CN116124082A - 高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，包括以下步骤：S1、选择合适的大坝典型断面作为施工监测面；S2、在大坝典型断面上根据高程从高到低沿顺水流向设置多个监测条带；S3、配合监测条带的走向并根据设计综合坝坡的数据在下游砌石护坡上设置多个对应的外部变形观测墩和观测房；S4、分别将柔性斜侧仪和水管式沉降仪及引张线位移计沿监测条带的布置方向进行安装，其中柔性斜侧仪设置在心墙上；S5、在S4中，根据监测条带的长度设置对应数量的水管式沉降仪及引张线位移计，靠近柔性斜侧仪的水管式沉降仪及引张线位移计设置在心墙和反滤区的交接处。本发明大幅度提高了坝体心墙顺水流方向沉降的运行性态的监测能力，清除了沉降监测的盲区。
Description
技术领域
本发明涉及高土石坝监测技术领域，尤其是涉及一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法。
背景技术
高土石坝的沉降变形一直是工程关注的重点，它直接关系到大坝能否安全稳定运行，但心墙沉降监测一直难以出现有效的技术方法和手段。为降低发生心墙渗漏的风险，目前一般在各监测横断面内竖向布置监测仪器（如横梁式沉降仪、弦式沉降仪、大量程杆式位移计，电磁式沉降环等）。这些监测仪器一般呈竖向分段分高程布置，以适应土体大沉降变形监测需要，通过监测心墙土体各分段沉降来得到心墙累计沉降。但高土石坝心墙顺水流方向宽度较大，心墙沿顺水流向的沉降分布对分析判断心墙的协调变形及运行性态也很重要，但目前仍无有效的监测手段来监测心墙顺水流向的沉降变形，更无法实现心墙顺水流向沉降连续监测。因此心墙顺水流向沉降监测仍是监测盲区。
发明内容
本发明提供了一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，本技术方案突破了原技术手段的局限，从点式监测提升到线性监测，尤其是解决了心墙顺水流沉降监测难题，提升了土石坝监测技术水平。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，包括以下步骤：
S1、勘探获取大坝数据，选择合适的大坝典型断面作为施工监测面；
S2、在大坝典型断面上根据高程从高到低沿顺水流向设置多个监测条带；
S3、配合监测条带的走向并根据设计综合坝坡的数据在下游砌石护坡上设置多个对应的外部变形观测墩和观测房；
S4、分别将柔性斜侧仪和水管式沉降仪及引张线位移计沿监测条带的布置方向进行安装，其中柔性斜侧仪设置在心墙上；
S5、在S4中，根据监测条带的长度设置对应数量的水管式沉降仪及引张线位移计，靠近柔性斜侧仪的水管式沉降仪及引张线位移计设置在心墙和反滤区的交接处；
S6、待各部件安装安装完成后进行联合测试，并调整至合格状态。
优选的方案中，在S2中，各监测条带安装高程从上游反滤区与心墙分界面开始，到下游反滤区与心墙分界面为止，机械开挖“一”字形水平沟槽，沟槽深1.0m，底宽0.6m。
优选的方案中，完成开挖后需整平沟槽基床，然后在沟底回填20cm厚心墙细料，机械碾压平整。
优选的方案中，S4中，碾压整平后埋设柔性斜侧仪，柔性斜侧仪10不穿管，柔性斜侧仪10按间隔2m布置阻渗环，以免沿顺水流向形成渗漏通道。
优选的方案中，S4中，水管式沉降仪及引张线位移计的第一个测点布置在下游反滤区与心墙交界处，在该测点混凝土基座预埋吊环作为锚固端，将柔性斜侧仪的固定端与吊环采用活动铰接头进行固定连接，连接处设置专用密封保护装置。
优选的方案中，S6后，进行沟槽回填，沟槽回填采用剔除5cm以上粒径的心墙细料按每层20cm分层回填沟槽，各层采用手持振动夯碾压密实。当填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复心墙正常填筑。
