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【摘 要】防洪堤沉降观测,是水利工程建设和管理过程中不可缺少的一个重要应用技术。为了加强江堤管理和监控,对出现不均匀沉降通过观测及时掌握其变化量, 以避免因沉降产生江堤使用功能性和工艺上的裂缝。就此我们针对防洪堤的沉降情况,提出了变形观测的设计方案和具体可操作的观测措施。
【关键词】钱塘江;防洪堤;沉降观测;精度
38 river flood-dam settlement observation design and measure
Xia Wei1,Xie Qi-hua2,Hu Di-chun2
(1.Zhejiang water Conservancy and Hydropower College Hangzhou Zhejiang 310016;2.Zhejiang Cixi Water conservation Construction Survey Design institute Cixi Zhejiang 315300)
【Abstract】The flood-dam settlement observation, is in the water conservancy project and the management process an essential important applied technology. In order to strengthen the river dike management and the monitoring, to presents the differential settlement to grasp its change quantity promptly through the observation, because avoids subsiding has in the river dike use functionality and the craft crack. We in view of the flood-dam subsidence situation, proposed in light of the distortion observation's design proposal and may operate specifically observation measure.
【Key words】Qiantang River;Flood-dam;Settlement observation;Precision
1. 引言
三八江段位于钱塘江出口处南岸慈溪市境内,地处慈溪市四灶浦到庵东段,此段全长26公里。本工程是1999年至2004年期间全新拦筑,大塘堤坝断面结构型式为斜坡式。它与老的九塘两头汇拢共同构成钱塘江南岸防洪封闭线,保护着慈溪、余姚平原耕地与人民生命财产安全,是防御洪潮侵袭的重要水利工程设施。由于新堤坝不均匀沉降及受钱塘江潮流冲击的影响,部分江堤段有裂缝的出现和存在。势必会对其整体性、安全性带来不利的因素,裂缝也会造成混凝土护坡开裂,在东北季风和潮水的冲击下会淘刷堤身土质,影响其耐久性。作为水工建筑物,其抗渗性也会受到降低,由此会产生溶蚀破坏作用。对于堤身有时还会出现透过裂缝而发生渗透变形等严重现象,其破坏性往往始于裂缝的出现和发展[1]。因此对防洪堤进行沉降观测,可以及时掌握江堤坝变化的情况,采取预防措施是非常必要的。
2. 堤坝沉降观测设计方案
由于三八江段防洪堤线路长,在沉降观测前我们对防洪堤周边进行实地踏勘,调查并确认沿途老的九塘约每3～4公里左右均有稳定的85高程水准点。且这些水准点距离三八江段防洪堤不远,造标时间约有4～5年以上,点位保护佳,其相对点位稳定而可靠,同时三八江段防洪堤每间隔2～3公里左右有中隔堤与九塘连接,这对本次沉降观测提供了有利的基础资料和环境条件。沉降观测操作按三等水准测量规范执行,采用分段闭合水准线路。
