CN117268323A - 高土石坝下游堆石区沉降监测系统及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，包括多个观测墩、柔性测斜仪和沉降环，多个所述的观测墩设置在坝体下游堆石区坝坡的出露位置，观测墩一侧连接有柔性测斜仪，柔性测斜仪横向设置于堆石区内，堆石区中还设有多个竖向的测斜管，测斜管外部套设有沉降环。本新型发明上述结构，通过“柔性测斜仪+电磁沉降环+观测墩”组合监测技术手段，可以实现下游堆石区全方位立体空间沉降监测，也实现了下游堆石区连续沉降监测。
Description
技术领域
本发明涉及大坝沉降监测技术领域，具体的是一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统及施工方法。
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。当前下游堆石区沉降监测一般采用水管式沉降仪、弦式沉降仪、横梁式沉降仪、电磁沉降环。横梁式沉降仪、大量程杆式位移计一般呈竖向分段分高程布置，以适应下游堆石大沉降变形监测需要，通过监测堆石体各分段沉降来得到其累计沉降。受堆石体大块体挤压和自身挂重影响，电缆易受土体挤压破坏，从而部分监测仪器在施工期出现损坏，监测仪器存活率偏低。弦式沉降仪因其测量精度较低，受堆石体沉降大影响容易失效，已很少应用。电磁式沉降环一般与测斜管配套使用，在测斜管外一般按高程间距3~10m布置，监测土体不同高程的绝对沉降，但许多工程经验表明坝高超过160m后测斜管容易出现挤压破坏，导致沉降环报废。水管式沉降仪一般沿顺水流方向布置，在观测房未形成前基本不具备观测条件，因而不能捕捉仪器埋设后全过程监测数据。且仪器经过多年长期运行容易出现失效情况。
另外，考虑到经济性和必要性，高土石坝下游堆石体所布设的监测仪器一般都呈点式布置，水管式沉降仪测点间距一般10～50m不等，难以监测堆石体连续不均匀变形分布情况。
国内目前高土石坝下游堆石区沉降监测技术方案如附图1所示。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统及施工方法，通过“柔性测斜仪+电磁沉降环+观测墩”组合监测技术手段，可以实现下游堆石区全方位立体空间沉降监测，也实现了下游堆石区连续沉降监测。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，包括多个观测墩、柔性测斜仪和沉降环，多个所述的观测墩设置在坝体下游堆石区坝坡的出露位置，观测墩一侧连接有柔性测斜仪，柔性测斜仪横向设置于堆石区内，堆石区中还设有多个竖向的测斜管，测斜管外部套设有沉降环。
优选的方案中，所述的坝体下游坝坡上设有沟槽，观测墩埋设在沟槽一端，柔性测斜仪沿沟槽铺设设置。
优选的方案中，所述的坝体下游基础上设有混凝土基座，测斜管下端设置在混凝土基座上。
优选的方案中，所述的测斜管外部套设有预护管，测斜管及沉降环均位于预护管内部。
基于上述高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，包括以下步骤：
1）在坝体下游基础上设置混凝土基座，混凝土基座上安装预护管；
2）在预护管内安装套设有沉降环的测斜管；
3）在坝体下游填筑反滤层、过滤层以及堆石并形成堆石区，一次填筑的堆石区高度不超过预护管及测斜管的上端管口；
4）在堆石区顶部开设沟槽；
5）沿沟槽方向铺设柔性测斜仪至反滤层；
柔性测斜仪采用柔性PE管保护，保护管外径60mm、壁厚4.6mm；材料采用柔性PE100级SDR11管，各段柔性测斜仪保护管整管中间无接头，在各柔性测斜仪连接头处外套75mmPE管保护，安装时PE保护管管端加盖密封。
6）提升预护管至其上端超过下一填筑高度以上；
7）重复步骤2）-6）完成后续的监测系统安装过程。
选择大坝典型监测横断面，在该断面典型高程（一般为1/6、1/3、1/2、2/3、5/6坝高）处，从下游反滤层至下游坝坡机械开挖水平沟槽2，沟槽2深1.2m，底宽0.8m，坡比控制在0～1.3%之间。
优选的方案中，所述的步骤5）完成后，对沟槽进行回填，回填采用5cm以下的细料。
优选的方案中，所述的步骤5）中，柔性测斜仪分节段进行施工，相邻柔性测斜仪之间、柔性测斜仪与观测墩之间铰接并套设保护管。
优选的方案中，所述的步骤3）中，完成堆石填筑之后，在预护管四周回填细料。
优选的方案中，所述的沟槽回填按每层20cm分层回填，各层采用手持振动夯碾压密实，在填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复大坝正常填筑。
优选的方案中，所述的步骤5）完成后，在堆石区顶面靠近下游的一端上设置观测墩3，并连接观测墩3与柔性测斜仪；
所述的观测墩墩底侧面预埋吊环，作为锚固端铰接柔性测斜仪，连接处设置PE管进行保护。
本发明所提供的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统及施工方法，通过采用上述结构及方法，具有以下有益效果：
