混凝土壩及漿砌石壩的變形觀測

混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫（一）混凝土壩及砌石壩的伸縮縫觀測重力壩為適應(yīng)溫度變化和地基不均勻沉陷，一般都設(shè)有永久性伸縮縫。隨著外界影響因素的改變，伸縮縫的開合和錯動會相應(yīng)變化，甚至?xí)绊懙娇p的滲漏。因此，為了綜合分析壩的運行狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行伸縮縫觀測。伸縮縫觀測點通常布置在最大壩高、地質(zhì)復(fù)雜、基礎(chǔ)變化較大、施工質(zhì)量較差或進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變觀測的壩段上。測點可設(shè)在壩頂、下游壩面或廊道內(nèi)，一條縫上的觀測點不少于兩個。伸縮縫觀測分測量縫的單向開合和三向位移，分述如下。（１）單向測縫標(biāo)。在伸縮縫兩側(cè)各埋設(shè)一段角鋼，角鋼與縫平行，一翼用螺栓固定在壩體上，另一翼內(nèi)側(cè)焊一半圓球形或三棱柱形標(biāo)點頭，如圖2-8所示。測量時用外徑游標(biāo)卡尺測讀兩標(biāo)點頭間的距離，各測次距離的變化量即為伸縮縫開合的變化。（2）型板式三向測縫標(biāo)。在伸縮縫兩側(cè)壩體上埋設(shè)寬約30mm、厚5～7mm的型板式三向測縫標(biāo)，型板上焊三對不銹鋼或銅質(zhì)的三棱柱，如圖2-9所示。測量時用游標(biāo)卡尺測讀每對三棱柱間距離，從而推求壩體三個方向的相對位移?；炷翂渭皾{砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測1混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測圖2-8單向測縫標(biāo)1-標(biāo)點頭；2-角鋼；3-螺栓；4-伸縮縫混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測（二）混凝土壩及砌石壩的裂縫觀測當(dāng)攔河壩、溢洪道等混凝土及砌石建筑物發(fā)生裂縫，并需了解其發(fā)展情況，分析產(chǎn)生原因和對建筑物安全的影響時，應(yīng)對裂縫進(jìn)行定期觀測。在發(fā)生裂縫的初期，至少每日觀測一次；當(dāng)裂縫發(fā)展減緩后，可適當(dāng)減少測次。在出現(xiàn)最高、最低氣溫，上下游最高水位或裂縫有顯著發(fā)展時，應(yīng)增加測次。經(jīng)相當(dāng)時期的觀測，裂縫確無發(fā)展時，可以停測，但仍應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行巡視檢查。裂縫的位置、分布、走向和長度等觀測，同土壩裂縫觀測一樣，在建筑物表面用油漆繪出方格進(jìn)行丈量。在裂縫兩端劃出標(biāo)志，注明觀測日期。裂縫寬度需選擇縫寬最大或有代表性的位置，設(shè)置測點進(jìn)行測量，常用方法如下混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫（1）金屬標(biāo)點法。用測量伸縮縫的單向測縫標(biāo)量測，或在裂縫兩側(cè)埋設(shè)粗鋼筋作為標(biāo)點量測。（2）固定千分表法。