CN114485542B - 一种防渗墙加固土坝变形监测方法 - Google Patents

一种防渗墙加固土坝变形监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种防渗墙加固土坝变形监测方法，该坝顶防裂路面结构包括防裂路面、防水井盖、预留沉降槽、位移监测装置、角度监测装置、强制归心盘。防裂路面铺设在坝顶上方，防裂路面的竖向导墙埋入坝体土中；预留沉降槽沿坝轴线方向分布在混凝土防渗墙以上部位，由防裂路面的钢筋混凝土路面、两个竖向导墙与坝体土围成的一个空槽结构；防水井盖设置在预留沉降槽正上方的钢筋混凝土路面上。本发明可防止防渗墙加固土坝因墙体与坝体之间的差异沉降出现坝顶裂缝；可以监测获得防渗墙轴线位置的坝顶变形，较传统的迎水坡或背水坡监测点变形，更能反映坝体整体变形规律；对于研究防渗墙加固坝体变形机制具有重要参考价值。

Description

一种防渗墙加固土坝变形监测方法
技术领域
本发明涉及堤坝加固及安全监测领域，特指一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其适用于采用混凝土防渗墙加固的土石坝防裂路面的施工及变形监测。
背景技术
混凝土防渗墙具有防渗性能可靠、适应地层条件强等优点，在土坝除险加固中得到广泛应用。但由于防渗墙与坝体土变形模量差异大，加固土坝在水库运行期内防渗墙顶与坝顶土体之间存在明显的差异沉降，造成相当数量的防渗墙加固土坝在第一个安全鉴定周期内出现坝顶纵向裂缝，对工程安全运行及外观产生不利影响。根据实际监测情况，土坝在库水位的升降过程中存在明显的波动沉降变形，30米坝高均质土坝最大差异沉降约3～10cm不等。当坝体土下沉时，防渗墙沉降小而坝体土沉降大，防渗墙顶独立支撑路面时路面出现集中拉应力，极易导致坝顶纵向裂缝的产生。为避免坝顶裂缝发生，准确分析加固土坝及防渗墙的变形状况，提出了一种适用于防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构及变形监测方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种防渗墙加固土坝变形监测方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了下述第一种技术方案：一种防渗墙加固土坝变形监测方法，该变形监测方法应用在防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构上，其特征在于：其包括以下步骤：
S001：选择需进行变形监测的横断面，包括以下几种：
(I)大坝上、下游坝坡已安装了变形监测设施的横断面；
(II)大坝横断面尺寸变化较大的断面；
(III)大坝已发生明显变形的横断面；
在需进行变形监测的横断面处的混凝土防渗墙顶安装强制归心盘并校正。
S002：浇筑防裂路面；
浇筑过程中，在需进行变形监测的横断面处预留孔洞，并在浇筑完成的钢筋混凝土路面直角坎的止水槽内安装止水密封垫；
在钢筋混凝土路面近防水井盖的底部一侧边缘处布设1个万向连接头；所述万向连接头与强制归心盘上的万向连接头应保证在与防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；
S003：安装位移监测装置和角度监测装置，调试各设备至正常运行状态；
设置位移数据采集仪和角度数据采集仪，根据观测需要设置数据采集频率；记录应变式拉杆位移传感器的初始位移值l0和两个角度传感器的初始角度值α0、β0；完成后，在预留沉降槽内放置干燥剂；盖上防水井盖，利用数显水平尺测量防水井盖附近的钢筋混凝土路面的初始倾度
Figure BDA0003515936950000021
其中，l0表示预留沉降槽一侧位移传感器初始值；α0表示位移传感器的下部拉杆与混凝土防渗墙顶面之间的初始角度值；β0表示位移传感器的上部拉杆与防水井盖一侧钢筋混凝土路面底部之间的初始角度值；
Figure BDA0003515936950000022
表示钢筋混凝土路面底部与水平面之间的初始角度。
S004：通过以下公式计算获得混凝土防渗墙的倾度、坝顶的位移及坝顶与混凝土防渗墙顶的相对倾度变化值、相对位移变化值：
混凝土防渗墙的倾度：
Figure BDA0003515936950000023
坝顶位移：x′i＝li cos(αi-φi)+xi，y′i＝li sin(αi-φi)+yi (2)
