变形监测技术在库岸防治工程中的应用与分析

2015-01-01白洪伟

皖西学院学报 2015年5期

白洪伟，曾峰

（1．宿州学院安徽省煤矿勘探工程技术研究中心，安徽宿州234000；2．长江岩土工程总公司（武汉），湖北武汉430010）

彭水县茶林坪移民安置区库岸防治工程是彭水水利枢纽的组成部分，工程实施将有利于保护移民安置区的安全和人民群众生命财产安全，有利于保护通航安全，对于促进当地建设和经济发展有着显著作用和重要意义。彭水水库蓄水后，将对库岸稳定产生不利影响并可能库岸失稳，危及居民建筑，应及时治理。监测茶林坪移民安置区库岸防治工程的变形情况以及评价工程治理的效果，为工程竣工验收提供基础资料。本文自2009年5月始至2012年11月止对乌江彭水电站彭水县茶林坪移民安置区库岸防治工程变形监测情况进行分析。

1 变形监测技术应用

乌江彭水电站彭水县茶林坪移民安置区库岸防治工程变形监测分为地下监测与地表监测。地下监测为岸坡深层水平位移监测，其可以查清库岸防治工程的关键部位的变形趋势。地表监测为抗滑桩顶和岸坡表层水平位移和垂直位移监测。

1．1 变形监测网

1．1．1 水平位移监测网

监测网型采用大地四边形边角网（图1），由6个监测网点组成（编号分别为TN01、TN02、TN03、TN04、TN05、TN06），点位设在边坡变形影响范围外的相对稳定的基岩上。监测网点结构参照QB0705强制对中混凝土观测墩A执行，为保证点位稳定，对标墩基础进行处理或尽量保证基础坐落在基岩上。监测网观测采用Leica TCA2003全站仪进行，达到二等边角网的精度要求实施［1-3］。

图1 变形监测网布置图

1．1．2 垂直位移监测基准

由布设的2水准基点（编号为LS01、LS02）组成。水准基点按照规范埋设基岩水准标识。水准测量采用仪器为瑞士Leica NA2水准仪。观测精度按照二等水准测量的要求执行。

1．2 水平位移监测

水平位移观测分别采用后方交会和视准线2种方法进行。在岸坡埋设10个监测点，其编号分别为TP01～TP10，测点布置见图2。标型与监测网点一致。观测时以 TN01、TN02、TN03、TN04、TN05、TN06作为基点或工作基点。

图2 岸坡变形体变形监测点布置图

1．3 垂直位移监测

垂直位移监测点与水平位移监测点同体埋设，即采用平高共点的形式布设，共计10个监测点。测点从BM01～BM10顺序编号，其分布见图2。观测时以TN01、TN02、TN03、TN04、TN05、TN06作为基点或工作基点，采用二等水准测量的方法进行观测。

1．4 岸坡深层水平位移监测

在岸坡埋设2钻孔测斜装置，其编号为IN01、IN02。测读仪为中国航天科工三十三所航天科工惯性技术有限公司生产的CX-06钻孔测斜仪，可测最大孔深150m，综合误差不大于±4mm／15m。

1．5 观测周期

至2012年11月止，汛期每月观测2次，其他时间每月观测1次，实时掌握监测点的变形情况。

2 边坡变形监测分析

乌江彭水电站彭水县茶林坪移民安置区库岸防治工程变形监测网点自建立以来，较好地监测了该移民安置区库岸防治工程在乌江水库不同汛期的变化特征，为充分了解边坡的稳定性与变形变化趋势提供了重要依据。乌江的汛期将会影响边坡的稳定性，监测资料基本上反映了乌江水位的变化对边坡稳定性的影响。

2．1 精度分析与统计

历次观测的各项限差，例如，三角形闭合差、角极条件自由项、测边网角极条件自由项、边长观测时间段差、水准测段往返测高差不符值、水准测量路线闭合差均满足规范要求［4-8］。水平位移监测点的坐标中误差均小于设计要求5mm的限差，其中最大中误差大于1／2限差的出现8次，而垂直位移监测点的高程中误差均小于设计要求的5mm的限差，其中最大中误差大于限差的1／2出现6次，说明历次观测成果的精度较高。以2012年水平位移监测网数据点位中误差、垂直位移监测网高程中误差为例，见表1。

