视准线法监测土坝水平位移

1、职业教育水利水电建筑工程专业水利工程管理技术视准线法监测土坝水平位移水利工程管理技术项目组2015年4月视准线法监测土坝水平位移一、观测原理视准线法又称方向线法。由于视准线法观测方便、计算简单、成果可靠，因此是观测水工建筑物水平位移的一种常用方法，其观测原理如图1所示。在坝端两岸山坡上设工作基点A和B，将经纬仪安置在A点（或B）上后视B（或A），构成视准线。由于A、B点在两岸山坡上，不受土坝变形影响，因此AB构成的视准线是固定不变的，以此作为观测坝体变形的基准线。然后沿视准线在坝体上每隔适当距离埋设水平位移标点，如a、b、c、d、e。测出标点中心离视线的距离la0、lb0、lc0、ld0、le

2、0，作为初测成果，记录了各位移标点与视准线的相对位置。当坝体发生水平位移后，各位移标点与视准线相对位置发生变化。再用经纬仪安置在工作基点A（或B）上，后视B（或A）点，可测出各位移标点离视准线的距离la1、b1、lc1、ld1、le1，与初测成果的差值即为该位移标点在垂直视准线方向的水平位移量。以c点为例，初测成果为lc0，变位后离视准线距离为lc1，lc1与lc0的差值即为位移标点c的水平位移量c1。图1视准线法观测水平位移示意图1工作基点；2位移标点；3视准线；4校核基点二、测点的布设为了全面掌握土坝的水平位移规律，同时又不使观测工作过于繁重，就要在土坝坝体上选择有代表性的部位布设适当数量

3、的测点进行观测。一般布置是：坝顶靠下游坝肩布设一排测点；兴利最高水位以上的上游坡布设一排；下游坡布设23排。每排测点的间距为50100m。每排测点延长线两端山坡上各设一个工作基点。为了校测工作基点有无变动，在两个工作基点延长线上各埋设一个校核基点，如图1所示。校核基点也可不设在视准线延长线上，而在每个工作基点附近，设置两个校核基点，使两校核基点与工作基点的连线大致垂直，用钢尺丈量以校测工作基点是否发生变位。三、观测仪器和设备（一）观测仪器用视准线法观测水平位移，一般用经纬仪进行。观测的精度主要与经纬仪望远镜的放大倍数有关，望远镜放大倍数愈大，照准误差愈小，观察精度愈高。我国北京光学仪器厂生产的

4、红旗"型经纬仪、杭州光学仪器厂生产的红旗光学经纬仪、蔡司030型经纬仪以及威特T1经纬仪等都属J6级经纬仪，望远镜放大倍数为2526倍。我国苏州光学仪器厂生产的J2光学经纬仪、蔡司010型经纬仪和威特T2经纬仪等都属J2级经纬仪，望远镜放大数倍为30倍。威特T3经纬仪属J1级，望远镜放大倍数为40倍。一般大型水库的土坝水平位移，可使用J6级或J2级经纬仪进行观测。土坝长度超过500m以及比较重要的水库，最好使用J1级经纬仪进行观测。对于视准线长度超过500m（或曲线形坝）的变形观测可以采用莱卡或拓普康的全站仪观测。（二）观测设备1、工作基点工作基点是供安置经纬仪和觇标构成视准线的标点

5、，有固定工作基点和非固定工作基点两种。埋设在两岸山坡上的工作基点，称为固定工作基点。当大坝较长或折线形坝需要在两个固定工作基点之间增设工作基点，这种工作基点埋设在坝体上，其本身随坝体变形而发生位移，故称为非固定工作基点。工作基点一般包括混凝土墩和上部结构两部分。混凝土墩通常是由高100120cm、断面40cm×40cm的混凝土柱体和100cm见方、厚 30cm的底板组成，见图2图4。上部结构常用下列三种形式：（1）金属托架式。金属托架式工作基点，是将类似经纬仪三角架上的三角形仪器底盘埋设在混凝土墩顶部，如图2所示。观测时可将经纬仪或觇标直接安置在三角形的金属托架上，用中心螺丝旋紧。（

6、2）中心螺旋式。中心螺旋式是在混凝土墩顶部埋一个与经纬仪中心螺丝同样规格的螺丝，如图3所示。观测时将经纬仪或觇标直接旋在螺丝上。（3）强制对中式。强制对中式工作基点，是在混凝土墩顶部埋设一个强制对中器，如图4所示。强制对中器是一个金属圆盘，圆盘上设置成等边三角形的3个不锈钢圆柱体，圆柱体中心与圆心的距离与经纬仪3个底脚螺丝至圆心的距离相等。其中一个圆柱体顶面为一圆锥形小坑，一个为顺半径方向的V形槽，另一个为平面。这样只要将经纬仪安放在圆柱体上，经纬仪就被强制对中了。图2 金属托架式工作基点（单位:cm）图3 中心螺旋式工作基点（单位:cm）图4 强制对中式工作基点（单位:cm）2、校核基点校核