相对倾度变化值：Δβi＝(βi-αi)-(β0-α0) (3)
相对位移变化值：
Δxi＝li cos(αi-φi)-l0 cos(α0-φ0)，Δyi＝li sin(αi-φi)-l0 sin(α0-φ0)(4)
式(1)中，φi表示混凝土防渗墙的绝对倾度，若φi＞0，表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若φi＜0，表示混凝土防渗墙顶面向上游发生倾斜变形；
式(2)中，x′i、y′i分别表示坝顶相对工作基点的位移值，综合上下游坝坡监测点的位移值，可以为防渗墙及坝体的应力变形分析提供实测依据；
式(3)中，Δβi表示坝顶与混凝土防渗墙相对倾度的变化值，若Δβi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若Δβi＜0，表示坝顶相对表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；
式(4)中，Δxi、Δyi分别表示坝顶与混凝土防渗墙相对位移的变化值，水平方向上：
当位移传感器布置在防渗墙下游侧时，若Δxi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下游发生位移；若Δxi＜0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上游发生位移；
当位移传感器布置在防渗墙上游侧时，结论与之相反；
垂直方向上：
当位移传感器布置在防渗墙下游侧时，若Δyi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上发生位移变形；若Δyi＜0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下发生沉降变形。
当位移传感器布置在防渗墙上游侧时，结论与之相反。
其中防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构，包括防裂路面、防水井盖、预留沉降槽、位移监测装置、角度监测装置、强制归心盘，所述防裂路面铺设在坝顶上方，防裂路面的竖向导墙埋入坝体土中；预留沉降槽沿坝轴线方向分布在混凝土防渗墙以上部位，由防裂路面的钢筋混凝土路面、两个竖向导墙与坝体土围成的一个空槽结构；防水井盖设置在预留沉降槽正上方的钢筋混凝土路面上；位移监测装置的应变式拉杆位移传感器的拉杆两端分别连接钢筋混凝土路面底部和强制归心盘的盘面上；角度监测装置的角度传感器分别设置在应变式拉杆位移传感器上部拉杆与钢筋混凝土路面底部之间、应变式拉杆位移传感器下部拉杆与混凝土防渗墙顶之间；强制归心盘设置在混凝土防渗墙顶部。
进一步的，所述防裂路面由钢筋混凝土路面和两个竖向导墙组成；所述钢筋混凝土路面采用混凝土浇筑，为防止预留沉降槽上部路面开裂同时节省施工成本，在预留沉降槽、竖向导墙上部及竖向导墙两侧各延伸20cm位置铺设钢筋；浇筑钢筋混凝土路面时在变形监测断面处预留一个上宽下窄的孔洞；所述竖向导墙厚20cm，高度大于预留沉降槽高度的2倍，距混凝土防渗墙间距为10～20cm，沿混凝土防渗墙对称分布两侧，各与钢筋混凝土路面垂直接触；若大坝新建混凝土防渗墙时，可以新建防渗墙施工导墙为竖向导墙，若大坝已建混凝土防渗墙时，修建路面时可结合原防渗墙施工导墙进行改造，构建出预留沉降槽；所述钢筋混凝土路面近防水井盖的底部边缘处设置万向连接头，用于连接应变式拉杆位移传感器拉杆端部；所述竖向导墙也可作为预留沉降槽的支挡结构，防止预留沉降槽在后期运行过程中被土填充；施工时间应选择坝体土处于最大沉降时期，一般为空库低水位状态。
进一步的，所述万向连接头由球形槽、钢球组成；所述球形槽为不锈钢制成的空心球冠，分别固定在钢筋混凝土路面近防水井盖的底部一侧边缘处、强制归心盘的盘面一侧边缘处，两处安装点应保证在与防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；所述钢球直径略小于球形槽内部直径，钢球球心位于球形槽顶点下方，使钢球内嵌在球形槽内不会脱落；所述钢球设一个螺母槽，便于连接应变式拉杆位移传感器拉杆端部。
进一步的，所述孔洞在钢筋混凝土路面的下部形成一个的直角坎，使孔洞上部宽度大于防水井盖盖板的宽度，孔洞下部宽度小于防水井盖宽度6cm，便于放置防水井盖；所述直角坎边缘设置一圈止水槽，止水槽内安装有止水密封垫。
