丹江口大坝加高工程右岸土石坝施工测量

□张伟伟 □靳亲龙（中国水利水电第十一工程局有限公司）

1.工程简介

丹江口水利枢纽由两岸土石坝、混凝土坝、升船机、电站等建筑物组成，初期工程于1973年建成，正常蓄水位157 m，坝顶高程162 m。河床坝段高程100 m以下坝体已按大坝加高后正常蓄水位170 m建成。我公司承建丹江口大坝加高右岸土建施工及金结设备安装标段中的右岸新建土石坝与右联混凝土坝右5、右6坝段下游面横缝处正交连接，为粘土心墙坝。最大坝高60 m，坝顶高程为176.6 m，坝顶宽10.0 m，全长877 m。

2.施工控制测量

2.1 控制测量

土石坝是一种应用较为普遍的坝型。根据土料在坝体的分布及其结构的不同，其类型又有多种，丹江口大坝为粘土心墙坝。由于丹江口大坝加高工程控制网布设层次较好，已覆盖整个施工区域，可直接应用，故控制测量采用长江勘测规划设计研究院提供的丹江口大坝加高工程施工控制网中D1～D17控制点。根据右岸土石坝平面布设位置及施工要求，直接采用控制点D9、D10、D11、D13、D17，完全满足右岸土石坝施工需要；为土石坝开挖、填筑阶段的首级控制及高程控制提供了有力的保障。

2.2 施工放样

2.2.1 放样前的准备工作

在进行工程施工前，通常需按照设计图纸进行的测量工作称为施工测量，又称为测设或放样。放样前及时收集该施工区附近的控制点信息，认真审阅施工图纸，按照所提供设计图纸的相关要求，确定轴线里程桩号与该断面所属开挖、填筑断面类型，并对计算器中预先编制好的放样程序进行计算与校核，进一步提高在现场放样的效率和准确性。

施工测量的任务就是根据施工图纸的要求，用测量仪器把设计所需要的点的平面位置和高程确定在地面上。施工测量是施工的先导，贯穿于整个施工过程，内容包括：施工前的场地平整，施工控制网的建立，建筑物的定位和基础放线；工程施工当中各道工序进行细部测设；工程竣工后的变形观测以及工程的竣工平面图。

原则：从整体到局部，先控制后细部。

根据测量规范规定和设计的精度要求并结合人员及仪器设备情况制定测量施工放样方案。其内容应包括：控制点的检测与加密、放样依据、放样方法及精度估算、放样程序、人员及设备配置等。

2.2.2 土石坝坝轴线的测设

土石坝的控制测量是根据基本网确定坝轴线，然后以坝轴线为依据测设坝身控制桩以控制坝体细部的放样。由于丹江口大坝加高工程右岸土石坝为新建坝段，根据现场实地情况，土石坝的坝轴线，由工程技术人员和勘测人员组成选线小组，深入现场进行实地踏勘，根据当地的地形、地质和建筑材料等条件，经过比较，直接在现场选定。因此，在土石坝施工放样前，应根据设计图纸的要求，首先对土石坝坝体原始地形测设出来，将坝轴线的设计坐标绘制到原始地形图上，为测设坝体开挖、填筑边线、方量提供数据资料。然后分段分块的将控制边线实地测放出来，并作相应标记，便于以后工程量收方统计、计算。

基于右岸土石坝的特点，将全站仪安置在控制网的控制点上，可以直接测设出坝轴线和开挖边线，另外在上下游施工范围以外用方向桩标定在实地上，作为测量横断面和放样的依据，这些桩亦称横断面方向桩。

用全站仪测设已知点坐标，如图1所示：将全站仪安置于A点，仪器瞄准棱镜B点附近，仪器能够直接显示出全站仪与棱镜之间的坐标，用计算器计算出A—B距离和桩号。通过前后左右移动棱镜使其水平距离D′等于待测设的已知水平距离D时，即可定出B点。

