磨爾灘水庫大壩變形觀測淺談

王 艷，黃孝紅

(1.南充市高坪區水務局;2.南充康源水務集團，四川南充，637600)

磨爾灘水庫始建于1958年，為均質土壩，壩高27.5m，壩長120m，控制流域面積26.5km2，總庫容1119.62萬m3，有效庫容787.45萬m3。水庫大壩建成至今運行已40多年，上世紀80年代水庫整治時，在壩體布設了簡陋的大壩位移觀測設施，但由于設備簡陋，不能滿足位移觀測精度要求。2000年11月，省水利廳以川水建管〔2000〕828號文決定全面整治，采用四川省新都飛翔測繪工具廠制造的F-1A型通用觀測設備，重新敷設了大壩變形觀測設施?，F將大壩位移觀測方法及觀測設備情況敘述如下。

圖1 位移觀測墩、位移標點平面布置

1 視準線法觀測大壩水平位移

1.1 視準線法原理

如圖1所示，在大壩兩岸基巖上設置A1～D1(右岸)、A5～D5(左岸)基點(位移觀測基點)，在壩體的基點連線方向上設置(A2、A4～D2、D4)位移觀測標點，將經緯儀安置在基點上，照準另一端基點上的標志，可獲一條視準線(叫基準線)，當望遠鏡線橫軸作上下轉動時，可產生一個視準面(叫基準面)。由于基點埋設在穩固的基巖上，其位移可以認為是不變的，定期觀測位移觀測標點對視準線的偏離值(測點到視準線的垂直距離)，就能求得壩體的水平位移值。這種觀測方法稱為視準線法。

位移觀測標點的水平位移值是以第一次觀測為基礎的。設L1為第一次觀測的偏離值，Li為第i次觀測的偏離值，則水平位移值δy為:δy=Li-L1。

一般規定向下游的水平位移值為正，向上游的水平位移值為負。如果取右岸的基點為B1，基準線為X軸，坐標值從右岸向左岸增加，而Y軸向下游為正值，就能滿足上述要求。

1.2 測點布設

為了全面掌握大壩的水平位移規律，同時又不使觀測工作過于繁重，在大壩上選擇有代表性的部位敷設適當數量的觀測點進行觀測(見圖1)。

根據磨爾灘水庫大壩的實際情況，在設計高水位以上的上游坡敷設一排 A1、A2、A3、A4、A5(A1、A5為基點)，在壩頂靠下游壩肩鋪設一排B1、B2、B3、B4、B5(B1、B5為基點)，下游坡鋪設 C、D 二排(C1、C5和 D1、D5為基點)，同時在每排兩個基點的延長線上埋設一個校核基點。為了掌握大壩橫斷面的變形情況，A、B、C、D各縱排點的測點都埋設在相應的橫斷面上(見圖2)。

圖2 位移標點橫斷面布置

1.3 觀測儀器和設備

為了確保用視準線法觀測大壩水平位移量的可靠性，必須對觀測成果提出一定的精度要求。根據1965年水電部管理司制定的《土壩水平位移觀測(視準線法)試行技術規范》中規定:“每一測點應進行兩個測回，取其平均值作為觀測成果。兩測回成果之差不應大于5mm”。1978年編寫的《水工建筑物觀測工作手冊》中規定:“用視準線法觀測水工建筑物上的位移標點時，各測回的容許誤差不應大于4mm(取二倍中誤差)”。為了保證測量精度，觀測儀器和設備的選用也很重要。

1.3.1 儀器。磨爾灘水庫大壩水平位移的觀測選用南方ET—02電子經緯儀。該儀器主要技術指標:精度為2″級，最小顯示讀數為1″;望遠鏡呈正像，放大倍率為30倍，分辯率3″，最短視距1.4m，視距乘常數100，視距加常數0，視距精度≤0.4%L(L為視距)。

1.3.2 觀測設備。在位移觀測中，不能用普通的三腳架和普通的覘標來進行觀測，而要在基點和位移觀測點上建造專用的觀測墩，用以安裝儀器，并安置專用覘標。磨爾灘水庫位移觀測墩采用鋼筋混凝土結構，外表層用橙黃色和棗紅色磨石裝飾。為了在安置儀器和覘標時消除對中誤差的影響，在觀測墩頂面埋設了由四川省新都飛翔測繪工具廠制造的F-1A型通用式強制對中基座。該基座制造精良，最大對中誤差0.05mm，連接方式為三槽、中心插入、螺栓連接，使用簡單方便。覘標也是由該公司制造的M-450A型固定覘標和M-400C型精密活動覘標，最大對中誤差≤±0.2mm。