表1 观测的坐标和高程最大值中误差一览表单位：mm

截至2012年11月，观测的10个监测点的累计位移量见表2。以TP01／BM01和TP07／BM07为例。TP01／BM01，相对于2009年6月25日首次观测，X方向变化了-1．14mm；Y 方向变化了-1．76 mm；高程H相差-0．82mm。该测点处变形微小，其变化过程线见图3。TP07／BM07，相对于2009年5月25日首次观测，X 方向累计位移量为23．69 mm；Y方向累计位移量为114．64mm；高程累计下沉了109．69mm。临空面方向累计合成位移为117．06 mm，该处水平位移及垂直位移变化都很大，并且有继续位移趋势，其变化过程线见图4。

表2 监测点的累计位移量一览表

图3 TP01／BM01变化过程线

2．2 监测点监测分析

（1）岸坡深层位移情况

图4 TP07／BM07变化过程线

岸坡深层位移监测共布设2个钻孔测斜仪监测孔，测斜孔IN01和IN02的有效监测孔深分别为10．4m和10．5m。至目前为止已观测16次。IN01钻孔测斜仪测得滑坡方向（坐标方位角为93°23′）沿孔深由下往上差值在-0．14mm～2．68mm之间变化，平行于乌江水流方向沿孔深由下往上差值在-0．12mm～3．05mm之间变化，地表以下覆盖层位移不是很大。IN02钻孔测斜仪测得滑坡方向（坐标方位角为88°58′）沿孔深由下往上差值在-0．22mm～-2．61mm之间变化，平行于乌江水流方向沿孔深由下往上差值在-0．06mm～-1．13mm之间变化，地表以下覆盖层位移不是很大［9-10］（图5和图6）。

图5 IN01和IN02测斜孔沿滑坡方向深位移分布图

图6 IN01和IN02测斜孔沿平行江流往下游方向孔深位移分布图

（2）监测点与汛期（雨季）关系的变形分析

在2009年5月25日至2012年11月10日观测期间，该处大致经历了4个汛期（雨季）。从TP07点位移观测过程线分析（图4），随着汛期（雨季）向枯水期的转换变化（图7），对岸坡变形有一定的影响。具体表现为：在每年5～8月份的汛期（雨季），点位位移速率略快，在枯水期，点位位移速率稍慢一些。此外，测点位移与大气温度变化没有明显的相关性。该点滑动的主要原因有：一是与该地段为填土区域有关；二是与近期新建居民点菜市场有一定关系。

图7 观测期间月降雨量和月平均气温过程线图

（3）抗滑桩顶变形初步分析

为监测抗滑桩变形情况，在抗滑桩上埋设了3个监测点TP01、TP03和TP06；同时在对应岸坡埋设3个监测点TP02、TP04和TP05，以便进行对比分析。以库岸工程8-8′剖面抗滑桩为例分析（10-10′和1-1′剖面抗滑桩在观测期间处于稳定状态），库岸工程8-8′剖面抗滑桩监测点分布见图8，TP03埋设在抗滑桩顶，TP04埋设在距抗滑桩约6．6m的岸坡上。该剖面为Ⅱ型抗滑桩结构尺寸为1．8×2．8m，长21 m，采用C30混凝土浇筑。据地勘报告揭示，该抗滑桩上部土体为人工素填土厚度约8．8m，以下为基岩。

图8 监测点TP03和TP04剖面图

图9 抗滑桩TP03和库岸坡TP04水平和垂直位移比较图

从监测点TP03和TP04的3年半时间观测的位移过程线（图9）来看，岸坡监测点TP04下沉量较大，达到33．12mm，没有产生水平位移；位于抗滑桩上的监测点TP03存在明显水平位移，2012年8月30日实测最大位移为9．30mm，呈现波动增加态势。由于人工素填土层较厚，其较大的下沉推动了抗滑桩顶产生水平位移，从而说明8-8′剖面抗滑桩处于受力运行状态。