图1 全站仪测设示意图

为了达到施工要求和避免测设错误的出现，必须进行复测。将棱镜安置在B点，测量AB的水平距离，若不符合要求，则再次测设改正，直至在允许范围之内为止。

2.3 高程控制

施工场地的高程控制测量一般采用水准测量方法，应根据施工场地附近已知的国家水准点，测定施工场地水准点的高程，以便纳入统一的高程系统。

用于土石坝施工放样的高程控制点，可采用由若干永久性水准点组成的基本网和临时作业水准点；进行两级布设，两级控制。基本网布设在施工范围以外，应与国家水准点连测，组成闭合或附合水准路线，用三等或四等水准测量的方法施测。

临时水准点直接用于坝体的高程放样，随着坝体填筑高度的不断增高，在施工范围以内的临时水准点随坝体的加高而进行调整。临时水准点根据施工进程及时布设和调整，附合到永久水准点上。

3.土石坝清基开挖与坝体填筑的施工测量

3.1 清基开挖线的放样

为保证坝体与岩基良好结合，填筑前必须对基础进行清理。坝体填筑前应对开挖地形进行测量，先测设出清基开挖边线，即坝体坡脚线与原地面的交线。清基开挖线的放样精度要求不高，采用全站仪进行点位放样，依据控制点和已知放样点坐标放样。在进行放样之前，首先审阅施工图纸，了解设计所提供用于放样的控制点坐标和点位以及放样点坐标。根据设计图纸要求，将已知放样点坐标，利用全站仪存储功能将放样数据和控制点数据存入文件内，便于外业工作人员放样时调用。施工放样前除了准备好放样数据外，测站人员还应做好现场放样的数据记录，前视人员准备好所需的棱镜、木桩等必备的放样工具。

全站仪不仅具有测设精度高、速度快的特点，而且可以直接测设点的位置。同时，在施工放样中受天气和地形条件的影响较小，从而在工程实践中得到了广泛的应用。

全站仪坐标测设法，就是根据控制点和待测设点的坐标定出点位的一种方法。首先，仪器安置在控制点上，使仪器置于测设模式，然后输入控制点和测设点的坐标，前视人员持棱镜立在待测设点附近，测站人员用望远镜照准棱镜，按坐标测设功能键，全站仪显示出棱镜位置与测设点的坐标差；根据坐标差值，移动棱镜位置，直到坐标差值等于零，此时棱镜位置即为测设点的点位。

为了能够及时发现错误，利用卡西欧计算器进行复核，每个测设点位置确定后，可以再测定其坐标作为检核。

3.2 坡脚线放样

在不同的填筑高度上，坝体与地面交点的连线即为坡脚线，也是坝体填筑后的轮廓线。放样时在已知控制点A安置全站仪，后视另一个控制点线定出方向。采用全站仪实测该地面P的坐标和高程HL，利用计算器内已编好的程序计算出实际的距离，据坝顶高程及坝面坡比及马道的宽度可计出坝面在P点位置的高程HL。连接各个坡脚点，即在实地标出坝体填筑坡脚线。参见图2。

图2 坡脚线放样示意图

3.3 坡面修整放样

坝体坡脚放样完成后，即可进行坝体分段和分层填筑。为保证碾压机具能够碾压到位，确保削坡完成后的质量，按照设计要求在坝壳料上、下游坝坡处水平超填宽度为1 m。为保证在坝体填筑过程中不超填，当坝体高程每上升约2 m时，按设计断面进行测量放样，采用挖掘机修坡一次，使坡面符合设计要求。具体方法为：在碾压后的工作面上，用全站仪实测填筑面的高程，推算设计边线，直线段每10 m布置一个控制桩；对圆弧段的测量控制按照加密控制桩的原则，每隔3～5 m均匀布置控制桩，桩与桩之间用石灰线将各点连接，即为削坡控制边线。用水准仪测量出控制桩位置的地面高程Hi，求出高程Hi与该平行控制线位置坝坡面设计高程H的高差△Hi；采用挖掘机从上一层的修坡线到该层修坡线修坡即可。通过多次实践，只要修坡线放样准确，挖掘机操作手技术熟练，坡面修整后，平整度完全满足设计要求。