2.1 防洪堤沉降观测设计防洪堤的沉降观测过去一般采用施工单位在建设过程中建立的施工控制点为基础进行监测,事实上这些控制点只满足施工阶段需要,其精度等级低;同时施工网的控制点一般新建江堤附近地面埋设,由于江堤本身随至筑高而堤身重量在不断加重,附近控制点位也随着堤坝沉降而变化,点位稳定性很差[2],所以难以解决的防洪堤本身沉降问题。针对现有的状况,本次沉降观测先从首级控制点严格控制,我们选择沿途85国家高程基准的水准点为本次观测的起始高程点,每隔5～6公里左右组成相对独立的闭合水准路线网。观测网相对固定,被观测的沉降点也相对固定,也是今后沉降观测固观测路线。
2.2 防洪堤观测点的埋设。
为了能够反映出大塘防洪堤准确沉降的情况,沉降观测点的埋设要具有典型的代表性,要最能反映出防洪堤沉降特性和位置,同时又要考虑到今后变形观测方便。三八段大塘堤坝变形观测点选择了大塘外边缘是防浪墙砼结构墙顶上(见图1)。在防浪墙上布设观测点,相邻点之间间距以80～100米为宜,对沿途的若干处排涝闸、坝头、拐弯点,进行加密布设观测点。对观测点埋设要求,在防浪墙顶上钻孔并控制孔的深度,然后用A、B强力胶灌入孔内,采用强制嵌入(打击)不锈钢观测头固定,表面外露5～10mm高度便于观测,如图2所示。由上游至下游统一进行编号,观测点要求清楚及稳固。
2.3 防洪堤沉降观测精度。
根据防洪堤的特点和沉降的特性,本次选择沉降观测精度等级为同级Ⅲ等水准测量的观测方法。各项观测指标要求:
(1)前后视距≤50m;
(2)前后视距差≤2.0m;
(3)前后视距累积差 ≤5.0m;
(4)沉降观测点相对于后视点的高差容差≤1.0mm;
(5)视线距离地面高度最低不得≤0.3m;
(6)水准仪的精度不低于DS3级别。
每个闭合水准路线应符合《工程测量》沉降观测点精度≤0.60n。高程中误差≤±1.0mm,相邻点高差中误差分段闭合差≤±0.50mm[3]。
(7)沉降观测测量平差采用拟稳平差进行系统改正。
3. 沉降观测实施
3.1 仪器设备、人员素质的要求。
针对防洪堤沉降观测精度要求高的特点,本次实测由水准测量专业作业组进行观测;仪器采用了国际一类仪器,
瑞士莱佧(Leica)高精度DNA03
水准仪进行观测,配合的高精度
铟钢条纹水准对尺(见图2)。
采用仪器系统软件BFFB线路水准
读数并存储。对观测中出现的一
些技术问题, 观测者能够会分析
原因并正确的运用误差理论进行
配赋和平差计算,做到站站清、
按键及时、快速,精确地完成每站观测数据。目的是消除人为因素和仪器设备受环境及温差变化引起的误差。
3.2 观测气候及风力的要求。
本次三八江段防洪堤沉降观测为首次观测,所以对时间、气候有严格的限制条件,观测时间方案选择上午9点至下午4点之间观测,温度在15～25之间,风力在二级风以下的晴朗天气。如风力过大或温度过高、过低;海边潮气、湿度太大或过高,都很难获取正确的原始观测数据,而且使整个沉降观测缺乏完整性,对今后的对比沉降复测就失去了观测的实际意义[4]。在实施过程中要求启动了仪器本身的软件功能,如改正球差和大地折光的影响(EC功能);采用限制视线i角误差功能,自动补偿剩余误差;对测量值显示设置为0.0001米。对测量中的重点,关键部位,如水闸段、弯曲段的点位进行仔细观测和检查。本次在作业人员、观测仪器上作了质量保证,其原始数据才能真实可靠,仪器内存自动记录。基础资料依据可靠并正确,操作步骤严谨有序,步步校核,所以结果有效。
3.3 观测成果的输出及数据处理。
莱佧(Leica)高精度水准仪,它有专用的输出软件,我们直接使用它作为平差,作为标准的GSI输出格式有两种,GSI-8和GSI-16,我们采用了GSI-8,由RS232接口读取原始数据,整个数据输出简捷、方便、快速,以Excel格式录入成果。
4. 结束语
本次三八江段防洪堤沉降观测方案采用6条闭合水准路线。其中闭合水准路线中最大闭合差∫=+0.0031米,最小闭合差∫=-0.0010米。所以本次实测路线各项指标符合测量规范要求,其精度高,布置合理。今后每次沉降将采用相同的图形(观测路线)和观测方法,使用瑞士莱佧(Leica)DNA03水准仪、配合的高精度铟钢条纹水准对尺进行观测。通过几次沉降重复观测对成果进行分析,利用沉降曲线计算出因地基不均匀沉降而产生的混凝土护坡开裂和沉降走向,可以正确地把握海塘沉降的趋势和管理修缮的方案。
参考文献
[1] 刘勇.建筑物裂缝初步分析[J].西北建筑工程学院学报,自然科学2002,45-47
[2] 王毓泰等.拱坝坝肩岩体稳定性分析[M].贵州人民出版社,1982.
