土石坝安全监测与维修养护-土石坝表面与内部变形监测

土石坝表面与内部变形监测目录1变形监测的项目内容与目的变形监测的规范规定01变形监测的项目内容与目的变形监测的规范规定1.1变形监测的项目内容与目的变形监测主要有表面变形、内部变形、倾斜、裂缝和接缝，以及岸坡位移等。表面变形观测包括竖向位移和水平位移，水平位移中包括垂直坝轴线的横向水平位移和平行坝轴线的纵向水平位移。变形监测是通过人工或仪器手段观测大坝整体或局部的变形量，用以掌握大坝在自重、水压力、扬压力及温度等环境量的作用下的变形规律，了解大坝在施工和运用期间是否稳定和安全，研究有无裂缝、滑坡、滑动和倾覆等趋势。1.2变形监测的规范规定(1)变形监测用的平面坐标及水平高程，应与没计、施工和运行等阶段的控制网坐标系统相一致。(2)表面竖向位移及水平位移观测，一般应共享一个测点。深层竖向及水平位移观测应尽量与表面位移结合布置，并应配合进行观测。(3)建筑物上各类测点应和建筑物牢固结合，能代表建筑物变形，测点应有可靠的保护装置。(4)观测基点应设在稳定区域内，应埋设在新鲜或微风化基岩上，保证基点稳固可靠，基点应有可靠的保护装置。(5)变形观测的正负号应遵守以下规定：

水平位移：向下游为正，向左岸为正，反之为负。

竖向位移：向下为正，向上为负。

裂缝和接缝三向位移：对开合，张开为正，闭合为负；对滑移，向坡下为正，向左岸为正，反之为负。

倾斜：向下游转动为正，向左岸转动为正，反之为负。(6)观测测次应满足《土石坝安全监测技术规范》（SL60-94）(7)变形监测的精度要求见下表项目位移量中误差限值水平位移土石坝、面板堆石坝坝体

表面±2.0mm

内部±1.0mm

土石坝、面板堆石坝坝基±1.0mm垂直位移土石坝、面板堆石坝坝体

表面±3.0mm

内部±1.0mm倾斜土石坝、面板堆石坝坝体

表面±5.0"

内部±3.0"

高边坡±5.0"接缝与裂缝土石坝、面板堆石坝坝体±0.2mm(7)变形监测的精度要求见下表水利水电工程的安全监测中的外部变形观测一般指利用测量仪器与专用仪器，采用大地测量方法对工程建筑物的表面的变形现象进行监测的一项工作。土石坝表面与内部变形监测目录324坝体表面水平位移监测方法大坝表面变形监测的设计布置和监测设施标点类型、构成与安装坝体表面垂直位移监测方法02大坝表面变形监测的设计布置和监测设施标点类型、构成与安装2.大坝表面变形监测的设计布置和监测设施标点类型、构成与安装外部变形观测和内部变形观测均属于安全监测项目。安全监测的设计一般均由设计单位根据地质情况、水工建筑物的结构状况、水工建筑物的运行状况综合考虑进行设计布置。在此仅对外部变形观测在主要水工建筑物区域的布设作一介绍。2.1土石大坝变形观测的布置土石坝的坝型一般是直线坝或折线坝，土石坝的位移变化主要是水平位移和垂直位移变化。土石坝的外部变形监测一般按平行于坝轴线和垂直于坝轴线两个方向来布设监测断面。平行于坝轴线方向的断面一般在坝顶上下游侧、上游和下游坡的马道上来布设,这些监测点大部分在同一高程上；垂直于坝轴线方向的断面是将不同高程的平行于坝轴在线的监测点设置在同一坝轴线桩号上，形成一个剖面（见右图）。👉土石坝外部变形监测的监测点一般均为砼标墩，标墩中心安装有强制对中标盘，标墩上安有专门用于水平测量的水平标点（见下图）。水利枢纽工程土石大坝外部变形观测测点布置图03坝体表面水平位移监测方法3.坝体表面水平位移监测方法👉

在水平位移监测中对一些无法设置一条基准线的项目，一般单独设立水平位移监测点，监测点一般分区域布设。👉

独立布设的水平位移监测点一般为安装有强制对中标盘的砼标墩，通过专用连接螺丝与仪器或棱镜基座相连接。👉

独立水平位移监测点监测常用的监测方法有极坐标法、精密导线法、多站边角交会法等、使用的仪器近期均采用具有测角和测距功能的全站仪。04坝体表面垂直位移监测方法👉

监测规范规定垂直位移监测的正负号规定为：下沉为正，上抬为负。👉

垂直位移监测设施包括：水平基点、工作基点、监测点（均为按水平测量要求埋设的水平点）。监测方法有水平测量、三角高程测量、静力水平测量等。4.坝体表面垂直位移监测方法土石坝表面与内部变形监测目录6内部竖向变形与水平位移监测方法介绍及仪器结构与安装06内部竖向变形与水平位移监测方法