3.4 坝面护坡放样

坝体填筑完成后，在浇筑混凝土护坡前，需进行护坡放样。放样方法是在坝坡面上平行于坝轴线方向布设，直线段、圆弧段每5 m测设放样桩，直线段与圆弧段交点位置必须测设出并作出重要标记，用细线连接作为铺设垫层及浇筑混凝土的依据。已知设计坡度，测设坡面任意位置，读取仪器上实测坡面坐标及实测高程Hb，根据实测坐标求距离D1。参见图3。假设已知A点到坝轴线的距离为D2，高程为Ha。需测设出坡度1:δ坡面上A、B点坡面线。首先直接测出B点的高程为Hb，由于设计坡面较长，为保证A、B连线为1:δ的坡比，故按照加密方法在AB方向上定出1、2、3各桩点。

图3 坝面护坡放样示意图

按照上述测设方法，其余断面均采用此方法进行测量作业。

4.外业测量数据采用全站仪采集，内业采用Aut oCAD与CASS软件成图作业

外业数据采集利用topcon GTS—311等棱镜反射全站仪直接进行。

首先，根据要求每10m测一条断面，由于工作面平整和视线开阔，每测得一个点的桩号都可以直接读出来，并且可以在需要测量断面图的部位任意测设。每测一个点检核其桩号是否符合要求，若在待测断面桩号上可直接存入全站仪内存储，若不符合桩号要求则沿X轴前后移动直至符合要求为止，之后存入全站仪内，然后进行下一个点的测设。一条断面测量完成后再测量下一条断面。极大的提高了外业收方作业效率，使得外业数据采集工作所需时间明显的缩短。

在工程测量中，内业资料整理及测量数据统计计算占有十分重要的地位，内业资料计算的准确无误与速度直接决定了测量工作是否能够快速、高效的完成。而内业资料的计算方法及其所需达到的精度，则又直接取决于外业所用仪器及具体的放样目标和内业计算所用到的办公软件和计算方法。计算机辅助设计常称AutoCAD是20世纪80年代初发展起来的一门新兴技术型应用软件。如今在各个领域均得到了普遍的应用，它大大提高了工程技术人员的工作效率。AutoCAD配合AutoLisp语言，还可以编制一些常用的计算程序，得到计算结果。AutoCAD的特性提供了测量内业资料计算的另外一种全新、直观、明了的图形计算方法。

结合目前使用拓普康全站仪的情况，可以很方便地进行三维坐标的测量，通过AutoCAD的内业计算，在放样的过程中，可以用编程计算器结合全站仪，便捷、快速地进行作业；运用AutoCAD进行计算结果的验证；随着全站仪的推广和普及，极坐标的放样越来越成为众多放样方法中备受测量人员青睐的一种，而坐标计算又是极坐标放样中的重点和难点，由于一般的红线放样，工程放样中的元素多为点、直线（段）、圆（弧）等，故可以充分利用AutoCAD设定坐标系、绘图和取点的功能，以及结合外业所用计算器的功能，从而大大减轻外业的工作强度及内业的工作量。

在右岸土石坝施工测量中，全站仪外业采集数据，内业用CASS软件成图的作业模式已经成为常规的作业模式，使用这种全数字化的作业模式不但可以使测量的内业的工作量大大减轻，而且由于数据从采集到使用的全过程都数字化，大大降低了由于手工操作而产生错误的概率。

5.结语

丹江口大坝加高工程右岸土石坝施工测量控制过程中使用的测量新思路、新方法，使右岸土石坝工程施工测量的质量不仅满足设计要求，效率也大大提高，而且将工程中的施工测量提升到一个新的高度。通过进行大面积开挖和填筑施工的测量控制工作，总结出了适宜土石坝施工测量控制的新方法，为今后类似工程施工测量提供了借鉴经验。