如圖2-10所示。將千分表（或百分表）安裝在焊于底板上的固定支架上，底板用預(yù)埋螺絲固定在裂縫一側(cè)的混凝土表面，裂縫另一側(cè)也埋設(shè)一塊底板以安裝測桿。安裝時測桿正對千分表測針，并稍微壓緊，使千分表有較小的初始讀數(shù)。此外，也可以用差動電阻式測縫計測量伸縮縫和裂縫寬度，參見有關(guān)文獻(xiàn)。對于裂縫深度的觀測，可采用細(xì)金屬絲探測，也可用超聲探測儀測定?；炷翂渭皾{砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測圖2-9型板式三向測縫標(biāo)1-x方向測量標(biāo)點；2-y方向測量標(biāo)點；3-z方向測量標(biāo)點；4-伸縮縫圖2-10固定千分表安裝示意圖1-千分表；2-保護(hù)蓋；3-密封膠墊；4-連接螺栓；5-測桿座；6-固定螺栓；7-裂縫；8-測桿；9-固定支架；10-底板混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測

上述觀測成果需每次進(jìn)行詳細(xì)記錄，并繪制相應(yīng)的成果圖，以便于比較分析，并采取相應(yīng)的處理措施?；炷翂渭皾{砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測五、傾斜觀測混凝土和漿砌石等剛性壩壩體、壩基的傾斜監(jiān)測是內(nèi)部變形監(jiān)測項目之一。（一）測點布置壩體壩基的傾斜監(jiān)測斷面布置在最大壩高、兩壩肩地質(zhì)條件較差的部位?；A(chǔ)附近測點應(yīng)盡量設(shè)在橫向廊道內(nèi)，也可設(shè)在下游排水廊道和基礎(chǔ)廊道內(nèi)。壩體測點和基礎(chǔ)測點以設(shè)在同一垂直面上為宜，并應(yīng)盡量設(shè)在垂線所在的壩段內(nèi)。當(dāng)對整個大壩進(jìn)行傾斜監(jiān)測時，宜在基礎(chǔ)高程面附件布置1～3個測點，在高壩壩頂及中部布置2～4個測點。用精密水準(zhǔn)法監(jiān)測傾斜時，兩測點間的距離，在基礎(chǔ)附近不宜小于20m，在壩頂不宜小于6m混凝土壩及漿砌石壩的伸縮縫和裂縫觀測（二）監(jiān)測方法通過混凝土壩壩體和基礎(chǔ)的傾斜監(jiān)測，既能判斷壩體的抗傾覆穩(wěn)定性，又能監(jiān)控基礎(chǔ)的變形狀態(tài)。另外，利用壩體不同高程上的傾斜監(jiān)測得到的傾斜角可求得大壩的近似撓度曲線，這在不便進(jìn)行撓度監(jiān)測時比較有用。為使測值真實反映大壩的傾斜狀態(tài)，不受或少受局部收縮、膨脹或溫度變化的影響，傾斜監(jiān)測點不宜設(shè)在壩體的外表面或淺表面易受外界氣溫、水溫等環(huán)境因素影響的部位。須緊密結(jié)合壩體的結(jié)構(gòu)形式、數(shù)值計算和模型試驗成果以及地形、地質(zhì)條件，同時應(yīng)盡量與撓度、位移監(jiān)測等配合。傾斜監(jiān)測方法大致可分為直接法和間接法兩大類。變形的概念變形的概念