优选的方案中，水管式沉降仪及引张线位移计的第一个测点布置在第一反滤层和心墙的交界处，水管式沉降仪及引张线位移计的第二个测点布置在第一反滤层和第二反滤层的交界处。
优选的方案中，在下游过渡层内至少设置一个水管式沉降仪及引张线位移计。
优选的方案中，监测条带向设计综合坝坡的下游处倾斜设置。
优选的方案中，监测条带至少包括两组不同的坡度比，且每组相同坡度比的数量至少为两个。
本发明的有益效果为：传统技术方案只能竖向、点式监测心墙沉降，无法全面监测心墙沉降变化规律，且无法实现心墙顺水流监测，存在监测盲区。而且原技术手段仪器存活率很低，容易失效，无法全过程监测心墙沉降情况。本技术方案依托柔性测斜仪和水管式沉降仪监测手段，利用水管式沉降仪工作原理，解决了柔性测斜仪测量基准问题。沿心墙顺水流水平埋设的柔性测斜仪用来监测心墙沿顺水流向沉降分布，位于下游反滤与心墙交界面的水管式沉降仪测点作为该柔性测斜仪的监测基准点。其原理是利用该水管式沉降仪“U”形管原理，在监测条带下游观测房内可以实时监测心墙与下游反滤测点的实际高程。通过本技术方案，可以实现土石坝心墙乃至下游堆石顺水流向沉降监测，以分析判断心墙及堆石的协调变形及大坝运行性态，对分析评价大坝运行安全与否具有重要意义。利用柔性测斜仪的技术优势，解决了心墙顺水流向连续监测难题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是典型高土石坝心墙沉降监测布置方案示意图；
图2是本发明的示意图；
图中：上游堆石区1；下游堆石区2；大量程电位器式位移计3；横梁式沉降仪4；弦式沉降仪5；斜测管兼电磁沉降环6；砾石区7；大坝典型断面8；心墙9；固结灌浆901；防渗帷幕902；柔性斜侧仪10；水管式沉降仪及引张线位移计11；外部变形观测墩12；观测房13；监测条带14；设计综合坝坡15；过渡层16；反滤区17；第一反滤层1701；第二反滤层1702。
具体实施方式
如图1-2中，一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，包括以下步骤：
S1、勘探获取大坝数据，选择合适的大坝典型断面8作为施工监测面；
S2、在大坝典型断面8上根据高程从高到低沿顺水流向设置多个监测条带14；
S3、配合监测条带14的走向并根据设计综合坝坡15的数据在下游砌石护坡上设置多个对应的外部变形观测墩12和观测房13；
S4、分别将柔性斜侧仪10和水管式沉降仪及引张线位移计11沿监测条带14的布置方向进行安装，其中柔性斜侧仪10设置在心墙9上；
S5、在S4中，根据监测条带14的长度设置对应数量的水管式沉降仪及引张线位移计11，靠近柔性斜侧仪10的水管式沉降仪及引张线位移计11设置在心墙9和反滤区17的交接处；在心墙9的底部设置固结灌浆901的区域，并在固结灌浆901的区域中间位置固定有防渗帷幕902；
S6、待各部件安装安装完成后进行联合测试，并调整至合格状态。
由此结构，本技术方案提出了采用柔性测斜仪结合水管式沉降仪来实现心墙顺水流向沉降监测，适用于土石坝坝高30m~350m心墙沉降监测。
阵列式位移计SAA（Shape Accel Array的缩写，俗称柔性测斜仪），它由多段连续节（segment）串接而成，內部由微电子机械系统（MEMS）加速度计组成。每段节（segment）为一个固定的长度，一般为50cm、100cm。柔性测斜仪是刚性传感阵列，被柔性接头分开。柔性测斜仪是一个绳状阵列式的传感器和微处理器，阵列中所有的微处理器共用同一条数字通讯线路。柔性测斜仪基本原理是通过检测各部分的重力场，可以计算出各段轴之间的弯曲角度θ，利用计算得到的弯曲角度和已知各段轴长度L，每段SAA的变形Δχ便可以完全确定出来，即Δχ=θ•L，再对各段算术求和∑Δχ，可得到距固定端点任意长度的变形量χ。柔性测斜仪具有高精度、高稳定性、大变形、不均匀变形、高耐水压力等技术优势，已广泛应用于边坡、隧道、路基、桥梁变形监测。
