大中型土石坝快速填筑施工的测量控制方法

魏　明，　张 恩 权，　张　赟，　程　辉

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

大中型土石坝快速填筑施工的测量控制方法

魏明，张 恩 权，张赟，程辉

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：详细介绍了大中型土石坝快速填筑施工的测量控制方法。主要针对传统的大坝测量方法在大中型土石坝快节奏连续施工中的不足，探索出采用GPS-RTK测量技术，现场处理测量数据及绘图、分区分层填筑测量控制的一套测量控制方法，结合长河坝水电站心墙堆石坝的工程实例予以说明。

关键词：长河坝水电站；心墙堆石坝；快速；填筑施工；测量；放样；控制

工程测量作为各种建设项目的基础性工作，是工程实施的指路标，更是检测工程质量的重要工具。由于水利工程具有规模大、施工条件及技术复杂、影响面广、安全要求高等特点，故与其他工程项目相比，测量放样这一工序就显得尤为重要，更加需要水利工程测量具有高度的精确性和可靠性，才能保证工程的施工质量。大坝是水利工程的重要组成部分，其质量安全要求最高，故大坝施工测量工作是水利工程中的重中之重，测量一旦出现超越规定范围内的误差，将有可能产生非常严重的后果。大中型土石坝的建设其工程复杂，工程量大，工期长，从而要求施工过程中必须高质量、快节奏连续施工。因此，分析探讨水利工程中适应大坝快速连续施工测量控制的方法具有巨大的价值和意义。

1工程概述

图1　大坝坝体典型剖面图

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河梯级开发的骨干电站，为大(1)型水电工程。水电站枢纽建筑物主要由砾石土心墙堆石坝、泄洪系统、引水发电系统组成。砾石土心墙堆石坝坝顶高程为1 697m,最大坝高240m，坝顶长度为502.85m，坝顶宽度为16m，坝基最大宽度约1 000m，上下游坝坡坡比均为1∶2，大坝填筑量约为3 300万m3。大坝坝体典型剖面见图1。大坝填筑施工依照大坝设计结构进行分区、分层填筑。测量放线时的控制标准为：分区范围线放样误差不得超过5cm，每层的实际铺料厚度不得超过标准铺料厚度，上游干砌石砌筑垂直坡面误差不得超过20cm，下游干砌石砌筑垂直坡面误差不得超过5cm。各个料种每层的标准铺料厚度见表1。

2快速填筑施工条件下大坝测量的重要性及难点

快节奏连续施工要求施工现场必须有测量人员值班，随时测量放线。铺料完成后，待测量检测合格需及时绘制出开仓图，将开仓图发送至GPS碾压监控室进行开仓碾压，在不同施工分区之间要形成紧密的循环作业。若检测铺料厚度不合格，则需降面处理、及时重新检测，直到铺料厚度符合设计要求为止。快节奏施工条件下，如果测量工作环节繁冗、现场测量及开仓资料做得不够及时、快速，工期将会受到影响，不能满足快节奏连续施工的要求。

表1　各料种每层标准铺料厚度表

在心墙堆石坝分区分层碾压质量控制中，分区范围控制及每个填筑仓面的铺料厚度控制都是很重要的环节，如果测量误差较大或测量控制要求不高，将严重影响大坝的填筑质量。

大坝传统的测量方法是用全站仪进行测量。但利用全站仪测量在快节奏连续施工条件下具有以下几点不足：

(1)心墙堆石坝施工面大，施工区域多，各区域之间高差大，架站测量时在固定的一个位置观测不到整个施工场面，需多次变换架站位置进行不同作业面的测量工作，耗费时间，效率低下。

(2)大坝上施工机械、车辆较多，阻挡了测量仪器架站位置与立棱镜杆位置之间的视线，需等待通视后再测，耗费时间，效率低下。

(3)全站仪受振动碾、推土机、拉料车等机械车辆路过架站位置旁边时振动的影响，仪器易倾斜，观测时难以精确对准棱镜十字丝，进而导致测量误差较大。

(4)大坝每个区域都在填筑，无法固定短距离的后视点，夜间测量设站时，无法远距离利用大坝周围的永久性墩标进行免棱镜后交设站，只能利用白天在施工面上做的临时后视点进行后交设站，而临时点位不易保护，易受机械车辆的振动影响而移位，进而导致设站误差较大。