7、基点的结构基本与工作基点相同，但校核基点只需用来定向或量距，因此其上部结构只需考虑安置觇标，或者只埋一钢板，刻划“十”字线即可。工作基点和校核基点是测定坝体位移的依据，必须保证其不发生变位，一般需浇筑在基岩或原状土层上。3、位移标点在无块石护坡的坝体上埋设位移标点，可采用图5所示的形式。当测点位于有块石护坡的坝坡时，为防止护坡块石对标点的影响，位移标点可采用图6的形式。位移标点的上部结构与使用的觇标有关。如使用简易的活动觇标，标点顶部只需埋设一块刻有“十”字线的钢板，如图5和图6所示的形式。如使用精密活动觇标，则需埋设上述工作基点的上部结构。1十字线；2垂直位移标点头；3铁板；4坝坡线；5开挖

8、线；6冰冻深度线图5 无护坡坝体位移标点（单位:cm）1盖板；2带十字线铁板；3垂直位移标点头；4铁管；5填砂；6块石护坡；7粘土；8混凝土底板；9开挖线图6 有块石护坡坝体的位移标点（单位:cm）4、观测觇标位移观测所用的觇标，可分为固定觇标和活动觇标两种。（1）固定觇标。固定觇标设于后视工作基点上，供经纬仪瞄准构成视准线。常用的有以下几种：1）墙标式固定觇标，可利用工作基点混凝土墩侧面画上觇标图案，如图7所示。图案中心必须与顶部安置经纬仪的中心点一致。图7 墙标式固定觇标2）强制对中式固定觇标，如图8所示。觇标为辐射形图案，中间为红玻璃，在后面装上电灯可供夜间观测。觇标底座加工成经纬仪底座

9、一致。1红玻璃；2圆水准器；3觇标座图8 强制对中式固定觇标3）旋入式固定觇标，塔式图案如图9所示。图9 旋入式固定觇标4）直插式固定觇标。在后视工作基点顶部埋设中心有圆孔的铁板，直接将固定觇标插入圆孔。标面图案有线形，如图10（a）所示；三角形图案，如图10（b）所示；同心圆图案，如图10（c）所示。图10 直插式固定觇标（2）活动觇标。活动觇标是置于位移标点上供经纬仪瞄准对点的。图11为简易活动觇标，觇标底缘刻有毫米分划，其零分划与觇标图案中线一致，注记分划向左右增加，供观测时读数用。应用简易活动觇标，位移标点顶部只需埋设刻有十字线的铁板，十字线中心即为位移标点中心。图11 简易活动觇标四

10、、观测方法用视线法观测水平位移，视线长度受光学仪器的限制，一般前视位移标点的视线长度在250300m之内，可保证要求的精度。坝长超过500m或折线形坝，则需增设非固定工作基点，以提高精度。观测方法如下。（一）坝长小于500m时对于坝长小于500m的坝，坝体位移标点可分别由两端工作基点观测，使前视距离不超过250m。观测时，在工作基点A上安置经纬仪，后视另一端的工作基点B的固定觇标，固定经纬仪上下盘。然后前视离基点A二分之一坝长范围内的位移标点。观测每个位移标点时，用旗语或报话机指挥位于标点的持标者，移动位移标点上的活动觇标，使觇标中心线与望远镜竖丝重合，由持标者读出活动觇标分划尺上位移标点中心

11、所对的读数，读数两次取均值。再倒镜观测一次，取正倒镜两次读数的平均值作为第一测回的成果。同法再测第二测回，两测回不符值应不大于4mm，否则应予重测。如此，依次观测工作基点A至坝长中点之间的位移标点。再在工作基点B上安置经纬仪，后视工作基点A，依次观测坝长中点至工作基点B之间的位移标点。视准线法观测水平位移的记录表，可参考表1格式。表1 水平位移观测记录表（二）坝长大于500m时当坝长超过500m，观测位移标点的视距超过250m，因此，需在坝体中间增设非固定工作基点。如图1-3-12所示，在视准线中点附近坝体增设非固定工作基点M。当坝体发生变形后，M点也随坝体发生位移至M。进行位移观测时，首先由

12、工作基点A和B，测定M点的位移量。观测应进行8个测回，各测回成果与平均值的偏差应不大于2mm，然后将经纬仪安置在M点后视A和B，观测M前后各250m范围内位移标点的位移量。其他位移标点由固定工作基点A和B后视M进行观测，如图12所示。图12 长坝增设非固定工作基点观测位移示意图由于视准线法观测位移的视线不宜超过300m，故即使增设非固定工作基点，最大坝长不宜超过100m。对坝长超过1200m的坝，则应采用其他方法，如前方交会法等进行观测。五、观测精度的分析为了确保用视准线法观测土坝水平位移量的可靠性，必须对观测成果提出一定的精度要求。按SL6094土石坝安全监测技术规范规定，用视准线法校测工作基点，观测增设的工作基点时，允许误差应不大于2mm，观测位移标点时，每测回的允许误差应不大于4mm（取2倍中误差），所需测回数不得少于两测回。为保证用视准线法观测土坝水平位移的精度，其观测要求如下：（1）用视准线法观测土坝水平位移，测站到标点的视线距离愈长，观测误差也愈大。用T3经纬仪视线不超过400m；用其他经纬仪观测视线不超过300m，则一个测回的