进一步的，所述防水井盖由盖板、提手、止水橡皮条构成；所述盖板为圆形铁质井盖，在盖板中心两侧各固定一个铁环；所述提手为“Ω”形铁制构件，位于盖板顶正上方，提手两端水平构件穿过盖板上的铁环使提手可沿一个方向自由转动；为便于提起防水井盖并通过孔洞进行设备安装和测量，防水井盖直径宜选用30cm；为防止他人随意提起防水井盖破坏变形监测设备，在盖板与邻近钢筋混凝土路面间设置铁锁；所述止水橡皮条绕盖板边缘一圈设置在盖板底部，盖上防水井盖时，防水井盖上的止水橡皮条嵌入止水槽中，使止水橡皮条与止水槽内安装的止水密封垫紧密接触，达到防水井盖防水的目的。
进一步的，所述预留沉降槽宽度为混凝土防渗墙厚度+20～40cm，高度不小于20cm，保证坝体波动变形出现最大沉降时，防渗墙顶不接触到钢筋混凝土路面底部；所述预留沉降槽两侧导墙上分别固定一个L型置物架，用于放置位移数据采集仪、角度数据采集仪、无线信号发射仪、锂电池；为防止因预留沉降槽内发生潮湿时影响位移监测装置及角度监测装置等仪器设备的使用寿命和测量精度，在预留沉降槽内放置干燥剂。
进一步的，所述位移监测装置由应变式拉杆位移传感器、位移数据采集仪、无线信号发射仪、锂电池组成；所述应变式拉杆位移传感器的拉杆两端均带有螺纹，一端连接钢筋混凝土路面底部的万向连接头，一端连接强制归心盘的万向连接头；所述应变式拉杆位移传感器通过信号线连接位移数据采集仪；所述位移数据采集仪放置在预留沉降槽一侧导墙的L型置物架上，采用单通道，用来采集应变式拉杆位移传感器监测的数据；所述锂电池放置在预留沉降槽另一侧导墙的L型置物架上，用来给无线信号发射仪供电，为保障锂电池续航能力，可选择在坝顶布设太阳能光伏发电装置；所述无线信号发射仪叠放在锂电池上方，与角度监测装置共用，用来发送位移及角度监测的数据至远程信号接收平台，便于同大坝其它监测项目共用一个信息化平台，实现大坝安全监测信息化管理。
进一步的，所述角度监测装置由2个角度传感器、角度数据采集仪、无线信号发射仪、锂电池组成；所述角度传感器分别设置在应变式拉杆位移传感器上部拉杆与钢筋混凝土路面底部之间、应变式拉杆位移传感器下部拉杆与混凝土防渗墙顶之间；所述角度传感器通过信号线连接角度数据采集仪；所述角度数据采集仪叠放在位移数据采集仪上面，采用双通道，分别用来采集应变式拉杆位移传感器的上部拉杆与钢筋混凝土路面底部之间的角度及下部拉杆与混凝土防渗墙顶之间的角度。
进一步的，所述信号线宜固定在混凝土防渗墙顶一侧的坝体土表面及竖向导墙壁上，布线应遵循顺直、不交叉、不会扰动应变式拉杆位移传感器及角度传感器的测量精度的原则。
进一步的，所述强制归心盘设置在变形监测断面处的混凝土防渗墙顶，在其盘面一侧边缘处布设1个万向连接头，用来连接应变式拉杆位移传感器拉杆端部。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
(1)给坝体变形预留空间，防止防渗墙加固土坝出现坝顶裂缝；
(2)可以直接监测获取防渗墙顶的变形，以及路面和防渗墙顶的相对位移，可获得防渗墙轴线位置的坝顶变形，较传统的迎水坡或背水坡监测点变形，更能反映坝体整体变形规律；
(3)可以直接获取坝体土与防渗墙顶之间的相对变形，综合上下游坝坡监测变形，可为防渗墙及坝体的应力变形分析提供实测依据。
(4)可以获取坝顶路面与防渗墙顶相对倾斜变形，可以反映防渗墙前后坝体土的变形情况，对于研究防渗墙加固坝体变形机制具有重要参考价值。
附图说明
图1是本发明防渗墙加固土坝坝顶防裂路面总体结构示意图；
图2是本发明中防裂路面细部结构图；
图3是本发明中防水井盖及孔洞细部结构图；
图4是本发明中归心盘结构示意图。
图5是本发明中万向连接头结构装配图。
图6为本发明的坝顶路面与混凝土防渗墙发生相对位移变形示意图。
图中：1、钢筋混凝土路面，2、竖向导墙，3、防水井盖，4、预留沉降槽，5、应变式拉杆位移传感器，6、角度传感器，7、位移数据采集仪，8、角度数据采集仪，9、无线信号发射仪，10、锂电池，11、信号线，12、强制归心盘，13、万向连接头，14、坝体土，15、上游坝坡，16、混凝土防渗墙，17、下游坝坡，18、排水棱体，1-1、孔洞，1-2、直角坎，1-3、止水槽，3-1、盖板，3-2、提手，3-3、橡胶止水条。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步说明。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。
