基于水平固定測斜儀的壩基沉降監測方法及應用

魏小平 建劍波 翟 巍 張會娟

(1.河南省河口村水庫工程建設管理局,河南 濟源 454650；

·水利工程·

基于水平固定測斜儀的壩基沉降監測方法及應用

魏小平1建劍波1翟 巍2張會娟3

(1.河南省河口村水庫工程建設管理局,河南 濟源 454650；

2.北京建工四建工程建設有限公司,北京 100075; 3.中國科學院遙感與數字地球研究所,北京 100101)

針對沉厚覆蓋層、寬大壩基的施工環境，應用水平固定測斜儀系統進行了壩基沉降監測，并結合水平固定測斜儀計算原理，探討了監測的具體方法，監測結果表明：該系統監測能實時、可靠地反映壩基沉降特性，應用前景廣泛。

水平固定測斜儀，壩基，沉降，監測

混凝土面板堆石壩(Concrete Faced Rockfill Dam，簡稱CFRD，下同)是以堆石體為支撐結構并且在其上游表面設置鋼筋混凝土面板作為擋水防滲體的一種壩型。面板堆石壩在安全性、適用性、經濟性等方面具備獨特優勢，并且具有良好的抗滑穩定性、抗滲穩定性和抗震穩定性，同時能夠較好地適應各種地形、地質、水文及氣候條件，造價低，工程進展快，技術規范成熟，加之目前快速碾壓技術的迅速發展，已在工程中得到了大量的應用。隨著面板堆石壩建壩數量的不斷增多，工程規模的不斷擴大，對壩基及壩體的沉降變形以及預測沉降的主要方法已成為目前面板堆石壩的主要研究課題。現階段，主要采用沉降板、沉降磁環和水管式沉降儀等方法監測壩基沉降。本文應用水平固定測斜儀進行壩基沉降監測，不僅能保證壩基沉降的連續性，而且能保證監測數據實時性。

1 水平固定測斜儀計算原理

根據水平固定測斜儀觀測系統的工作原理，起始端A或結尾端B均可作為起算點進行沉降累加計算，其沉降計算結果為相對于A點或B點的相對沉降值，只要測得A點或B點的絕對沉降值即可推算系統各監測點絕對沉降量。水平固定測斜儀裝置及計算示意圖如圖1和圖2所示。圖1中1為固定端、2為錨固塊、

3為導槽保護管、4為位移傳感器、5為水平固定測斜儀、6為過渡端、7為連接桿、9為傳遞桿、10為保護管。圖2中11為沉降趨勢線、12為水平固定測斜儀、13為連接桿、14為相對沉降線。

應用水平固定測斜儀進行壩基沉降計算方法如下：

1)觀測固定端A(或B)的坐標，作為起始計算點；2)觀測水平固定測斜儀測值，計算該次水平固定測斜儀兩側相對沉降；3)從固定端一側起算，通過水平固定測斜儀沉降累加，計算系統沉降(基準值)；4)重復1)，2)和3)步驟，計算系統下一次系統沉降(絕對沉降值)；5)通過上述步驟，應用水平固定測斜儀計算不同時刻、不同位置的壩基沉降。

2 水平固定測斜儀工程應用

2.1 工程概況

河口村水庫位于黃河一級支流沁河最后一段峽谷出口處，下距五龍口水文站約9 km，屬河南省濟源市克井鎮，是控制沁河洪水、徑流的關鍵工程，也是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分，工程規模為大(2)型，工程等級為Ⅱ等，由混凝土面板堆石壩、1號泄洪洞、2號泄洪洞、引水發電洞、溢洪道及水電站等組成，其中混凝土面板堆石壩壩基為深厚覆蓋層粘性土，壩體采用上游為級配料、下游為非級配料填筑。在大壩0+140斷面173 m高程處埋設了一套從上游到下游貫通的水平固定測斜儀，按照每隔5 m、6 m和7 m等間距布置了63支水平固定測斜儀，用于監測350多米的壩基沉降。其監測布置情況如圖3所示。從圖3可見，水平固定測斜儀安裝埋設在壩基部位，壩基沉降監測系統的工作基點位于壩下，水平固定測斜儀系統長度為350多米，分布在從上至下的壩基中心線附近，能較好地反映壩基沉降。