混凝土壩和漿砌石壩建成蓄水運用后，在水壓力、泥沙壓力、浪壓力、揚壓力以及溫度變化等作用下，壩體發(fā)生變形。壩體的變形與各種荷載作用和影響因素的變化具有相應(yīng)的規(guī)律性變化，并在允許的范圍之內(nèi)，這是正常的現(xiàn)象。變形的案例如1993年的佛子嶺水庫，通過監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)該水庫大壩向下游位移量明顯增大，超過歷史最大值30%多，水庫管理單位立即進(jìn)行全面檢查和分析，判定為大壩遭遇到不利工況所致，考慮到大壩基礎(chǔ)、壩體均存在一定的缺陷，決定控制水位運用，避免了大壩安全性態(tài)的進(jìn)一步惡化。因此，為保證混凝土壩和砌石壩的安全運行，必須對壩體進(jìn)行變形觀測，以隨時掌握大壩在各種荷載作用和有關(guān)因素影響下變形是否正常。

變形的概念1混凝土和漿砌石壩的變形監(jiān)測包括外部（表面）變形監(jiān)測和內(nèi)部變形監(jiān)測。外部變形監(jiān)測項目主要包括水平位移和垂直位移監(jiān)測；內(nèi)部變形監(jiān)測項目主要有分層水平位移、撓度、傾斜監(jiān)測等。混凝土壩和漿砌石壩受水壓力等水平方向的推力和壩底受向上的揚壓力作用，有向下游滑動和傾覆的趨勢，因此要進(jìn)行水平位移觀測?；炷梁推鍪鶎購椥泽w，在水平向荷載下，垂線法測定壩體撓度垂線法測定壩體撓度垂線法測定壩體撓度混凝土及砌石壩體水平位移沿壩體高程不同會不一樣，一般是壩頂水平位移最大，近壩基處最小，測出壩體水平位移沿高程的分布并繪制分布圖，即為壩體的撓度。因此，測定壩體撓度實為測量壩體相對壩基的水平位移。測定壩體撓度的垂線法分倒垂線與正垂線兩種，分述如下。（一）倒垂線觀測1．倒垂線原理與設(shè)備倒垂線是將一根不銹鋼絲的下端埋設(shè)在大壩地基深層基巖內(nèi)，上端連接浮體，浮體漂浮于液體上。由于浮力始終鉛直向上，故浮體靜止的時候，必然與連接浮體的鋼絲向下的拉力大小相等，方向相反，亦即鋼絲與浮力同在一條鉛垂線上。由于鋼絲下端埋于不變形的基巖中，因此鋼絲就成為空間位置不變的基準(zhǔn)線。只要測出壩體測點到鋼絲距離的變化量，即為壩體的水平位移。倒垂線裝置由浮體組、垂線和觀測臺構(gòu)成。垂線法測定壩體撓度1垂線法測定壩體撓度2．現(xiàn)場觀測觀測前，首先應(yīng)檢查鋼絲的張緊程度，使鋼絲的拉力每次基本一致。達(dá)到這一要求的做法，是在鋼絲長度不變的情況下，觀測油箱的油位指示，使油位每次保持一致，浮力即一致，鋼絲的拉力也就一致了。其次要檢查浮筒是否能在油箱中自由移動，做到靜止時浮筒不能接觸油箱。浮筒重心不能偏移，人為撥動浮筒后應(yīng)回復(fù)到原來位置。還要檢查防風(fēng)措施，避免氣流對浮筒和鋼絲的影響。檢查完畢后，應(yīng)待鋼絲穩(wěn)定一段時間才進(jìn)行觀測。垂線法測定壩體撓度觀測時，將儀器安放在底座上，置中調(diào)平，照準(zhǔn)測線，分別讀取x與y軸（即左右岸與上下游）方向讀數(shù)各兩次，取平均值作為測回值。每測點測兩個測回，兩測回間需要重新安置儀器。讀數(shù)限差與測回限差分別為0.1mm與0.15mm。觀測中照明燈光的位置應(yīng)固定，不得隨意移動。用于倒垂線觀測的儀器有很多種，分為光學(xué)垂線儀、機械垂線儀與遙測垂線儀三類。不同儀器的操作方法，讀數(shù)系統(tǒng)也略有差異，可參見儀器的使用說明進(jìn)行。每次觀測前，對光學(xué)垂線儀還應(yīng)在專用檢查墩上進(jìn)行零點檢查。垂線法測定壩體撓度計算壩體測點的水平位移要根據(jù)規(guī)定的方向、垂線儀縱橫尺上刻劃的方向和觀測員面向方向三個因素決定。