综上所述，若主要依靠全站仪进行大坝填筑测量，效率低下，误差较大，不能满足快节奏、高质量的施工要求。

3长河坝水电站采取的快速填筑测量控制方法

3.1设立大坝现场测量移动办公室

为满足昼夜快节奏连续施工，长河坝施工局成立了大坝测量小组，设大坝现场测量移动办公室。测量小组由6人组成，两人一组，三班倒24h不间断现场值班，每个班次设测量员一名，资料员一名。移动办公室是放在可随时方便移动的卡车上的钢构集装箱，内部配置电脑、无线网络信号接收器、打印机、文件柜等办公用品。测量员在每个区域铺料即将完成时开始测量，测量完成后立即将测量数据用对讲机报达或用无线网络传输给值班室的资料员，资料员处理数据、绘制开仓图完成后，将开仓图用无线网络传输至GPS碾压数字监控中心后即可开仓碾压。这种工作模式环节简洁，过程紧凑，节约时间，克服了传统测量工作模式(测量人员接到现场测量任务后坐车去工地，现场测量，坐车回驻地，处理测量数据、绘图)环节繁冗，出图用时长的缺点，满足了铺料和开仓碾压两个工序之间紧密连接的要求。

3.2采用GPS-RTK测量技术

RTK(Real-timekinematic)是一种新的、常用的GPS测量方法，是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法。它采用载波相位动态实时差分方法，不需要事后进行解算就能获得厘米级的精度，是GPS应用的重大里程碑，在工程放样、地形测图、各种控制测量中可极大地提高外业作业效率。

GPS-RTK测量具有以下优点：①测站间无需通视。GPS测量不需要棱镜，不需要测站间相互通视，一个人即可完成测量工作，可根据实际需要确定点位，使得选点工作更加灵活方便。②观测时间短。静态相对定位每站仅需20min左右，动态相对定位仅需几秒钟。③仪器操作简便。目前GPS接收机自动化程度越来越高，操作智能化，观测人员只需对中、整平、设置天线高并在开机后设定参数，接收机即可进行自动观测和记录。④全天候作业。GPS卫星数目多且分布均匀，可保证在任何时间、任何地点连续进行观测，一般不受天气状况的影响。⑤数据处理简单，可通过测量手簿直接将测量数据导出到电脑或U盘中，也可用无线网络传输至电脑，可自定义输出格式(xls格式或txt格式)。

快节奏施工条件下，采用GPS-RTK技术进行测量，克服了在用全站仪测量时效率低下、误差较大的不足，满足了大坝填筑快节奏、高质量的要求。

3.3利用自开发软件工具快速处理数据、绘制开仓图

测量员现场放线采用GPS测量、便携程序计算器计算各分区要素坐标的方法，保证了测量过程的时效性、灵活性、便捷性。资料员内业处理以AutoCAD绘图工具为基础，结合南方Cass及VisualBasic、VisualLisp等二次开发辅助绘图工具进行程序化制图；运用Excel宏编辑技术进行批量化处理测量数据的作业方法，提高了工作效率。

以心墙砾石土区域绘制开仓图为例：依据大坝设计图纸，利用VisualBasic编程，事先编写好绘图，制成自动绘图软件。绘制开仓图时，只需在编好的程序里输入每仓的高程、规划的分区桩号，CAD中即可自动生成开仓图，自动标注出各分区之间的桩号及各区的名称，自动提取出分区坐标等，整个绘图过程在几分钟之内便可完成。而传统的绘制开仓图的方法是：先在Excel中计算每个高程对应的区域分界线的要素点，再将要素点展到CAD中，然后连线、绘图，标注桩号、名称，最后提取要素点坐标、整理转化数据格式等，绘制一幅开仓图一般需要0.5h以上。而运用自主开发软件工具程序化制图，成倍地提高了工作效率。心墙开仓图计算绘图程序界面见图2。

4大坝填筑分区及层厚的测量控制

基面处理验收合格后，按设计要求测量确定各填筑区的交界线，洒石灰线进行标识，两岸岩坡上用红油漆喷写高程和桩号。填筑过程中，每上升一层必须对分区边线进行一次测量、放线并绘制断面图，施工期间将定线、放样、验收等测量原始记录全部及时整理成册，提交归档，竣工后按设计和规范要求绘制竣工平面图和断面图。