2.2 監測成果

壩軸線上游至防滲墻之間基礎由原河床175.0 m高程挖至165.0 m高程，并對防滲墻、連接板、趾板及防滲墻下游50 m范圍基礎采用高壓旋噴樁進行了專門加固處理；壩軸線下游次堆區覆蓋層基礎開挖至170.0 m高程，但在壩下0+000～0+180靠近右岸岸坡部位發現有較厚的粘性土層及砂層透鏡體，且有向左岸延伸的趨勢，該層粘性土并未完全挖除。并結合水平固定測斜儀安裝埋設位置，壩上游的HI5-1-1～HI5-1-5位于高壓旋噴樁壩基處理范圍內，HI5-1-6～HI5-1-30位于壩軸線上游壩基處理至165.0 m高程，HI5-1-31～HI5-1-36位于壩軸線下游壩基處理165.0 m～170.0 m高程過渡段之上，HI5-1-37～HI5-1-63及基準點B位于壩軸線下游壩基處理至170.0 m高程之上，且在壩下0+000～0+180 靠近右岸岸坡部位發現有較厚的粘性土層及砂層透鏡體地層。待壩基開挖和填筑高程滿足要求后，完成水平固定測斜儀安裝埋設。待儀埋穩定后，按照填筑高程和觀測技術要求，進行壩基沉降觀測、整編及分析。其典型的監測成果見圖4，圖5。

從圖4可見，隨著填筑高程和時間增加，壩基沉降逐漸增加。壩體填筑完成后，壩基沉降持續增加，但增幅有所減小。

從圖5可見，隨著壩體填筑，壩基沉降變形逐漸增加，填筑至225 m高程時，最大沉降變形為461 mm(D0-182)；填筑至240 m高程時，最大沉降變形為651 mm(D0-51)；填筑至286 m高程時，最大沉降變形為789 mm(D0-51)；填筑至286 m高程靜置后，沉降變形在-5 mm～15 mm之間波動，目前變化趨穩。各階段監測成果反饋施工效果，該系統能實時、可靠地反映壩基沉降特性，能較好地指導工程施工。

3 結論及建議

水平固定測斜儀沉降監測系統，用于監測壩基沉降經驗較少，針對深厚覆蓋層、寬大壩基的河口村水庫工程施工環境，能較好地完成安裝埋設實屬難得。該系統監測成果能實時、可靠地反映壩基沉降特性，能較好地指導工程施工，建議在今后工程中推廣應用。

[1] 邵 宇，李海芳，鄧 剛.面板堆石壩面型特性[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2] 艾 斌.混凝土面板堆石壩變形及監測問題[J].大壩與安全，1996(3)：21-22.

[3] 黃河勘測規劃設計有限公司.河南省河口村水庫工程下閘蓄水安全鑒定設計自檢報告[R].2014.

[4] 中國水利水電科學研究院.河南省河口村水庫工程下閘蓄水安全鑒定安全監測自檢報告[R].2014.

Monitoring method and application level fixed inclinometer based on foundation settlement

Wei Xiaoping1Jian Jianbo1Zhai Wei2Zhang Huijuan3

(1.HenanHekouVillageReservoirEngineeringConstructionManagementBureau,Jiyuan454650,China;2.BeijingFourthConstruction&EngineeringCo.,Ltd,Beijing100075，China;3.InstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

According to the construction environment with large and thick cover layer and broad dam foundation, the paper undertakes the dam foundation settlement supervision with the horizontal fixed inclinometer, explores the factual measures by combining with the calculation principle of the inclinometer, and proves by the result that the system can have the timely and reliable reflection of the dam foundation settlement features, so it has better application.

horizontal fixed inclinometer, dam foundation, settlement, supervision

2015-02-10

魏小平(1967- )，男，高級工程師； 建劍波(1981- )，男，工程師； 翟 巍(1982- )，男，工程師； 張會娟(1979- )，女，助理研究員

1009-6825(2015)11-0219-02

TU433

A