介绍及仪器结构与安装6.2水平位移监测方法1．测斜仪测斜仪广泛适用于测量土石坝、混凝土坝、面板坝、边坡、土基、岩体滑坡等结构物的水平位移，该仪器配合测斜管可反复使用。(1)测斜仪结构。测斜仪由倾斜传感器、测杆、导向定位轮、信号传输电缆和读数仪器等组成。(2)测斜仪工作原理。在需要观测的结构物体上埋设测斜管，测斜管内径上有两组互成90°的导向槽，将测斜仪顺导槽放人测斜管内，逐段一个基长(500mm)进行测量。测量得出的数据即可描述出测斜管随结构物变形的曲线，以此可计算出测斜管每500mm基长的轴线与铅垂线所成倾角的水平位移，经算术和即可累加出测斜管全长范围内的水平位移，见下图。测斜仪以铅垂线为轴，倾向高端导向轮一侧读数增大，倾向另一侧读数减小（含符号）。测斜仪工作原理6.2.1技能操作埋设与安装。测斜仪为一种可重复使用的测量仪器，测斜仪的测量方法是测量测斜管轴线的倾斜度。所以测量前必须先埋设测斜管，方可实现测量。1)测斜管的安装。先将测斜管装上管底盖，用螺丝或胶固定。将测斜管按顺序逐根放人钻孔中，测斜管与测斜管之间有接管连接，测斜管与接管之间必须用螺丝固定。测斜管在安装中应注意导槽的方向，导槽方向必须与设计要求定准的方向一致。将组装好的测斜管按次序逐节放人钻孔中，直至孔口。当确认测斜管安装完好后既可进行回填，回填一般用膨润土球或原土沙。回填时每填至3—5m时要进行一次注水，注水是为了使膨润土球或原土沙遇水后，与孔壁结合的牢固，以此方法直至孔口。露在地表上的测斜管应注意做好保护，盖上管盖，严禁防止物体落人。测斜管地表管口段应浇注土混凝土，做成混凝土墩台以保护管口和管口转角的稳定性。墩台上应设置位移和沉降观测标点。安装完成后的测斜管应先用模拟测斜仪试放，试放时测斜管互成90°的两个导向槽都应从下到上试放到，保证模拟测斜仪顺测斜管能从上到下、并从下到上都很平稳顺畅通过，以此测斜管安装为完好。2)测斜仪组装。首先检查测斜仪的导轮是否转动灵活、扭簧是否有力、密封圈有否损伤。将测杆与电缆连接头连接在一起，为防止测斜仪进水影响测值的稳定，连接一定要牢固可靠，最好用扳手将电缆连接头与测杆拧紧。将电缆从电缆绕盘上放下测孔深度的长度来，再将读数仪的测量线拧在电缆绕盘的插座上。打开读数仪，将测斜仪在测量平面上转动，检查输出读数是否正常（以测斜仪竖直为基准偏向导向轮高端一边读数增大，偏向另一边读数减小，并做好测量前的准备。3)测量。将测斜仪置入测斜管内，并使导向轮完全进入导向槽内。方向应为导向轮的正向与被测位移坐标(+X)一致时测值为正，相反为负。之后根据电缆上标明的记号，每500mm单位长度测读一次测斜管轴线相对铅垂线的倾角。测斜仪测量时可先将测斜仪放人管底，自下而上测量。亦可从管口开始由上至下的测量。参考方法：当测斜管下部可靠固定在基岩中(埋入深度应大于500mm)，可认为基岩没有位移。此时测量可自下而上每500mm长度测读一次，直至管口。当测斜管底部悬挂（底部末深入基岩），此时测量可由上至下进行测量。4)测值。为提高测量精度，消除系统误差，每个方向应逐段正，反方向各测读一次，取其测值差的一半，计算各段位移量。即：Sx=(S+x-S-x)／2Sy=(S+y-S-y)／2每根测斜管所有同高程上正、反方向两次测值和的一半计算值，应为测斜仪的理论铅垂状态下的读数值，此Sx，与Sy，应近似为定值。即：S´x；=(S+x+S-x)/2S´y，=（S+y十S-y）／2若测值S´x：与S´y，有离散性，主要原因是：①测斜仪前、后两组导轮的几何形心的连线在正、反两次测量时不完全平行；②导向轮与导向槽的配合不好；③导向轮与轮架之间的间隙太大；④测斜管与土体固结不好。测量时，当4个导向轮在某一个测量段面没有完全进入导向槽时，和值S'A与S'y会出现较大的变化。因此在测量时一定要使4个导向轮完全进入导向槽中，在测管的接头处可反复多测几次。如果某一、两处的和值与正常值明显偏差过大可剔除不用，一般这都是由于一头导向轮不在导向槽中引起的，这多发生在管接头处，所以此数据原本意义不大可剔除不用。5)其他注意事项。测量结束后，应先拧开测杆与电缆之间的接头，并将测杆与电缆接头处的四芯插头、插座擦拭干净，将测杆放人便携箱中。将读数仪的测量线从电缆绕盘上拧下，并将电缆线在绕盘上盘好以备下次再用。上述方法是人工观测方式，为实现自动化观测，可在测斜仪两端加装连接杆，连接杆长度一般为1.5-3.0m，然后将测斜仪固定在测斜管中，用电缆线将每支测斜仪连接到集线箱和数据采集装置，可实现自动化测量。土石坝表面与内部变形监测目录6内部竖向变形与水平位移监测方法介绍及仪器结构与安装06内部竖向变形与水平位移监测方法