如图1所示，上游坝坡(15)、下游坝坡(17)分别位于坝体土(14)上游侧和下游侧，防裂路面位于坝顶，混凝土防渗墙(16)位于坝体土(14)中间，防裂路面的钢筋混凝土路面(1)、两个竖向导墙(2)与坝体土(14)围成预留沉降槽(4)，排水棱体(18)位于下游坝坡(17)坝脚处。
如图1-5所示，一种防渗墙加固土坝变形监测方法，该变形监测方法应用在防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构上，其特征在于：其包括以下步骤：
S001：选择需进行变形监测的横断面，包括以下几种：
(I)大坝上、下游坝坡已安装了变形监测设施的横断面；
(II)大坝横断面尺寸变化较大的断面；
(III)大坝已发生明显变形的横断面；
在需进行变形监测的横断面处的混凝土防渗墙(16)顶安装强制归心盘(12)并校正。
S002：浇筑防裂路面；
浇筑过程中，在需进行变形监测的横断面处预留孔洞(1-1)，并在浇筑完成的钢筋混凝土路面(1)直角坎(1-2)的止水槽(1-3)内安装止水密封垫；
在钢筋混凝土路面(1)近防水井盖(3)的底部一侧边缘处布设1个万向连接头(13)；所述万向连接头(13)与强制归心盘(12)上的万向连接头(13)应保证在与防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；
S003：安装位移监测装置和角度监测装置，调试各设备至正常运行状态；
设置位移数据采集仪(7)和角度数据采集仪(8)，使位移监测和角度监测频次均为1次/d；记录应变式拉杆位移传感器(5)的初始位移值l0和两个角度传感器(6)的初始角度值α0、β0；完成后，在预留沉降槽(4)内放置干燥剂；盖上防水井盖(3)，利用数显水平尺测量防水井盖(3)附近的钢筋混凝土路面(1)的初始倾度
Figure BDA0003515936950000071
其中，l0表示预留沉降槽(4)一侧位移传感器初始值；α0表示位移传感器的下部拉杆与混凝土防渗墙顶面之间的初始角度值；β0表示位移传感器的上部拉杆与防水井盖(3)一侧钢筋混凝土路面(1)底部之间的初始角度值；
Figure BDA0003515936950000072
表示钢筋混凝土路面(1)底部与水平面之间的初始角度。
S004：通过以下公式计算获得混凝土防渗墙(16)的倾度、坝顶的位移及坝顶与混凝土防渗墙(16)顶的相对倾度变化值、相对位移变化值：
混凝土防渗墙的倾度：
Figure BDA0003515936950000073
坝顶位移：x′i＝li cos(αi-φi)+xi，y′i＝li sin(αi-φi)+yi (2)
相对倾度变化值：Δβi＝(βi-αi)-(β0-α0) (3)
相对位移变化值：
Δxi＝li cos(αi-φi)-l0 cos(α0-φ0)，Δyi＝li sin(αi-φi)-l0 sin(α0-φ0)(4)
式(1)中，φi表示混凝土防渗墙的绝对倾度，若φi＞0，表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若φi＜0，表示混凝土防渗墙顶面向上游发生倾斜变形；
式(2)中，x′i、y′i分别表示坝顶相对工作基点的位移值，综合上下游坝坡监测点的位移值，可以为防渗墙及坝体的应力变形分析提供实测依据；
式(3)中，Δβi表示坝顶与混凝土防渗墙相对倾度的变化值，若Δβi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若Δβi＜0，表示坝顶相对表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；
式(4)中，Δxi、Δyi分别表示坝顶与混凝土防渗墙相对位移的变化值，水平方向上：
当位移传感器布置在防渗墙下游侧时，若Δxi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下游发生位移；若Δxi＜0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上游发生位移；
当位移传感器布置在防渗墙上游侧时，结论与之相反；
垂直方向上：
当位移传感器布置在防渗墙下游侧时，若Δyi＞0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上发生位移变形；若Δyi＜0，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下发生沉降变形。
当位移传感器布置在防渗墙上游侧时，结论与之相反。