4.1填筑分区的测量控制

长河坝大坝砾石土心墙区分为铺料区、碾压区、检测区、合格区四个分区，在各分区、各工序间形成循环作业，每层分区的桩号均做变动，避免在固定的位置，以防止各区接头处碾压过于集中或漏压。在每层铺料之前，首先需要规划好该层的分区，绘制出分区规划图，标明各区域桩号，送发于GPS碾压质量监控系统现场分控室以及现场施工管理人员，测量人员放出各分区分界线，喷红油漆、撒石灰粉进行标识。施工人员根据各分仓区域严格进行各工序的施工作业。上、下游堆石区各分为平行于坝轴线的铺料区、碾压区、检测区三个分区，以便在各工序间形成循环作业。过渡层、反滤层由于区域面积较小，故与其他料种的交界线形成各自的分区。反滤料与砾石土交界处用摊铺器铺料。铺料前，测量人员放出拉摊铺器的轨迹线(即反滤料与砾石土的分界线)，铺料时保持摊铺器中间的分料板始终在轨迹线上，以保障反滤料与砾石土之间的分界线准确，保证施工质量。

图2　心墙开仓图计算绘图程序界面图

4.2填筑层厚的测量控制

4.2.1心墙砾石土区填筑层厚的控制

心墙砾石土区每层填筑厚度小，质量要求高，故测量控制精度要求高。心墙砾石土区的铺料厚度控制按铺料前计划、铺料过程中控制、铺料后检测进行综合控制。由于砾石土铺料设计厚度只有30cm，且填筑质量要求特别高，故在铺料过程中以放置厚度标尺的办法控制厚度误差较大，从而要求测量人员在铺料过程中随时检测铺料厚度，避免填筑超厚而导致需二次降面带来的直接经济费用增加及工期的延误。由于长河坝雨季施工期较长，为便于排水，减少雨后影响施工的时间，将砾石土填筑面修成鱼脊背的样式，即以坝轴线为鱼脊梁(最高位置)，上、下游各按3%左右的坡度垂直于坝轴线方向修成坡面。测量人员定点测量坡面的平整度及坡度，避免坡面凸凹不平，防止雨水积留在砾石土上，使其含水率过大。

随着填筑高程的上升，砾石土设计的填筑区域范围在平行于坝轴线方向逐渐变长，垂直于坝轴线方向逐渐变窄，从而需要对分区、坡面进行调整，对应对定点检测的网格进行调整，平行于坝轴线方向按间隔30m测量，垂直于坝轴线方向可逐渐按间隔20m，15m，10m，5m等间距测量。砾石土填筑层厚测量控制检测记录见表2。

表2　砾石土填筑层厚测量控制检测记录表

4.2.2反滤区填筑层厚的控制

反滤区填筑每仓面积较小，方量亦较小，在计划上便于控制。铺料厚度的控制可按铺料前计划、铺料过程中控制、铺料后检测进行综合控制。

在上料填筑之前，测量人员需根据分区仓位的面积及计划铺料的厚度计算出本仓位填筑所需的方量，告诉现场施工管理人员按此方量做计划，从储料场采料、运输至填筑面。运输车辆在上坝之前经地磅房记录其每次拉运的填筑料重量、车数，施工人员根据地磅房记录的运往本区域填筑料的情况控制堆料密度，以在计划上控制填筑层厚。在推土机推料摊铺过程中，以用摊铺器摊铺好的层厚为参照，结合实际堆料情况推料摊铺。每一填筑层在铺料前以及铺料完成后，按30m间距进行高程测量，据此检查实际的填筑层厚。

4.2.3堆石区(过渡区)填筑层厚的控制

堆石区填筑由于堆石粒径较大，铺料超厚后二次降面困难较大，故一般要求铺料一次成型。堆石区的铺料厚度控制按铺料过程中检测、铺料后检测进行。

堆料、铺料施工过程中，在卸料处前方放置层厚标尺，以便于现场施工管理人员及推土机司机在铺料过程中控制铺料层厚。测量人员随时检测料头处的铺料高程，及时调整铺料厚度。每一填筑层在铺料前(即上层碾压后)以及铺料完成后，按30m×30m定点方格网进行高程测量，据此检查实际填筑层厚。若某个分区面积较小，则需加密测量以检查实际填筑层厚，即调整方格网为20m×20m或10m×10m等。