（1）原下游堆石区沉降监测主要采用水管式沉降仪，一方面土建开挖量较柔性测斜仪埋设开挖量大，另一方面水管式沉降仪只能点式监测，无法实现连续沉降监测。而且采用水管式沉降仪一般需要等到修建下游观测房后按照观测装置才能进行观测，因此会损失一部分沉降监测数据。
本技术方案既能方便施工，土建工作量小，且能实现连续监测，本方案利用外观墩作为观测基准，同时在沉降环于柔性测斜仪交叉点互相印证，很好地解决了监测成果准确性问题；
（2）考虑经济性，传统技术方案均是基于点式监测，因此一般只选择水平埋设水管式沉降仪或者竖向埋设测斜管兼电磁沉降环，监测仍存在空白区域，无法全方位监测下游堆石体的沉降分布规律，尤其是下游堆石体反滤层、过渡层及堆石区协调变形无法监测得到，从而很难验证反馈坝工结构设计的合理性。
本技术方案通过水平布设“柔性测斜仪+竖向布设沉降环”，实现了下游堆石体空间网格化监测布置，实现了下游堆石体全方位立体沉降监测，对堆石体内部各部位沉降变形能得到更精准监测；
（3）本技术方案吸收了传统技术手段的优势并实现了各监测设备的连续安装目的，并将新型监测技术有效融合，开创性提出了采用新型监测仪器柔性测斜仪+电磁沉降环+外观墩的技术手段，利用柔性测斜仪实现下游堆石区水平沉降线性分布监测，利用电磁沉降环实现下游堆石区竖向测线沿程沉降分布。更重要的是，采用外观墩很好地解决了柔性测斜仪沉降监测基准的问题，同时柔性测斜仪与电磁沉降环交叉部位可以互相印证、互相校核，使得本方案监测成果准确度较高，同时本技术方案带有很强的可实施性。
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为现有的高土石坝下游堆石区沉降监测技术示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为本发明的监测系统安装时的示意图。
图中：坝体1，沟槽2，观测墩3，柔性测斜仪4，预护管5，测斜管6，沉降环7，堆石区8，过滤层9，混凝土基座10，反滤层11。
具体实施方式
实施例1：
如图2中，一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，包括多个观测墩3、柔性测斜仪4和沉降环7，多个所述的观测墩3设置在坝体1下游堆石区8坝坡的出露位置，观测墩3一侧连接有柔性测斜仪4，柔性测斜仪4横向设置于堆石区8内，堆石区8中还设有多个竖向的测斜管6，测斜管6外部套设有沉降环7。
优选的方案中，所述的坝体1下游坝坡上设有沟槽2，观测墩3埋设在沟槽2一端，柔性测斜仪4沿沟槽2铺设设置。
优选的方案中，所述的坝体1下游基础上设有混凝土基座10，测斜管6下端设置在混凝土基座10上。
优选的方案中，所述的测斜管6外部套设有预护管5，测斜管6及沉降环7均位于预护管5内部。
实施例2：
如图2、3，基于上述高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方案，具体包括以下步骤：
1）在坝体下游基础上设置混凝土基座10，混凝土基座10上安装预护管5；
2）在预护管5内安装套设有沉降环7的测斜管6；
3）在坝体下游填筑反滤层11、过滤层9以及堆石并形成堆石区8，一次填筑的堆石区8高度不超过预护管5及测斜管6的上端管口；
4）在堆石区8顶部开设沟槽2；
5）沿沟槽方向铺设柔性测斜仪至反滤层；
柔性测斜仪采用柔性PE管保护，保护管外径60mm、壁厚4.6mm；材料采用柔性PE100级SDR11管，各段柔性测斜仪保护管整管中间无接头，在各柔性测斜仪连接头处外套75mmPE管保护，安装时PE保护管管端加盖密封。
6）提升预护管至其上端超过下一填筑高度以上；
7）重复步骤2）-6）完成后续的监测系统安装过程。
选择大坝典型监测横断面，在该断面典型高程（一般为1/6、1/3、1/2、2/3、5/6坝高）处，从下游反滤层至下游坝坡机械开挖水平沟槽2，沟槽2深1.2m，底宽0.8m，坡比控制在0～1.3%之间。
优选的方案中，所述的步骤5）完成后，对沟槽进行回填，回填采用5cm以下的细料。
优选的方案中，所述的步骤5）中，柔性测斜仪分节段进行施工，相邻柔性测斜仪之间、柔性测斜仪与观测墩之间铰接并套设保护管。
优选的方案中，所述的步骤3）中，完成堆石填筑之后，在预护管四周回填细料。
优选的方案中，所述的沟槽回填按每层20cm分层回填，各层采用手持振动夯碾压密实，在填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复大坝正常填筑。
优选的方案中，所述的步骤5）完成后，在堆石区顶面靠近下游的一端上设置观测墩3，并连接观测墩3与柔性测斜仪；
所述的观测墩墩底侧面预埋吊环，作为锚固端铰接柔性测斜仪，连接处设置PE管进行保护。
若堆石基础为基岩，则从孔底开始测量各沉降环实际高程，再与安装高程对比便可得到各沉降环测点沉降量。若堆石基础为覆盖层，则从孔口开始测量各沉降环实际高程，孔口高程由全站仪或水准仪测量。