高土石坝下游堆石区一般分层布设水管式沉降仪来进行堆石沉降监测，因此本技术方案提出采用柔性测斜仪结合水管式沉降仪来监测大坝心墙顺水流向沉降，柔性测斜仪与水管式沉降仪同步埋设，技术方案见图2所示。
传统方案是在上游堆石区1和下游堆石区2的中间分别将大量程电位器式位移计3、横梁式沉降仪4、弦式沉降仪5和斜测管兼电磁沉降环6沿心墙9的高程方向进行设置，并穿过砾石区7，由此获取整体的沉降，但是该方法获取坝体宽度方向的动态变化能力较差，因此存在较大的测量盲区。
优选的方案中，在S2中，各监测条带14安装高程从上游反滤区17与心墙9分界面开始，到下游反滤区17与心墙9分界面为止，机械开挖“一”字形水平沟槽，沟槽深1.0m，底宽0.6m。由此结构，以使得柔性斜侧仪10能较好的贴近心墙9，同时能有保证较好的敏感性和精度。
优选的方案中，完成开挖后需整平沟槽基床，然后在沟底回填20cm厚心墙细料，机械碾压平整。由此结构，以使得各测量组件能工作稳定，测量数据更加精准。
优选的方案中，S4中，碾压整平后埋设柔性斜侧仪10，柔性斜侧仪10不穿管，柔性斜侧仪10按间隔2m布置阻渗环，以免沿顺水流向形成渗漏通道。
优选的方案中，S4中，水管式沉降仪及引张线位移计11的第一个测点布置在下游反滤区17与心墙9交界处，在该测点混凝土基座预埋吊环作为锚固端，将的固定端与吊环采用活动铰接头进行固定连接，连接处设置专用密封保护装置。密封保护装置可采用PE管，由此结构，以使得柔性斜侧仪10能获取临界的数据，水管式沉降仪及引张线位移计11通过柔性斜侧仪10的拉扯受力传递在交界处的沉降值更准确，且动态反应更明显，同时水管式沉降仪及引张线位移计11的测点作为该柔性斜侧仪10的监测基准点，整体的灵敏度高，效果更好。
优选的方案中，S6后，进行沟槽回填，沟槽回填采用剔除5cm以上粒径的心墙细料按每层20cm分层回填沟槽，各层采用手持振动夯碾压密实。当填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复心墙正常填筑。
优选的方案中，水管式沉降仪及引张线位移计11的第一个测点布置在第一反滤层1701和心墙9的交界处，水管式沉降仪及引张线位移计11的第二个测点布置在第一反滤层1701和第二反滤层1702的交界处。由此结构，以使得获取数据的精度更好，可以配合第一反滤层1701和第二反滤层1702抓取数据的精度更高，且可以由此分析各水管式沉降仪及引张线位移计11工作是否正常。
优选的方案中，在下游过渡层16内至少设置一个水管式沉降仪及引张线位移计11。由此结构，以使得此处的水管式沉降仪及引张线位移计11作为中间点，可以作为判断上下数据的传递的稳定性以及准确性。
优选的方案中，监测条带14向设计综合坝坡15的下游处倾斜设置。由此结构，以使得水管式沉降仪及引张线位移计11工作稳定，当不具备施工条件时，且能适应大部分使用坝体场景；当具备施工条件（下游堆石填筑高程与心墙填筑高程相同），也可以从上游反滤与心墙9交界面开始，到下游坝坡为止水平埋设柔性测斜仪10。在下游坝坡埋设外部变形观测墩12作为柔性测斜仪的监测基准。心墙9内柔性测斜仪仍与土体裸露接触，间隔2m布置阻渗环，以避免因仪器周边碾压不实形成渗漏通道。下游堆石柔性测斜仪可穿PE管密封保护。在外部变形观测墩12墩底预埋吊环作为锚固端，将柔性测斜仪10固定端与吊环采用活动铰接头进行固定连接，连接处设置PE管进行密封，如此可以连续监测高土石坝不同分区坝料的沉降变形情况，以验证坝体协调变形。
优选的方案中，监测条带14至少包括两组不同的坡度比，且每组相同坡度比的数量至少为两个。由此结构，可以两组不同坡度的数据交叉互检，避免由于系统误差造成数据和实际值有较大出入的问题，同时两组相同坡度的数据互相判定约束，从而能较好的分析判定。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：包括以下步骤：