[3] 中华人民共和国国家标准,工程测量规范[M].中国计划出版社,1994,73-82
[4] 夏为.滩涂新建水闸沉降观测研究[J].浙江水利水电专科学校学报.2008.1.(20):5-7
[基金项目]浙江省水利厅科研基金资助项目(SKRC021104)
[文章编号]1006-7619(2010)12-20-109
[作者简介]夏为(1956-)男,浙江,平湖人,高级实验师,主要从事水利教学和建筑物的变形研究。
【关键词】钱塘江;防洪堤;沉降观测;精度
38 river flood-dam settlement observation design and measure
Xia Wei1,Xie Qi-hua2,Hu Di-chun2
(1.Zhejiang water Conservancy and Hydropower College Hangzhou Zhejiang 310016;2.Zhejiang Cixi Water conservation Construction Survey Design institute Cixi Zhejiang 315300)
【Abstract】The flood-dam settlement observation, is in the water conservancy project and the management process an essential important applied technology. In order to strengthen the river dike management and the monitoring, to presents the differential settlement to grasp its change quantity promptly through the observation, because avoids subsiding has in the river dike use functionality and the craft crack. We in view of the flood-dam subsidence situation, proposed in light of the distortion observation's design proposal and may operate specifically observation measure.
【Key words】Qiantang River;Flood-dam;Settlement observation;Precision
1. 引言
三八江段位于钱塘江出口处南岸慈溪市境内,地处慈溪市四灶浦到庵东段,此段全长26公里。本工程是1999年至2004年期间全新拦筑,大塘堤坝断面结构型式为斜坡式。它与老的九塘两头汇拢共同构成钱塘江南岸防洪封闭线,保护着慈溪、余姚平原耕地与人民生命财产安全,是防御洪潮侵袭的重要水利工程设施。由于新堤坝不均匀沉降及受钱塘江潮流冲击的影响,部分江堤段有裂缝的出现和存在。势必会对其整体性、安全性带来不利的因素,裂缝也会造成混凝土护坡开裂,在东北季风和潮水的冲击下会淘刷堤身土质,影响其耐久性。作为水工建筑物,其抗渗性也会受到降低,由此会产生溶蚀破坏作用。对于堤身有时还会出现透过裂缝而发生渗透变形等严重现象,其破坏性往往始于裂缝的出现和发展[1]。因此对防洪堤进行沉降观测,可以及时掌握江堤坝变化的情况,采取预防措施是非常必要的。
2. 堤坝沉降观测设计方案
由于三八江段防洪堤线路长,在沉降观测前我们对防洪堤周边进行实地踏勘,调查并确认沿途老的九塘约每3～4公里左右均有稳定的85高程水准点。且这些水准点距离三八江段防洪堤不远,造标时间约有4～5年以上,点位保护佳,其相对点位稳定而可靠,同时三八江段防洪堤每间隔2～3公里左右有中隔堤与九塘连接,这对本次沉降观测提供了有利的基础资料和环境条件。沉降观测操作按三等水准测量规范执行,采用分段闭合水准线路。
