磨尔滩水库大坝变形观测浅谈

王 艳，黄孝红

(1.南充市高坪区水务局;2.南充康源水务集团，四川南充，637600)

磨尔滩水库始建于1958年，为均质土坝，坝高27.5m，坝长120m，控制流域面积26.5km2，总库容1119.62万m3，有效库容787.45万m3。水库大坝建成至今运行已40多年，上世纪80年代水库整治时，在坝体布设了简陋的大坝位移观测设施，但由于设备简陋，不能满足位移观测精度要求。2000年11月，省水利厅以川水建管〔2000〕828号文决定全面整治，采用四川省新都飞翔测绘工具厂制造的F-1A型通用观测设备，重新敷设了大坝变形观测设施。现将大坝位移观测方法及观测设备情况叙述如下。

图1 位移观测墩、位移标点平面布置

1 视准线法观测大坝水平位移

1.1 视准线法原理

如图1所示，在大坝两岸基岩上设置A1～D1(右岸)、A5～D5(左岸)基点(位移观测基点)，在坝体的基点连线方向上设置(A2、A4～D2、D4)位移观测标点，将经纬仪安置在基点上，照准另一端基点上的标志，可获一条视准线(叫基准线)，当望远镜线横轴作上下转动时，可产生一个视准面(叫基准面)。由于基点埋设在稳固的基岩上，其位移可以认为是不变的，定期观测位移观测标点对视准线的偏离值(测点到视准线的垂直距离)，就能求得坝体的水平位移值。这种观测方法称为视准线法。

位移观测标点的水平位移值是以第一次观测为基础的。设L1为第一次观测的偏离值，Li为第i次观测的偏离值，则水平位移值δy为:δy=Li-L1。

一般规定向下游的水平位移值为正，向上游的水平位移值为负。如果取右岸的基点为B1，基准线为X轴，坐标值从右岸向左岸增加，而Y轴向下游为正值，就能满足上述要求。

1.2 测点布设

为了全面掌握大坝的水平位移规律，同时又不使观测工作过于繁重，在大坝上选择有代表性的部位敷设适当数量的观测点进行观测(见图1)。

根据磨尔滩水库大坝的实际情况，在设计高水位以上的上游坡敷设一排 A1、A2、A3、A4、A5(A1、A5为基点)，在坝顶靠下游坝肩铺设一排B1、B2、B3、B4、B5(B1、B5为基点)，下游坡铺设 C、D 二排(C1、C5和 D1、D5为基点)，同时在每排两个基点的延长线上埋设一个校核基点。为了掌握大坝横断面的变形情况，A、B、C、D各纵排点的测点都埋设在相应的横断面上(见图2)。

图2 位移标点横断面布置

1.3 观测仪器和设备

为了确保用视准线法观测大坝水平位移量的可靠性，必须对观测成果提出一定的精度要求。根据1965年水电部管理司制定的《土坝水平位移观测(视准线法)试行技术规范》中规定:“每一测点应进行两个测回，取其平均值作为观测成果。两测回成果之差不应大于5mm”。1978年编写的《水工建筑物观测工作手册》中规定:“用视准线法观测水工建筑物上的位移标点时，各测回的容许误差不应大于4mm(取二倍中误差)”。为了保证测量精度，观测仪器和设备的选用也很重要。

1.3.1 仪器。磨尔滩水库大坝水平位移的观测选用南方ET—02电子经纬仪。该仪器主要技术指标:精度为2″级，最小显示读数为1″;望远镜呈正像，放大倍率为30倍，分辩率3″，最短视距1.4m，视距乘常数100，视距加常数0，视距精度≤0.4%L(L为视距)。

1.3.2 观测设备。在位移观测中，不能用普通的三脚架和普通的觇标来进行观测，而要在基点和位移观测点上建造专用的观测墩，用以安装仪器，并安置专用觇标。磨尔滩水库位移观测墩采用钢筋混凝土结构，外表层用橙黄色和枣红色磨石装饰。为了在安置仪器和觇标时消除对中误差的影响，在观测墩顶面埋设了由四川省新都飞翔测绘工具厂制造的F-1A型通用式强制对中基座。该基座制造精良，最大对中误差0.05mm，连接方式为三槽、中心插入、螺栓连接，使用简单方便。觇标也是由该公司制造的M-450A型固定觇标和M-400C型精密活动觇标，最大对中误差≤±0.2mm。