其中防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构，包括防裂路面、防水井盖(3)、预留沉降槽(4)、位移监测装置、角度监测装置、强制归心盘(12)，所述防裂路面铺设在坝顶上方，防裂路面的竖向导墙(2)埋入坝体土(16)中；预留沉降槽(4)沿坝轴线方向分布在混凝土防渗墙(16)以上部位，由防裂路面的钢筋混凝土路面(1)、两个竖向导墙(2)与坝体土(16)围成的一个空槽结构；防水井盖(3)设置在预留沉降槽(4)正上方的钢筋混凝土路面(1)上；位移监测装置的应变式拉杆位移传感器(5)的拉杆两端分别连接钢筋混凝土路面(1)底部和强制归心盘(12)的盘面上；角度监测装置的角度传感器(6)分别设置在应变式拉杆位移传感器(5)上部拉杆与钢筋混凝土路面(1)底部之间、应变式拉杆位移传感器(5)下部拉杆与混凝土防渗墙(16)顶之间；强制归心盘(12)设置在混凝土防渗墙(16)顶部。
其中，所述防裂路面由钢筋混凝土路面(1)和两个竖向导墙(2)组成；所述钢筋混凝土路面(1)采用混凝土浇筑，在预留沉降槽(4)、竖向导墙(2)上部及竖向导墙(2)两侧各延伸20cm位置铺设钢筋；浇筑钢筋混凝土路面(1)时在变形监测断面处预留一个上宽下窄的孔洞(1-1)；所述竖向导墙(2)厚20cm，高度大于预留沉降槽(4)高度的2倍，距混凝土防渗墙(16)间距为10～20cm，沿混凝土防渗墙(16)对称分布两侧，各与钢筋混凝土路面(1)垂直接触；若大坝新建混凝土防渗墙(16)时，可以新建防渗墙施工导墙为竖向导墙(2)，若大坝已建混凝土防渗墙(16)时，修建路面时可结合原防渗墙施工导墙进行改造，构建出预留沉降槽(4)；所述钢筋混凝土路面(1)近防水井盖(3)的底部边缘处设置万向连接头(13)，用于连接应变式拉杆位移传感器(5)拉杆端部。
其中，所述万向连接头(13)由球形槽、钢球组成；所述球形槽为不锈钢制成的空心球冠，分别固定在钢筋混凝土路面(1)近防水井盖(3)的底部一侧边缘处、强制归心盘(12)的盘面一侧边缘处，两处安装点应保证在与防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；所述钢球直径略小于球形槽内部直径，钢球球心位于球形槽顶点下方；所述钢球设一个螺母槽，便于连接应变式拉杆位移传感器(5)拉杆端部。
其中，所述孔洞(1-1)在钢筋混凝土路面(1)的下部形成一个的直角坎(1-2)，使孔洞(1-1)上部宽度大于防水井盖(3)盖板(3-1)的宽度，孔洞(1-1)下部宽度小于防水井盖(3)宽度6cm，放置防水井盖(3)；所述直角坎(1-2)边缘设置一圈止水槽(1-3)，止水槽(1-3)内安装有止水密封垫。
其中，所述防水井盖(3)由盖板(3-1)、提手(3-2)、止水橡皮条(3-3)构成；所述盖板(3-1)为圆形铁质井盖，在盖板(3-1)中心两侧各固定一个铁环；所述提手(3-2)为“Ω”形铁制构件，位于盖板(3-1)顶正上方，提手(3-2)两端水平构件穿过盖板(3-1)上的铁环使提手(3-2)可沿一个方向自由转动；防水井盖(3)直径选用30cm；在盖板(3-1)与邻近钢筋混凝土路面(1)间设置铁锁；所述止水橡皮条(3-3)绕盖板(3-1)边缘一圈设置在盖板(3-1)底部，盖上防水井盖(3)时，防水井盖(3)上的止水橡皮条(3-3)嵌入止水槽(1-3)中，止水橡皮条(3-3)与止水槽(1-3)内安装的止水密封垫紧密接触。
其中，所述预留沉降槽(4)宽度为混凝土防渗墙(16)厚度+20～40cm，高度不小于20cm；所述预留沉降槽(4)两侧导墙上分别固定一个L型置物架，用于放置位移数据采集仪(7)、角度数据采集仪(8)、无线信号发射仪(9)、锂电池(10)；预留沉降槽(4)内放置干燥剂。
其中，所述位移监测装置由应变式拉杆位移传感器(5)、位移数据采集仪(7)、无线信号发射仪(9)、锂电池(10)组成；所述应变式拉杆位移传感器(5)的拉杆两端均带有螺纹，一端连接钢筋混凝土路面(1)底部的万向连接头(13)，一端连接强制归心盘(12)的万向连接头(13)；所述应变式拉杆位移传感器(5)通过信号线(11)连接位移数据采集仪(7)；所述位移数据采集仪(7)放置在预留沉降槽(4)一侧导墙的L型置物架上，采用单通道，用来采集应变式拉杆位移传感器(5)监测的数据；所述锂电池(10)放置在预留沉降槽(4)另一侧导墙的L型置物架上，用来给无线信号发射仪(9)供电；所述无线信号发射仪(9)叠放在锂电池(10)上方，与角度监测装置共用。