5大坝护坡砌筑的测量控制

5.1边坡放样

坝体坡脚线放出后，进行填料筑坝工作。为了标明上料填筑的界线，每当坝体上升一层(长河坝大坝堆石料填筑每层厚度为1m)即需要用撒白灰线或上料桩将边坡位置明确标定出来，这项工作称之为边坡放样。为了放样方便，可按坡比、高程以及坐标(桩号)三者的关系，由高程推算与其相对应的设计桩号，编成程序，现场测量、计算、放样。同时，还要使白灰线或上料桩的位置桩号值比设计值微大，从而能够有效地确保压实修整后的坝坡面与设计坡面相符。

5.2坡面修整

坡面修整的目的是保证大坝填筑至一定高度(一般不超过5m，以便于反铲挖机等机械的操作)且坡面压实后坝坡面符合设计要求。为此，在大坝坡面上每隔一定距离测设一条与坝轴线平行的直线，根据平行线的桩号及设计坡比推算与其相对应的设计高程，再测量出其实际高程，将设计高程和实际高程做差来判断坡面上此位置填筑的超欠情况，以此决定削坡或回填的厚度。

5.3干砌石护坡砌筑

大坝上游干砌石护坡的砌筑，可以结合上述测量方法，在与坝轴线平行的直线上插入护坡桩(可为φ12左右的钢筋)，同排护坡桩间距相等,使护坡桩在大坝坡面上构成方格网状。然后，在横断面方向桩上的设计高程处栓一根线绳以控制坡面的横向坡度；在平行于坝轴线方向系一活动线，当活动线沿横断面线上、下移动时，其轨迹就是所设计的坝坡面。因此，可将活动线作为砌筑护坡的依据。

大坝下游干砌石护坡为永久面，故测量精度要求高，要求砌石垂直坡面误差在5cm之内。为防止护坡桩微动而造成的线绳偏移，护坡桩需采用不易变形的材料(可为小型方钢)且底端用混凝土浇筑固定。由于坡面部分区域为曲面，故曲面区域不能用平行移动线绳的方法控制坡面砌筑，而需采用加密设立护坡桩、加密测量点的方法控制坡面干砌石的砌筑。

6结语

笔者介绍了适应大中型土石坝快速填筑的测量控制方法，形成了详细、系统地水利工程中堆石坝快速施工的测量内容及程序。为了保证大坝施工测量的工作质量及工作效率，在传统的大坝测量方法的基础上大胆引用新方法、新设备、新技术以及多种辅助作业工具，合理安排，综合控制，总结出了在大中型土石坝快速填筑施工条件下可满足其高精度质量要求、快节奏进度要求、比较成功的一套测量方法，值得在其他类似工程施工测量中推广应用。

魏明(1987-)，男，陕西扶风人，助理工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

张恩权(1963-)，男，四川双流人，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

张赟(1987-)，男，四川双流人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

程辉(1987-)，男，陕西山阳人，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.

(责任编辑：李燕辉)

新疆盖孜水电站压力管道上斜井顺利贯通

4月7日，由中水五局三分局承建的新疆克州盖孜水电站土建工程压力管道上斜井段顺利贯通。新疆克州盖孜水电站工程位于新疆维吾尔自治区克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县境内，是新疆克州盖孜河中游河段梯级水电开发项目的第二梯级水电站，位于第一梯级布仑口-公格尔水电站下游，衔接公格尔水电站尾水。电站装机容量11.6万千瓦，中水五局三分局盖孜项目承担1.129公里发电引水隧洞、调压井、1.4公里压力管道、厂房及4号、5号发电引水隧洞土建工程。该电站压力管道上斜井总长194.8米，洞轴线倾角为60°，且受地质条件影响及考虑安全因素，只能进行自上而下单向开挖施工，在施工中，该项目部采取反井钻机自上而下开挖导孔，待导孔开挖完成后更换较大直径滚刀钻头扩挖溜渣井。溜渣井开挖完成后，再人工手风钻扩挖至设计断面的方案进行施工。针对围岩破碎段面，在反井钻钻进困难时，采取先灌浆固结围岩再进行反井钻施工的方式进行。自2014年5月18日开始进行上斜井开挖以来，该项目部克服了斜井高、出渣难、洞内寒冷等重重困难，于4月7日顺利实现压力管道上斜井贯通。

收稿日期:2015-05-05

文章编号:1001-2184(2015)03-0038-05

文献标识码:B

中图分类号:TV7;TV541;TV522

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