介绍及仪器结构与安装6.1.2振弦式沉降仪振弦式沉降仪可自动测量不同点之间的沉降，它由储液罐、通液管和传感器组成，如下图所示，储液罐放置在固定的基准点并用两根充满液体的通液管把它们连接在沉降测点的传感器上，传感器通过通液管感应液体的压力，并换算为液柱的高度，由此可以实现在储液罐和传感器之间测量出不同高程的任意测点的高度。通常可以用它来测量堤坝、公路填土及相关建筑物的内外部沉降。(1)传感器的安装。传感器通常固定在沉降盘上。在回填平整的情况下，沉降盘可用

睦直接固定在结构体上。平底槽应为300～600mm深，将沉降盘放在槽底平面上然后灞小颗粒土料回填，用于回填的材料应去除粒径大于l0mm的颗粒，用这种材料应当围绕传感器夯实到槽口平面高程为止。在安装过程中，应当用规范的测量技术来测量沉降盘的高程，同时确认传感器在夯实后没有遭到损坏。(2)电缆和通液管的安装。电缆和通液管应埋设在大约300～600mm深的沟槽里，沟槽不能上下起伏。电缆和通液管应各自单独埋设，且不能相互接触和扭在一起（也可将电缆及通液管用同一钢管或较厚的PVC管保护后埋设），在任何地方导管都不能高于储液罐。回填沟槽之前应检查有无气泡的迹象，如发现任何气泡都需要在初始读数之前冲洗通液管。围绕在电缆周围沟槽里的材料，不允许有大的有角的石块直接靠在电缆上，为了防止水沿着沟槽形成渗流通道，应分段在沟槽的空隙中填人膨润土。振弦式沉降仪典型的安装如下图所示在土坝坝体内的沟槽禁止完全穿透黏土核心部分（如防渗墙），在电缆上的填土，当埋层超过600mm厚时即可正常回填。在电缆外露的地方，电缆应适当地沿着其延长方向加固防止弯曲，电缆也应避免阳光直射，可通过注入聚苯乙烯泡沫或氨基甲脂酸泡沫等来绝热防止温度变化对液体的影响。(3)储液罐的安装。储液罐应安装在稳定的地面上或观测房的墙面上，储液罐的高程应在安装过程中进行测量和记录。松开储液罐顶部螺丝给储液罐注入去气防冻液直到观测管显示半满状态，储液罐不能直接暴露安装在阳光直射处。当连接从传感器到储液罐的通气管时不允许空气驻留在通管内，同时应确保连到传感器上的通气管无堵塞。这可以用真空泵来将通气管里抽取成真空，同时观测传感器在读数仪上的读数来校核，连接通气管到通气管的汇集处，并在干燥管中添加新昀干燥剂。建议在储液罐液面上加少许轻油（推荐用挥发性较弱的硅油），它能够阻止液体表层的挥发，同时应注意干燥管与储液罐之间的连接管确无堵塞。将传感器电缆与需要加长的电缆对应芯线连接，各电缆分别接至终端集线箱相连。(4)初始数据。初始读数的读取应格外小心，它是以后所有数据的基准数据。通液管必须在恒定的温度下，若通液管非全埋式，数据应在温度相对恒定的时候读取。确定读数时通液管必须没有暴露在阳光直射下。同时在通液管里应无气泡的存在，管中如有气泡往往会造成读数的不稳定。若观测到气泡，在进行初始读数之前应冲洗通藏管。若有任何怀疑，则反复冲洗通液管和重复读数，直到读数稳定为止，同时记录环境温度。