其中，所述角度监测装置由3个角度传感器(6)、角度数据采集仪(8)、无线信号发射仪(9)、锂电池(10)组成；所述角度传感器(6)通过信号线(11)连接角度数据采集仪(8)；所述角度数据采集仪(8)叠放在位移数据采集仪(7)上面，采用双通道，分别用来采集应变式拉杆位移传感器(5)的上部拉杆与钢筋混凝土路面(1)底部之间的角度及下部拉杆与混凝土防渗墙(16)顶之间的角度。
其中，所述信号线(11)宜固定在混凝土防渗墙(16)顶一侧的坝体土(16)表面及竖向导墙(2)壁上。
其中，所述强制归心盘(12)设置在变形监测断面处的混凝土防渗墙(16)顶，在其盘面一侧边缘处布设1个万向连接头(13)，用来连接应变式拉杆位移传感器(5)拉杆端部。
其中，所述角度传感器(6)可由另一种方案替代，具体替代方案为：将3个单轴倾角传感器分别设置在应变式拉杆位移传感器(5)拉杆的定位板、防裂路面的钢筋混凝土路面(1)底部以及混凝土防渗墙顶面上；所述单轴倾角传感器通过信号线(11)连接倾角数据采集仪；所述倾角数据采集仪叠放在位移数据采集仪(7)上面，采用三通道，分别用来采集应变式拉杆位移传感器(5)拉杆上的定位板、防水井盖(3)一侧钢筋混凝土路面(1)、混凝土防渗墙(16)顶面的倾角；所述定位板安装在应变式拉杆位移传感器(5)的下方拉杆上，定位板与变形监测横断面垂直，用来固定倾角传感器。利用倾角传感器测得的角度可以计算出位移传感器的下部拉杆与混凝土防渗墙(16)顶面之间的角度值及位移传感器的上部拉杆与防水井盖(3)一侧钢筋混凝土路面(1)底部之间的角度值。
本发明可防止防渗墙加固土坝因墙体与坝体之间的差异沉降出现坝顶裂缝；可以监测获得防渗墙轴线位置的坝顶变形，较传统的迎水坡或背水坡监测点变形，更能反映坝体整体变形规律；可以直接获取坝体土与防渗墙顶之间的相对变形，综合上下游坝坡监测变形，可为防渗墙及坝体的应力变形分析提供实测依据；根据坝顶路面与防渗墙顶相对倾斜变形，可以反映防渗墙前后坝体土的变形情况，对于研究防渗墙加固坝体变形机制具有重要参考价值。

Claims (10)

1.一种防渗墙加固土坝变形监测方法，该变形监测方法应用在混凝土防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构上，其特征在于：其包括以下步骤：
S001：选择需进行变形监测的横断面，包括以下几种：
（Ⅰ）大坝上、下游坝坡已安装了变形监测设施的横断面；
（Ⅱ）大坝横断面尺寸变化较大的断面；
（Ⅲ）大坝已发生明显变形的横断面；
在需进行变形监测的横断面处的混凝土防渗墙（16）顶安装强制归心盘（12）并校正；
S002：浇筑防裂路面；
浇筑过程中，在需进行变形监测的横断面处预留孔洞（1-1），并在浇筑完成的钢筋混凝土路面（1）直角坎（1-2）的止水槽（1-3）内安装止水密封垫；
在钢筋混凝土路面（1）近防水井盖（3）的底部一侧边缘处布设1个万向连接头（13）；所述万向连接头（13）与强制归心盘（12）上的万向连接头（13）应保证在与混凝土防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于混凝土防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；
S003：安装位移监测装置和角度监测装置，调试各设备至正常运行状态；
设置位移数据采集仪（7）和角度数据采集仪（8），根据观测需要设置数据采集频率；记录应变式拉杆位移传感器（5）的初始位移值
Figure QLYQS_1
和两个角度传感器（6）的初始角度值
Figure QLYQS_2
；完成后，在预留沉降槽（4）内放置干燥剂；盖上防水井盖（3），利用数显水平尺测量防水井盖（3）附近的钢筋混凝土路面（1）的初始倾度/>
Figure QLYQS_3
；
其中，
Figure QLYQS_4
表示预留沉降槽（4）一侧位移传感器初始值；/>
Figure QLYQS_5
表示位移传感器的下部拉杆与混凝土防渗墙顶面之间的初始角度值；/>
Figure QLYQS_6
表示位移传感器的上部拉杆与防水井盖（3）一侧钢筋混凝土路面（1）底部之间的初始角度值；/>
Figure QLYQS_7
表示钢筋混凝土路面（1）底部与水平面之间的初始角度；
S004：通过位移监测装置和角度监测装置连续监测，获得不同日期
Figure QLYQS_8
在特定时刻的位移监测值/>
Figure QLYQS_9
和角度值/>
Figure QLYQS_10