一般規(guī)定位移向下游和左岸為正，反之為負(fù)；上下游方向為縱軸y，左右岸方向為橫軸x。垂線儀安置的坐標(biāo)方向應(yīng)和大壩坐標(biāo)方向一致。3．觀測精度進(jìn)行撓度觀測時，一般應(yīng)觀測兩測回。自上而下（或自下而上）逐點觀測為第一測回，而自下而上（或自上而下）逐點觀測為第二測回。每測回應(yīng)照準(zhǔn)兩次分別進(jìn)行讀數(shù)，一測回中的兩次讀數(shù)差應(yīng)不大于O.lOmm，取平均值作為該測回的觀測值。當(dāng)兩測回不大于O.15mm時，可取其平均值作為本次觀測成果。垂線法測定壩體撓度（二）正垂線觀測1．觀測原理與正垂線布置形式垂線法測定壩體撓度圖2-7正垂線多點支承和一點支承示意圖(a)多點支承關(guān)系示意圖；(b)多點支承結(jié)構(gòu)示意圖；(c)一點支承關(guān)系示意圖；(d)一點支承結(jié)構(gòu)示意圖；1-懸掛裝置；2-夾線裝置；3-壩體觀測點；4-壩底觀測點；5-觀測墩；6-重錘；7-油箱；

垂線法測定壩體撓度1觀測原理與正垂線布置形式正垂線是在壩的上部懸掛帶重錘的不銹鋼絲，利用地球引力使鋼絲鉛垂這一特點，來測量壩體的水平位移。若在壩體不同高程處設(shè)置夾線裝置作為測點，從上到下順次夾緊鋼絲上端，即可在壩基觀測站測得測點相對壩基的水平位移，從而求得壩體的撓度，這種形式稱為多點支承一點觀測的正垂線，如圖2-7（a）、（b）。如果只在壩頂懸掛鋼絲，在壩體不同高程處設(shè)置觀測點，測量壩頂與各測點的相對水平位移來求得壩體撓度的，稱為一點支承多點觀測正垂線，如圖2-7（c）、（d）。2．正垂線裝置的構(gòu)成不論是多點支承還是一點支承正垂線，一般由以下幾部分構(gòu)成。垂線法測定壩體撓度（1）懸掛裝置。供吊掛垂線之用，常固定支撐在靠近壩頂處的廊道壁上或觀測井壁上。（2）夾線裝置。固定夾線裝置是懸掛垂線的支點，在垂線使用期間，應(yīng)保持不變。即使在垂線受損折斷后，支點亦能保證所換垂線位置不變?；顒訆A線裝置是多點支承一點觀測時的支點，觀測時從上到下依次夾線。當(dāng)采用一點支承多點觀測形式時，取消活動夾線裝置，而在不同高程取觀測臺。（3）不銹鋼絲。為直徑1mm的高強度不銹鋼絲。觀測儀器為接觸式儀器時，需配的重錘較重，鋼絲直徑一般為2mm左右。（4）重錘。為金屬或混凝土塊，其上設(shè)有阻尼葉片，重量一般不超過垂線極限拉應(yīng)力的30%。但對接觸式垂線儀，重錘需達(dá)200～500kg。垂線法測定壩體撓度（5）油箱。為高50cm、直徑大于重錘直徑20cm的圓柱桶。內(nèi)裝變壓器油，使之起阻尼作用，促使重錘很快靜止（6）觀測臺。構(gòu)造與倒垂線觀測臺相似。也可從墻壁上埋設(shè)型鋼安裝儀器底座，特別是一點支承多點觀測，是在觀測井壁的測點位置埋設(shè)型鋼安置底座。3．現(xiàn)場觀測正垂線觀測使用的儀器和觀測方法與倒垂線相同。觀測步驟首先是掛上重錘，安好儀器，待鋼絲穩(wěn)定后才進(jìn)行觀測。觀測順序是自上而下逐點觀測為第一測回，再自下而上觀測為第二測回。每測回測點要照準(zhǔn)兩次，讀數(shù)兩次。兩次讀數(shù)差小于0.1mm，測回差小于0.15mm。垂線法測定壩體撓度由于正垂線是懸掛在本身產(chǎn)生位移的壩體上，只能觀測與最低測點之間的相對位移。為了觀測壩體的絕對位移，可將正垂線與倒垂線聯(lián)合使用，即將倒垂線觀測臺與正垂線最低測點設(shè)在一起，測出最低點正垂線至倒垂線的距離，即可推算出正垂線各測點的絕對位移。