1.3.3 校核基点采用混凝土墩。顶部埋设十字丝钢板，或在房屋墙上埋设螺栓，再在螺栓顶面上划一个十字作为照准目标。

1.4 水平位移观测操作方法

用活动觇标法测定水平位移。如图1所示，在基点B1上安置经纬仪，在基点B5上安置固定觇标，在位移观测点B2上安置活动觇标。当经纬仪照准B5点上的固定觇标后，再照准B2点，并指挥移动活动觇标。待活动觇标的照准标志落在望远镜十字丝上时，即发出“好”的信号，在活动觇标的读数尺上读数。重复移动觇标2～3次，并分别读数，为上半测回。下半测回，倒转望远镜用盘右位置重新照准B5点的固定觇标，而后照准B2点，观测方法与上半个测回相同，这样就完成了一个测回(本水库水平位移观测，每个测点采用两个测回)。第二测回开始应重新整平仪器，观测方法与第一测回相同。然后将经纬仪搬至B5点上，在B1点上安置固定觇标，与上同法进行返测。

2 水准测量法观测大坝垂直位移

2.1 观测原理及精度要求

利用水准仪进行水准测量，可以测出两点之间的高差。观测垂直位移，是在大坝两岸不受坝体变形影响的部位设置水准基点或起测基点，并在坝体表面敷设适当的垂直位移标点(一般与水平位移标点一致)，然后定期根据水准基点或起测基点，用水准测量测定坝面垂直位移标点的高程变化，即为该点的垂直位移值。

磨尔滩水库属中型水库，大坝垂直位移采用普通水准测量。按照三等水准测量操作方法实测，其往返闭合差△h≤±1.4mm;校测水准基点或起测基点的往返闭合差△h≤±0.72mm。用水准测量法观测大坝垂直位移，一般采用三级点位——水准基点、起测基点和位移标点;两级控制——由水准基点校测起测基点，由起测基点观测垂直位移标点。本水库大坝规模较小，也可由水准基点直接观测位移标点。

2.2 测点布置

2.2.1 水准基点。水准基点是垂直位移观测及其它高程测量依据的标准。本水库水准基点为原四川省测绘局测设的三等水准点(混凝土墩、铜芯暗标)，位于大坝左侧上游15m左右基岩上，高程系统为 1956年黄海高程，标高为342.010m。

2.2.2 垂直位移标点。本水库大坝垂直位移标点，布设在水平位移标点同一个观测墩上。水平位移标点强制对中基座上的半圆形标点头，即为垂直位移标点。

2.2.3 观测仪器和操作方法。本水库用水准测量方法观测大坝坝体垂直位移，采用国产天津欧波精密仪器厂制造的DS32型自动安平水准仪。其主要技术指标:望远镜呈正像，放大倍数32倍。乘常数100，加常数0，安平精度 ±0.3″，每公里往返测量标准偏差±1.0mm。双面水准尺，精度±1.0mm，尺垫为铸铁，重1.0kg。

观测垂直位移时，一般从大坝的一端起测基点开始，在测站安放水准仪，后视起测基点，前视第一个垂直位移标点，分别读数，记入记录表内。然后以第一个位移标点为转点，将水准仪搬到第二测站安平，后视第一个位移标点，前视第二个位移标点，分别记入记录表内。依次测至大坝的另一端起测基点后，再进行返测，至始测的起测基点止。

①垂直位移观测。按规范要求，用三等水准测量方法进行施测。三等水准测量，前后视距不超过70m，前后视距不等差不超过±2m，累计不等差不超过±5m。

②垂直位移观测可选择阴天或早晨等适宜测量的时间进行，并可尽量使每次观测的气候条件基本相同，以提高精度。

③进行垂直位移观测的人员、仪器、水准尺可予以固定，以避免系统误差和偶然误差。

④进行垂直位移观测，不应使用塔尺，而需使用双面水准尺。其读数顺序为:后视黑面→前视黑面→前视红面→后视红面。

3 结语

南充市磨尔滩水库大坝变形观测设施的敷设与观测，经运行11年表明，技术上可行，实践中适用，满足国家和行业标准要求，为保证大坝安全运行提供了理论依据。