固定边是否在限差内,认为控制点稳定,反之不稳定。当控制点的时,为位移明显,否则不明显。

5 实例分析

2008年11月对金堆城钼业公司麻家砭库区进行首次控制网布设、观测、数据处理。2009年5月进行复测。按照测量规范相关要求,检查控制点的稳定时只检查基准控制点是否稳定,即J1、J2、J4。因为在本大坝安全监测项目中认为此三点远离变形应力范围之外,是相对固定不变的,而其他各控制点是为监测视准线工作点和变坡点而布设,监测大坝的变形就是定期监测它们的变化量来反映大坝是否有移位,因此复核控制点(J1、J2、J4)的稳定性是必须的。这次对外业观测资料进行核对,均满足规范精度要求。内业平差按照二级边角网的精度等级,采用秩亏自由网平差方法。

(1)控制网的起算点数据如表7。

表7 起算点坐标

(2)控制网的精度统计见表8。

表8 控制网精度

(3)控制点平面坐标及误差计算如表9。

表9 控制点平面坐标及误差

(4)由表8、表9看,固定边(DJ1-J2)和固定角(∠J2J1J3)误差均小于规定值,因而控制J1、J2、J3稳定,精度均满足要求,通过对该网采用秩亏自由网平差,可靠因子为0.125″/mm,误差最大点为J4(1.15 mm),小于±1.41 mm,无明显位移,可以作为变形监测点观测的已知点应用。

6 结 语

控制网的图形强度和精度是保证大坝变形监测的首要条件,从对该网型的分析,各项误差均满足技术要求。因而对变形点观测和数据处理分析能起到去伪存真,从而对大坝的运营管理提供有力的技术保障。随着高科技设备在工程中的不断应用,大坝变形监测工作将更加方便,发展更加完善。具体实施时应做到:

①控制网的网型一般可采用三角形和大地四边形组合或双大地四边形的边角网。②控制网首先在室内借助计算机进行精度估算,优化设计方案,再实地标定控制点。控制点必须标定为强制对中点。③外业数据观测必须按设计步骤进行。④控制网的平差可采用秩亏自由网平差;拟稳网平差。⑤所用全站仪必须经过检校。

[1]DL/T5178-2003.混凝土坝安全监测技术规范[M].北京:中国电力出版社,2003.

[2]GB/T17942-2000.国家三角测量规范[M].北京:中国标准出版社,2000.

[3]GB50026-93.工程测量规范[M].北京:中国计划出版社,2001.