水準(zhǔn)法測定壩體垂直位移水準(zhǔn)法測定壩體垂直位移混凝土及砌石建筑物的垂直位移多采用精密水準(zhǔn)法觀測，也可以采用靜力水準(zhǔn)儀法（連通管法）、三角高程法和垂直傳高法觀測垂直位移。使用儀器、測量原理、觀測方法和位移值計算、誤差分析等均與土石壩垂直位移觀測相似。一般情況下，混凝土壩按一等水準(zhǔn)進(jìn)行觀測，中小型工程視情況可以再降低一個等級。水準(zhǔn)法測定壩體垂直位移垂直位移的測點也分水準(zhǔn)基點、起測基點和位移標(biāo)點三級點位。水準(zhǔn)基點為垂直位移系統(tǒng)的基準(zhǔn)點，應(yīng)設(shè)在壩下游1～3km的地基穩(wěn)定處。起測基點設(shè)置在壩體垂直位移標(biāo)點的縱排兩端岸坡上以及廊道出口附近的基巖處。垂直位移標(biāo)點設(shè)在壩面和廊道內(nèi)，每一壩段布設(shè)1～2點。對于拱壩，壩頂一般每隔30～50m設(shè)置一點，另在拱冠、1／4拱圈及拱座處應(yīng)設(shè)置測點；對于混凝土壩，應(yīng)在基礎(chǔ)廊道和壩頂各設(shè)一排垂直位移標(biāo)點，高壩還應(yīng)在中間高程廊道內(nèi)設(shè)一排標(biāo)點，各排標(biāo)點的分布，一般每一壩段一個標(biāo)點，在重要部位則增加標(biāo)點引張線法測定壩體水平位移引張線法測定壩體水平位移引張線法測定壩體水平位移（一）觀測原理及設(shè)備在設(shè)于壩體兩端的基點間拉緊一根鋼絲作為基準(zhǔn)線，然后測量壩體上各測點相對基準(zhǔn)線的偏離值，以計算水平位移量。這根鋼絲稱為引張線，它相當(dāng)于視準(zhǔn)線法中的視準(zhǔn)線，是一條可見的基準(zhǔn)線，如圖2-1所示。圖2-1引張線示意圖(a)立面圖；(b)平面圖；1-鋼絲；2-浮托裝置；3-端點裝置引張線法測定壩體水平位移由于水庫大壩長度一般在數(shù)十米以上，如果僅靠壩兩端的基點來支承鋼絲，因其跨度較長，鋼絲在本身重力作用下將下垂成懸鏈狀，不便觀測。為了解決垂徑過大問題，需在引張線兩端加上重錘，使鋼絲張緊，并在中間加設(shè)若干浮托裝置，將鋼絲托起近似成一條水平線。因此，引張線觀測設(shè)備由鋼絲、端點裝置和測點裝置三部分組成引張線法測定壩體水平位移1．鋼絲一般采用φ0.8～1.2mm的不銹鋼絲，鋼絲強度要求不小于1.5×106kPa。為了防止風(fēng)的影響和外界干擾，全部測線需用φ10cm的鋼管或塑料管保護(hù)。正常使用時，鋼絲全線不能接觸保護(hù)管2．端點裝置由混凝土基座、夾線裝置、滑輪、線錘連結(jié)裝置以及重錘等組成，如圖2-2所示。圖2-2引張線端點裝置1-夾線裝置；2-鋼絲；3-混凝土墩；4-滑輪；5-懸掛裝置；6-重錘引張線法測定壩體水平位移夾線裝置的作用是使鋼絲始終固定在一個位置上。其構(gòu)造是在鋼質(zhì)基板上嵌入一個銅質(zhì)V形夾槽，將鋼絲放入V形槽中，蓋上壓板，旋緊壓板螺絲，測線即被固定在這個位置上，如圖2-3所示。圖2-3夾線裝置引張線法測定壩體水平位移夾線裝置安裝時，需注意V形槽中心線與鋼絲方向一致，并落在滑輪槽中心的平面上。但要注意，當(dāng)測線通過滑輪拉緊后，測線與V形槽中心線應(yīng)重合，并且鋼絲高出槽底2mm左右。