注意测量储液罐的液面高度，并做一个标记或记录测尺读数，以用于迅速观测液面出现的任何波动，用其改变量来修正后面沉降位移的计算。储液罐液面的波动可能是温度或气压的变化或液体渗漏。6.1.3连杆式分层沉降仪连杆式分层沉降仪是在坝体内埋设沉降管，在沉降管不同高程处设置沉降盘，沉降盘随坝体的沉降而移动，可采用电磁式、干簧管式测量仪表来测量沉降盘的高程变化，从而得到坝体的分层沉降值。沉降管随坝体填筑埋设时，可采用坑式埋设法和非坑式埋设法，如下图所示。(a)沉降管坑式埋设过程示意图；(b)沉降管非坑式埋设过程示意图对于软基及已建河坝，可采用带叉簧片的沉降环，用钻孔法埋设。土石坝表面与内部变形监测目录7混凝土面板挠度监测方法、界面位移和深层应变监测方法介绍与仪器构成及安装07七混凝土面板挠度监测方法、界面位移和深层应变监测方法介绍与仪器构成及安装7.混凝土面板挠度监测方法、界面位移和深层应变监测方法介绍与仪器构成及安装混凝土面板挠度观测可采用斜坡测斜仪或水管式沉降仪。水管式沉降仪测头埋设在面板之下的垫层中采用坑式埋设法。斜坡测斜仪由测斜传感器和测斜管组成，测斜管道宜采用铝合金管。测斜管道的安装一般将管道直接安设在面板表面，并将其下端固定于趾板上。在寒冷地区也可将管道设于面板之下，但在浇筑面板时应严加保护。斜坡测斜仪的安装方式如下图所示。7.1界面位移和深层应变观测方法界面位移和深层应变观测一般采用埋入位移计的方法进行观测，位移计宜采用坑式埋设法，对于测定坝体与岸坡交界面切向位移，宜采用表面埋设法，见右图。界面位移和深层应变位移计埋设示意图土石坝表面与内部变形监测目录8土石坝裂缝与接缝监测和近坝岸坡位移监测方法介绍与仪器结构及安装08土石坝裂缝与接缝监测和近坝岸坡位移

监测方法介绍与仪器结构及安装8.1土石坝裂缝监测设计(1)对已建坝的表面裂缝（非干缩、冰冻缝），凡缝宽大于5mm的，缝长大干5mm的，缝深大于2m的纵、横向缝，都必须进行监测。(2)对在建坝，可在土体与混凝土建筑物及岸坡岩石接合处易产生裂缝的部位，以及窄心墙及窄河谷坝拱效应突出的部位埋设测缝计。(3)混凝土面板堆石坝接缝观测布置。

观测点一般应布设在正常高水位以下。

周边缝的测点布置，一般在最大坝高处布1～2个点；在两岸坡大约1/3、1/2及2/3坝高处各布置2—3点；在岸坡较陡、坡度突变及地质条件差的部位应酌情增加。

受拉面板的接缝也应布设测缝计，高程分布与周边缝相同，且宜与周边缝测点组成纵横观测线。

接缝位移观测点的布置，还应与坝体竖向位移、水平位移及面板中的应力应变观测结合布置，便于综合分析和相互验证。8.2裂缝与接缝监测方法1、已建土石坝裂缝观测(1)对土石坝表面裂缝一般可采用皮尺、钢尺及简易测点等简单工具进行测量。对2m以内的浅缝，可用坑槽探法检查裂缝深度、宽度及产状等。(2)对深层裂缝，当缝深不超过20～50m时，宜采用探坑或竖井检查，必要时埋设测缝计（位移计）进行观测。(3)位移计的埋设方法对在建坝与界面位移及深层应变观测相同，对已建坝在探坑或竖井中埋设可采用将锚固板插入裂缝两边土体内的埋设方法。2、测缝计观测测缝计适用于长期埋设在水工建筑物或其他混凝土建筑物内或表面，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度（变形）。加装配套附件可组成基岩变位计、表面裂缝计等测量变形的