大坝的变形监测要点分析

胡奇秀

(贵州中水建设管理股份有限公司，贵州 贵阳550003)

随着大坝建设规模越来越大、结构越来越来复杂，大坝的安全问题变得日益突出。尽管大坝在设计之初就尽可能的考虑了各种安全因素，增加了安全储备，但大坝在建设与运行管理方面涉及到了很多不确定性因素，一方面在设计期间很难全面摸清坝基地质条件，无法准确的对设计荷载与设计参数进行取值;另一方面工程规模巨大，目前的所有设计和施工的规范不能完全满足大坝设计与建设需求，施工质量也受各种因素的干扰而无法达到最优状态。

1 大坝变形监测的意义

总的来讲，大坝变形监测按照监测方法的不同，可分为“仪器监测”和“巡视检查”两大类，其中，仪器监测项目按照监测内容的不同又可划分为“环境量监测”、“变形监测”、“渗流监测”、“应力、应变及温度监测”和“专项监测”五大类。环境监测量又称为原因量，是指其变化可导致大坝及相关岩体内部的性状发生变化的一类物理量，其中水位、温度、降雨是起决定性作用的主要环境量。效应量则是大坝及相关岩体对环境变化所产生反应的一类物理量。变形监测量、渗流监测量、应力应变监测量及专项监测量等均属于效应量。效应量监测中变形和渗流监测是最为重要的监测项目，因为这些监测量直观、可靠、易获取，可基本反应在各种环境作用下的水工建筑物的安全性态。

根据变形的性质，水工建筑物变形可分为静态变形和动态变形两类。静态变形是时间的函数，观测结果只表示在某一期间内的变形。静态监测的内容有内部应力、应变监测、动力特性监测和加速度监测。动态变形是指在外力作用下产生的变形，它是以外力为函数表示的，对于时间的变化，其观测结果表示在某一时刻的瞬时变形。动态监测内容有沉降监测、位移监测、倾斜监测、裂缝监测和挠度监测。大坝属于比较特殊的工程建筑物，其特殊性主要体现在以下三个方面:1)大坝具有高投资、高效益的特点，大坝失事后将给下游带来毁灭性的灾难;2)大坝的结构形式、边界条件以及运行的环境等都具有很大的复杂性;3)大坝从设计、施工到运行和管理，各个过程均有很大的经验性和不确定性。

由于大坝具有以上所述的特殊性，因而在施工和运行的任何环节都必须开展相应的工程措施和非工程措施来保证其安全，二者相辅相成，缺一不可。工程措施是指采取科学、合理的工程技术和手段进行大坝的设计和施工，如果大坝在运行期间发现问题应进行及时的维护和加固;而非工程措施主要是指通过水文预报、环境量监测、变形渗流监测、应力应变监测等措施来确保大坝安全运行。按照我国的国情，当前突出强调非工程措施的作用具有十分重要的现实意义，加强工程变形监测是非工程措施中非常重要的一个方面。

2 GPS变形监测系统

除在飞行器导航成功应用外，全球定位系统GPS由于具有速度快、全天候作业、精度高等优点，还在其他领域得到成功应用，例如精密工程测量、大地测量、地壳形变监测等。水利工程中，GPS变形监测系统主要用于大坝的水平位移和垂直位移测量。通常在大坝上合理布置几个位移观测点，在大坝两岸不受坝体变形影响的地方设置GPS基准站，然后通过传输网络，在各点架设GPS接受机进行接受GPS卫星信号集中送到中心服务器结合基准站已知的坐标进行GPS网平差，大坝相对水平位移、垂直位移就是位移观测点的空间三维坐标，两历元(周期)的空间三维坐标之差。