1.3.3 校核基點采用混凝土墩。頂部埋設十字絲鋼板，或在房屋墻上埋設螺栓，再在螺栓頂面上劃一個十字作為照準目標。

1.4 水平位移觀測操作方法

用活動覘標法測定水平位移。如圖1所示，在基點B1上安置經緯儀，在基點B5上安置固定覘標，在位移觀測點B2上安置活動覘標。當經緯儀照準B5點上的固定覘標后，再照準B2點，并指揮移動活動覘標。待活動覘標的照準標志落在望遠鏡十字絲上時，即發出“好”的信號，在活動覘標的讀數尺上讀數。重復移動覘標2～3次，并分別讀數，為上半測回。下半測回，倒轉望遠鏡用盤右位置重新照準B5點的固定覘標，而后照準B2點，觀測方法與上半個測回相同，這樣就完成了一個測回(本水庫水平位移觀測，每個測點采用兩個測回)。第二測回開始應重新整平儀器，觀測方法與第一測回相同。然后將經緯儀搬至B5點上，在B1點上安置固定覘標，與上同法進行返測。

2 水準測量法觀測大壩垂直位移

2.1 觀測原理及精度要求

利用水準儀進行水準測量，可以測出兩點之間的高差。觀測垂直位移，是在大壩兩岸不受壩體變形影響的部位設置水準基點或起測基點，并在壩體表面敷設適當的垂直位移標點(一般與水平位移標點一致)，然后定期根據水準基點或起測基點，用水準測量測定壩面垂直位移標點的高程變化，即為該點的垂直位移值。

磨爾灘水庫屬中型水庫，大壩垂直位移采用普通水準測量。按照三等水準測量操作方法實測，其往返閉合差△h≤±1.4mm;校測水準基點或起測基點的往返閉合差△h≤±0.72mm。用水準測量法觀測大壩垂直位移，一般采用三級點位——水準基點、起測基點和位移標點;兩級控制——由水準基點校測起測基點，由起測基點觀測垂直位移標點。本水庫大壩規模較小，也可由水準基點直接觀測位移標點。

2.2 測點布置

2.2.1 水準基點。水準基點是垂直位移觀測及其它高程測量依據的標準。本水庫水準基點為原四川省測繪局測設的三等水準點(混凝土墩、銅芯暗標)，位于大壩左側上游15m左右基巖上，高程系統為 1956年黃海高程，標高為342.010m。

2.2.2 垂直位移標點。本水庫大壩垂直位移標點，布設在水平位移標點同一個觀測墩上。水平位移標點強制對中基座上的半圓形標點頭，即為垂直位移標點。

2.2.3 觀測儀器和操作方法。本水庫用水準測量方法觀測大壩壩體垂直位移，采用國產天津歐波精密儀器廠制造的DS32型自動安平水準儀。其主要技術指標:望遠鏡呈正像，放大倍數32倍。乘常數100，加常數0，安平精度 ±0.3″，每公里往返測量標準偏差±1.0mm。雙面水準尺，精度±1.0mm，尺墊為鑄鐵，重1.0kg。

觀測垂直位移時，一般從大壩的一端起測基點開始，在測站安放水準儀，后視起測基點，前視第一個垂直位移標點，分別讀數，記入記錄表內。然后以第一個位移標點為轉點，將水準儀搬到第二測站安平，后視第一個位移標點，前視第二個位移標點，分別記入記錄表內。依次測至大壩的另一端起測基點后，再進行返測，至始測的起測基點止。

①垂直位移觀測。按規范要求，用三等水準測量方法進行施測。三等水準測量，前后視距不超過70m，前后視距不等差不超過±2m，累計不等差不超過±5m。

②垂直位移觀測可選擇陰天或早晨等適宜測量的時間進行，并可盡量使每次觀測的氣候條件基本相同，以提高精度。

③進行垂直位移觀測的人員、儀器、水準尺可予以固定，以避免系統誤差和偶然誤差。

④進行垂直位移觀測，不應使用塔尺，而需使用雙面水準尺。其讀數順序為:后視黑面→前視黑面→前視紅面→后視紅面。

3 結語

南充市磨爾灘水庫大壩變形觀測設施的敷設與觀測，經運行11年表明，技術上可行，實踐中適用，滿足國家和行業標準要求，為保證大壩安全運行提供了理論依據。