S1、勘探获取大坝数据，选择合适的大坝典型断面（8）作为施工监测面；
S2、在大坝典型断面（8）上根据高程从高到低沿顺水流向设置多个监测条带（14）；
S3、配合监测条带（14）的走向并根据设计综合坝坡（15）的数据在下游砌石护坡上设置多个对应的外部变形观测墩（12）和观测房（13）；
S4、分别将柔性斜侧仪（10）和水管式沉降仪及引张线位移计（11）沿监测条带（14）的布置方向进行安装，其中柔性斜侧仪（10）设置在心墙（9）上；
S5、在S4中，根据监测条带（14）的长度设置对应数量的水管式沉降仪及引张线位移计（11），靠近柔性斜侧仪（10）的水管式沉降仪及引张线位移计（11）设置在心墙（9）和反滤区（17）的交接处；
S6、待各部件安装安装完成后进行联合测试，并调整至合格状态。
2.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：在S2中，各监测条带（14）安装高程从上游反滤区（17）与心墙（9）分界面开始，到下游反滤区（17）与心墙（9）分界面为止，机械开挖“一”字形水平沟槽，沟槽深1.0m，底宽0.6m。
3.根据权利要求2所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：完成开挖后需整平沟槽基床，然后在沟底回填20cm厚心墙细料，机械碾压平整。
4.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：S4中，碾压整平后埋设柔性斜侧仪（10），柔性斜侧仪（10）不穿管，柔性斜侧仪（10）按间隔2m布置阻渗环，以免沿顺水流向形成渗漏通道。
5.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：S4中，水管式沉降仪及引张线位移计（11）的第一个测点布置在下游反滤区（17）与心墙（9）交界处，在该测点混凝土基座预埋吊环作为锚固端，将柔性斜侧仪（10）的固定端与吊环采用活动铰接头进行固定连接，连接处设置专用密封保护装置。
6.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：S6后，进行沟槽回填，沟槽回填采用剔除5cm以上粒径的心墙细料按每层20cm分层回填沟槽，各层采用手持振动夯碾压密实；当填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复心墙正常填筑。
7.根据权利要求5所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：水管式沉降仪及引张线位移计（11）的第一个测点布置在第一反滤层（1701）和心墙（9）的交界处，水管式沉降仪及引张线位移计（11）的第二个测点布置在第一反滤层（1701）和第二反滤层（1702）的交界处。
8.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：在下游过渡层（16）内至少设置一个水管式沉降仪及引张线位移计（11）。
9.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：监测条带（14）向设计综合坝坡（15）的下游处倾斜设置。
10.根据权利要求1所述一种高土石坝心墙顺水流向沉降监测方法，其特征是：监测条带（14）至少包括两组不同的坡度比，且每组相同坡度比的数量至少为两个。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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