；开展大坝变形监测时，打开防水井盖（3）对混凝土防渗墙墙顶相对工作基点的位移进行观测，获得混凝土防渗墙（16）顶部的位移值
Figure QLYQS_11
，测量完毕后，盖好防水井盖（3），利用数显水平尺测量防水井盖（3）一侧的钢筋混凝土路面（1）的倾度/>
Figure QLYQS_12
；
通过以下公式计算获得混凝土防渗墙（16）的倾度、坝顶的位移及坝顶与混凝土防渗墙（16）顶的相对倾度变化值、相对位移变化值：
混凝土防渗墙的倾度：
Figure QLYQS_13
；
坝顶位移：
Figure QLYQS_14
；
相对倾度变化值：
Figure QLYQS_15
；/>
相对位移变化值：
Figure QLYQS_16
；
式（1）中，
Figure QLYQS_17
表示混凝土防渗墙的倾度，若/>
Figure QLYQS_18
，表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若/>
Figure QLYQS_19
，表示混凝土防渗墙顶面向上游发生倾斜变形；
式（2）中，
Figure QLYQS_20
分别表示坝顶相对工作基点的位移值，综合上下游坝坡监测点的位移值，可以为混凝土防渗墙及坝体的应力变形分析提供实测依据；
式（3）中，
Figure QLYQS_21
表示坝顶与混凝土防渗墙相对倾度的变化值，若/>
Figure QLYQS_22
，表示坝顶相对混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；若/>
Figure QLYQS_23
，表示坝顶相对表示混凝土防渗墙顶面向下游发生倾斜变形；
式（4）中，
Figure QLYQS_24
分别表示坝顶与混凝土防渗墙相对位移的变化值，水平方向上：
当位移传感器布置在混凝土防渗墙下游侧时，若
Figure QLYQS_25
，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下游发生位移；若/>
Figure QLYQS_26
，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上游发生位移；
当位移传感器布置在混凝土防渗墙上游侧时，结论与之相反；
垂直方向上：
当位移传感器布置在混凝土防渗墙下游侧时，若
Figure QLYQS_27
，表示坝顶相对混凝土防渗墙向上发生位移变形；若/>
Figure QLYQS_28
，表示坝顶相对混凝土防渗墙向下发生沉降变形；
当位移传感器布置在混凝土防渗墙上游侧时，结论与之相反；
其中混凝土防渗墙加固土坝坝顶防裂路面结构，包括防裂路面、防水井盖（3）、预留沉降槽（4）、位移监测装置、角度监测装置、强制归心盘（12），所述防裂路面铺设在坝顶上方，防裂路面的竖向导墙（2）埋入坝体土（14）中；预留沉降槽（4）沿坝轴线方向分布在混凝土防渗墙（16）以上部位，由防裂路面的钢筋混凝土路面（1）、两个竖向导墙（2）与坝体土（14）围成的一个空槽结构；防水井盖（3）设置在预留沉降槽（4）正上方的钢筋混凝土路面（1）上；位移监测装置的应变式拉杆位移传感器（5）的拉杆两端分别连接钢筋混凝土路面（1）底部和强制归心盘（12）的盘面上；角度监测装置的角度传感器（6）分别设置在应变式拉杆位移传感器（5）上部拉杆与钢筋混凝土路面（1）底部之间、应变式拉杆位移传感器（5）下部拉杆与混凝土防渗墙（16）顶之间；强制归心盘（12）设置在混凝土防渗墙（16）顶部。
2.根据权利要求1所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：防裂路面由钢筋混凝土路面（1）和两个竖向导墙（2）组成；所述钢筋混凝土路面（1）采用混凝土浇筑，在预留沉降槽（4）、竖向导墙（2）上部及竖向导墙（2）两侧各延伸20cm位置铺设钢筋；浇筑钢筋混凝土路面（1）时在变形监测断面处预留一个上宽下窄的孔洞（1-1）；所述竖向导墙（2）厚20cm，高度大于预留沉降槽（4）高度的2倍，距混凝土防渗墙（16）间距为10~20cm，沿混凝土防渗墙（16）对称分布两侧，各与钢筋混凝土路面（1）垂直接触；若大坝新建混凝土防渗墙（16）时，新建混凝土防渗墙施工导墙为竖向导墙（2），若大坝已建混凝土防渗墙（16）时，修建路面时结合原混凝土防渗墙施工导墙进行改造，构建出预留沉降槽（4）；所述钢筋混凝土路面（1）近防水井盖（3）的底部边缘处设置万向连接头（13），用于连接应变式拉杆位移传感器（5）拉杆端部。