在下游坝坡外观墩上放置固定棱镜，通过全站仪来测量外观墩的墩顶高程，从而换算出墩底柔性测斜仪基点高程，该基点作为柔性测斜仪的测量基准，从而实现下游堆石区各高程水平沿程沉降监测。此外，利用下游堆石区不同部位沿高程竖向布设的电磁沉降环，可以得到不同高程的竖向监测成果。各柔性测斜仪与沉降环在交接处成果互相校核、印证，以分析判断数据的准确性。至此，通过“柔性测斜仪+电磁沉降环+外观墩”组合监测技术手段，可以实现下游堆石区全方位立体空间沉降监测，也可以实现下游堆石区连续沉降监测。
Claims (10)
1.一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，其特征在于：包括多个观测墩（3）、柔性测斜仪（4）和沉降环（7），多个所述的观测墩（3）设置在坝体（1）下游堆石区（8）坝坡的出露位置，观测墩（3）一侧连接有柔性测斜仪（4），柔性测斜仪（4）横向设置于堆石区（8）内，堆石区（8）中还设有多个竖向的测斜管（6），测斜管（6）外部套设有沉降环（7）。
2.根据权利要求1所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，其特征在于：所述的坝体（1）下游坝坡上设有沟槽（2），观测墩（3）埋设在沟槽（2）一端，柔性测斜仪（4）沿沟槽（2）铺设设置。
3.根据权利要求1所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，其特征在于：所述的坝体（1）下游基础上设有混凝土基座（10），测斜管（6）下端设置在混凝土基座（10）上。
4.根据权利要求3所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统，其特征在于：所述的测斜管（6）外部套设有预护管（5），测斜管（6）及沉降环（7）均位于预护管（5）内部。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
1）在坝体下游基础上设置混凝土基座（10），混凝土基座（10）上安装预护管（5）；
2）在预护管（5）内安装套设有沉降环（7）的测斜管（6）；
3）在坝体下游填筑反滤层（11）、过滤层（9）以及堆石并形成堆石区（8），一次填筑的堆石区（8）高度不超过预护管（5）及测斜管（6）的上端管口；
4）在堆石区（8）顶部开设沟槽（2）；
5）沿沟槽（2）方向铺设柔性测斜仪（4）至反滤层（11）；
6）提升预护管（5）至其上端超过下一填筑高度以上；
7）重复步骤2）-6）完成后续的监测系统安装过程。
6.根据权利要求5所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于：所述的步骤5）完成后，对沟槽（2）进行回填，回填采用5cm以下的细料。
7.根据权利要求5所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于：所述的步骤5）中，柔性测斜仪（4）分节段进行施工，相邻柔性测斜仪（4）之间、柔性测斜仪（4）与观测墩（3）之间铰接并套设保护管。
8.根据权利要求5所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于：所述的步骤3）中，完成堆石填筑之后，在预护管（5）四周回填细料。
9.根据权利要求6所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于：所述的沟槽（2）回填按每层20cm分层回填，各层采用手持振动夯碾压密实；
在填筑面高于仪器埋设高程1m后恢复大坝正常填筑。
10.根据权利要求6所述的一种高土石坝下游堆石区沉降监测系统的施工方法，其特征在于：所述的步骤5）完成后，在堆石区（8）顶面靠近下游的一端上设置观测墩（3），并连接观测墩（4）与柔性测斜仪（4）。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117570910A (zh) * | 2024-01-17 | 2024-02-20 | 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 | 一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置 |
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| CN117570910B (zh) * | 2024-01-17 | 2024-04-12 | 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 | 一种狭窄河谷大坝坝体变形监测装置 |
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