3 大坝的变形监测要点分析

3.1 大坝的沉降监测方法

沉降观测的基准，应该尽量的将其埋设在大坝变形影响范围的外部位置，控制在距离开挖边线50 m之外的范围，根据相应的标准进行埋石。保证其数量大于3，需要注意的是，观测点应该设立在变形体的上面，通常情况下，为每间隔20 m进行一次埋设。在支护阳角的位置以及距离基坑最近的原大坝需要加密观测点，但是，在大坝四边顺着外墙每距离10～15 m的距离应该进行布设，在柱子上间隔2～3跟柱进行一个点的设置。至于原型大坝应该在基础轴线对称尾部进行点的设置，人工地基以及天然地基接壤的位置、裂缝的位置以及伸缩缝的位置，各种高度水工建筑交接的位置，新的大坝与旧的大坝交接的位置也必须要进行点的设置，在观测点埋设结束之后，在进行大坝主体的施工之前，应该进行第一次的观测，借助于超高精度的水准仪器来测量。在实际的施工过程当中，通常情况下要求每1～2层进行一次观测，要是中间停工时间过久的话，必须要在施工完成的时候以及开始施工的时候做好观测，在出现大量沉降或者是严重裂缝的情况下，必须要第一时间或者是每间隔一段时间进行一次连续观测。在大坝封顶或者是竣工之后，通常情况下，观测的频率为每月进行一次。

在每一次观测结束之后必须要对相应的数据进行认真仔细的检查，保证数据计算的准确性。进而调整高差闭合差，从而来对沉降观测点的高程进行认真仔细的计算，其具体的计算公式如下所示，将所计算的结果填入沉降观测的记录表当中，为了能够更加全面彻底的体现出各个沉降点随着时间以及荷载的变化，观测点沉降量发生变化，还必须要进行沉降曲线的设置。

3.2 大坝的位移监测

大坝基础上面需要进行沉降观测点的设置，将其设置为A与B，通过利用高精度的水准测量法安排好时间定期的对A、B两个沉降观测点进行观测，在大坝的顶端位置和底部进行竖向通道的设置，在大坝顶端位置应该选择合理的位置进行接收靶的设置，对于垂线之下的地面或者是地板上面的埋设点的位置必须要进行激光垂准仪的设置，需要注意的是，应该将激光垂准仪的铅垂激光束投射于顶端位置的接受靶，进而能够直接在接收靶上面读取读数。量两个位移量Δu和Δv，进行变相度以及变形方向角的设置。

对裂缝进行观测，主要包括以下几个方面的内容:裂缝的具体走向、裂缝的分布情况、裂缝的具体长度、宽度以及变化情况等等，至于具体的观测数量应该根据具体的情况去决定。对于变化比较大的裂缝必须要进行观测，对于其具体的观测频率要根据变化速度去进行，第一步是应该对裂缝进行编号，每一条裂缝应该设置两组观测标志，其中一组是设置在裂缝最宽的位置，而另外一组是设置在裂缝的末端位置。在裂缝比较少的情况下，应该借助于比例尺、小钢尺或者是游标卡尺等工具进行裂缝的测量。或者是采用方格网版安排好时间定期的对裂缝的变化情况继续观测，这也需要视具体的情况去决定，在面积裂缝较大的情况下，人工测量受到限制的时候，则可以通过利用近景摄影测量的方式，每进行一次观测都必须要绘制出裂缝的具体位置、裂缝的具体形态以及裂缝的具体尺寸，在裂缝观测到位之后，必须要将裂缝位置分布图绘制出料，进而在进行观测成果分析说明书的编制。

4 结语

随着我国科技发展水平的不断提高，对于水利水电工程的修建也提出了越来越多的要求，为了能够从根本上保证工程的施工质量，延长工程的使用周期，必须积极的采取有效的措施进行大坝的实时监测，当前，对于大坝变形监测来说，其方式方法较多，在实际使用的过程当中，应该本着科学、合理、经济以及适用的原则，对于同一大坝则可以利用各种方式方法进行监测，对于相同大坝的各个时期，则可以采用各种各样的方法，同时可以对不同的大坝采用相同的方法来进行变形观测。然而，不管使用哪一种观测的方法，都必须要根据大坝的变形观测周期来进行监测。

［1］吴中如.水工建筑物安全监控理论及其应用［M］.高等教育出版社.2003.

［2］韩哲.中小型水库土坝变形监测系统及预测分析［D］.湖南大学.2011.

［3］张贵钢.三门峡大坝变形监测的有限元分析及预测［D］.长安大学.2007.