3.根据权利要求2所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：所述万向连接头（13）由球形槽、钢球组成；所述球形槽为不锈钢制成的空心球冠，分别固定在钢筋混凝土路面（1）近防水井盖（3）的底部一侧边缘处、强制归心盘（12）的盘面一侧边缘处，两处安装点应保证在与混凝土防渗墙纵轴线垂直的平面内，且两处安装点同时位于混凝土防渗墙纵轴线的上游侧或下游侧；所述钢球直径略小于球形槽内部直径，钢球球心位于球形槽顶点下方；所述钢球设一个螺母槽，便于连接应变式拉杆位移传感器（5）拉杆端部。
4.根据权利要求3所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：孔洞（1-1）在钢筋混凝土路面（1）的下部形成一个的直角坎（1-2），使孔洞（1-1）上部宽度大于防水井盖（3）盖板（3-1）的宽度，孔洞（1-1）下部宽度小于防水井盖（3）宽度6cm，放置防水井盖（3）；所述直角坎（1-2）边缘设置一圈止水槽（1-3），止水槽（1-3）内安装有止水密封垫。
5.根据权利要求4所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：防水井盖（3）由盖板（3-1）、提手（3-2）、止水橡皮条（3-3）构成；所述盖板（3-1）为圆形铁质井盖，在盖板（3-1）中心两侧各固定一个铁环；所述提手（3-2）为“Ω”形铁制构件，位于盖板（3-1）顶正上方，提手（3-2）两端水平构件穿过盖板（3-1）上的铁环使提手（3-2）可沿一个方向自由转动；防水井盖（3）直径选用30cm；在盖板（3-1）与邻近钢筋混凝土路面（1）间设置铁锁；所述止水橡皮条（3-3）绕盖板（3-1）边缘一圈设置在盖板（3-1）底部，盖上防水井盖（3）时，防水井盖（3）上的止水橡皮条（3-3）嵌入止水槽（1-3）中，止水橡皮条（3-3）与止水槽（1-3）内安装的止水密封垫紧密接触。
6.根据权利要求5所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：预留沉降槽（4）宽度为混凝土防渗墙（16）厚度+20~40cm，高度不小于20cm；所述预留沉降槽（4）两侧导墙上分别固定一个L型置物架，用于放置位移数据采集仪（7）、角度数据采集仪（8）、无线信号发射仪（9）、锂电池（10）；预留沉降槽（4）内放置干燥剂。
7.根据权利要求6所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：位移监测装置由应变式拉杆位移传感器（5）、位移数据采集仪（7）、无线信号发射仪（9）、锂电池（10）组成；所述应变式拉杆位移传感器（5）的拉杆两端均带有螺纹，一端连接钢筋混凝土路面（1）底部的万向连接头（13），一端连接强制归心盘（12）的万向连接头（13）；所述应变式拉杆位移传感器（5）通过信号线（11）连接位移数据采集仪（7）；所述位移数据采集仪（7）放置在预留沉降槽（4）一侧导墙的L型置物架上，采用单通道，用来采集应变式拉杆位移传感器（5）监测的数据；所述锂电池（10）放置在预留沉降槽（4）另一侧导墙的L型置物架上，用来给无线信号发射仪（9）供电；所述无线信号发射仪（9）叠放在锂电池（10）上方，与角度监测装置共用。
8.根据权利要求7所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：角度监测装置由2个角度传感器（6）、角度数据采集仪（8）、无线信号发射仪（9）、锂电池（10）组成；所述角度传感器（6）通过信号线（11）连接角度数据采集仪（8）；所述角度数据采集仪（8）叠放在位移数据采集仪（7）上面，采用双通道，分别用来采集应变式拉杆位移传感器（5）的上部拉杆与钢筋混凝土路面（1）底部之间的角度及下部拉杆与混凝土防渗墙（16）顶之间的角度。
9.根据权利要求8所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：信号线（11）宜固定在混凝土防渗墙（16）顶一侧的坝体土（14）表面及竖向导墙（2）壁上。
10.根据权利要求9所述的一种防渗墙加固土坝变形监测方法，其特征在于：强制归心盘（12）设置在变形监测断面处的混凝土防渗墙（16）顶，在其盘面一侧边缘处布设1个万向连接头（13），用来连接应变式拉杆位移传感器（5）拉杆端部。
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