線錘連結(jié)裝置上有卷線軸和插銷，以便卷緊鋼絲，懸掛重錘并張緊鋼絲。重錘的重量視鋼絲的強度而定。重錘重量愈大，鋼絲所受拉力愈大，引張線的靈敏度愈高，觀測精度也愈高。重錘重量可按鋼絲抗拉強度的1/3～1/2考慮3測點裝置設(shè)置在壩體測點上，由水箱、浮船、讀數(shù)尺和保護(hù)箱構(gòu)成，如圖2-4所示。浮船支撐鋼絲，在鋼絲張緊時，浮船不能接觸水箱，以保證鋼絲在過兩端點V形夾線槽中心的直線上。引張線法測定壩體水平位移圖2-4引張線測點裝置1-量測標(biāo)尺；2-槽鋼；3-保護(hù)管；4-保護(hù)箱；5-保護(hù)管支架；6-水箱；7-浮船；讀數(shù)尺為150mm長的不銹鋼尺，固定在槽鋼上，槽鋼埋入壩體測點位置。安裝時應(yīng)盡可能使各測點鋼尺在同一水平面上，誤差不超過±5mm。測點也可不設(shè)讀數(shù)尺而采用光學(xué)遙測儀器。測點裝置一般20～30m設(shè)置一個。保護(hù)管固定在保護(hù)箱上引張線法測定壩體水平位移（二）觀測方法引張線的鋼絲張緊后固定在兩端的端點裝置上，水平投影為一條直線，這條直線是觀測的基準(zhǔn)線。測點埋設(shè)在壩體上，隨壩體變形而位移。觀測時只要測出鋼絲在測點標(biāo)尺上的讀數(shù)，與上次測值比較，即可得出該測點在垂直引張線方向的水平位移，其位移計算原理與視準(zhǔn)線法相似。引張線法測定壩體誰平位移1．觀測步驟引張線觀測隨所用儀器的不同方法亦不同，無論采用哪一種儀器和方法觀測，都應(yīng)按以下的步驟進(jìn)行。（1）在端點上用線錘懸掛裝置掛上重錘，使鋼絲張緊。（2）調(diào)節(jié)端點上的滑輪支架，使鋼絲通過夾線裝置V形槽中心，此時鋼絲應(yīng)高出槽底2mm左右，然后夾緊固定。但應(yīng)注意，只有掛錘后才能夾線，松夾后才能放錘。（3）向水箱充水或油至正常位置，使浮船托起鋼絲，并高出標(biāo)尺面0.5mm左右。(4)檢查各測點裝置，浮船應(yīng)處于自由浮動狀態(tài)，鋼絲不應(yīng)接觸水箱邊緣和全部保護(hù)管

引張線法測定壩體水平位移(5)端點和測點檢查正常后，待鋼絲穩(wěn)定30min，即可安置儀器進(jìn)行測讀。測讀從一端開始依次至另一端止，為一測回。測完一測回后，將鋼絲撥離平衡位置，讓其浮動恢復(fù)平衡，待穩(wěn)定后從另一端返測，進(jìn)行第二測回測讀。如此觀測2～4個測回，各測回值的互差，要求不超過±0.2mm。(6)全部觀測完后，將端點夾線松開，取下重錘。(7)若引張線設(shè)在廊道內(nèi)，觀測時應(yīng)將通風(fēng)洞暫時封閉。對于壩面的引張線應(yīng)選擇無風(fēng)天觀測，并在觀測一點時，將其他測點的觀測箱蓋好。引張線法測定壩體水平位移常用觀測方法(1)直接目視法用肉眼并使視線垂直于尺面觀測，分別讀出鋼絲左邊緣和右邊緣在標(biāo)尺上投影的讀數(shù)a和b，估讀至0.1mm，得出鋼絲中心在標(biāo)尺上讀數(shù)為L=(a+b)/2。顯然應(yīng)為鋼絲的直徑，以此可作為檢查讀數(shù)的正確性和精度。(2)掛線目視法將標(biāo)尺設(shè)在水箱的側(cè)面，在靠近標(biāo)尺的鋼絲上系上很細(xì)的絲線，下掛小錘，如圖2-5所示。用肉眼正視標(biāo)尺直接讀數(shù)引張線法測定壩體水平位移圖2-5掛線目視觀測