2.1 防洪堤沉降观测设计防洪堤的沉降观测过去一般采用施工单位在建设过程中建立的施工控制点为基础进行监测,事实上这些控制点只满足施工阶段需要,其精度等级低;同时施工网的控制点一般新建江堤附近地面埋设,由于江堤本身随至筑高而堤身重量在不断加重,附近控制点位也随着堤坝沉降而变化,点位稳定性很差[2],所以难以解决的防洪堤本身沉降问题。针对现有的状况,本次沉降观测先从首级控制点严格控制,我们选择沿途85国家高程基准的水准点为本次观测的起始高程点,每隔5～6公里左右组成相对独立的闭合水准路线网。观测网相对固定,被观测的沉降点也相对固定,也是今后沉降观测固观测路线。
2.2 防洪堤观测点的埋设。
为了能够反映出大塘防洪堤准确沉降的情况,沉降观测点的埋设要具有典型的代表性,要最能反映出防洪堤沉降特性和位置,同时又要考虑到今后变形观测方便。三八段大塘堤坝变形观测点选择了大塘外边缘是防浪墙砼结构墙顶上(见图1)。在防浪墙上布设观测点,相邻点之间间距以80～100米为宜,对沿途的若干处排涝闸、坝头、拐弯点,进行加密布设观测点。对观测点埋设要求,在防浪墙顶上钻孔并控制孔的深度,然后用A、B强力胶灌入孔内,采用强制嵌入(打击)不锈钢观测头固定,表面外露5～10mm高度便于观测,如图2所示。由上游至下游统一进行编号,观测点要求清楚及稳固。
2.3 防洪堤沉降观测精度。
根据防洪堤的特点和沉降的特性,本次选择沉降观测精度等级为同级Ⅲ等水准测量的观测方法。各项观测指标要求:
(1)前后视距≤50m;
(2)前后视距差≤2.0m;
(3)前后视距累积差 ≤5.0m;
(4)沉降观测点相对于后视点的高差容差≤1.0mm;
(5)视线距离地面高度最低不得≤0.3m;
(6)水准仪的精度不低于DS3级别。
每个闭合水准路线应符合《工程测量》沉降观测点精度≤0.60n。高程中误差≤±1.0mm,相邻点高差中误差分段闭合差≤±0.50mm[3]。
(7)沉降观测测量平差采用拟稳平差进行系统改正。
3. 沉降观测实施
3.1 仪器设备、人员素质的要求。
针对防洪堤沉降观测精度要求高的特点,本次实测由水准测量专业作业组进行观测;仪器采用了国际一类仪器,
瑞士莱佧(Leica)高精度DNA03
水准仪进行观测,配合的高精度
铟钢条纹水准对尺(见图2)。
采用仪器系统软件BFFB线路水准
读数并存储。对观测中出现的一
些技术问题, 观测者能够会分析
原因并正确的运用误差理论进行
配赋和平差计算,做到站站清、
按键及时、快速,精确地完成每站观测数据。目的是消除人为因素和仪器设备受环境及温差变化引起的误差。
3.2 观测气候及风力的要求。
本次三八江段防洪堤沉降观测为首次观测,所以对时间、气候有严格的限制条件,观测时间方案选择上午9点至下午4点之间观测,温度在15～25之间,风力在二级风以下的晴朗天气。如风力过大或温度过高、过低;海边潮气、湿度太大或过高,都很难获取正确的原始观测数据,而且使整个沉降观测缺乏完整性,对今后的对比沉降复测就失去了观测的实际意义[4]。在实施过程中要求启动了仪器本身的软件功能,如改正球差和大地折光的影响(EC功能);采用限制视线i角误差功能,自动补偿剩余误差;对测量值显示设置为0.0001米。对测量中的重点,关键部位,如水闸段、弯曲段的点位进行仔细观测和检查。本次在作业人员、观测仪器上作了质量保证,其原始数据才能真实可靠,仪器内存自动记录。基础资料依据可靠并正确,操作步骤严谨有序,步步校核,所以结果有效。
3.3 观测成果的输出及数据处理。
莱佧(Leica)高精度水准仪,它有专用的输出软件,我们直接使用它作为平差,作为标准的GSI输出格式有两种,GSI-8和GSI-16,我们采用了GSI-8,由RS232接口读取原始数据,整个数据输出简捷、方便、快速,以Excel格式录入成果。
4. 结束语
本次三八江段防洪堤沉降观测方案采用6条闭合水准路线。其中闭合水准路线中最大闭合差∫=+0.0031米,最小闭合差∫=-0.0010米。所以本次实测路线各项指标符合测量规范要求,其精度高,布置合理。今后每次沉降将采用相同的图形(观测路线)和观测方法,使用瑞士莱佧(Leica)DNA03水准仪、配合的高精度铟钢条纹水准对尺进行观测。通过几次沉降重复观测对成果进行分析,利用沉降曲线计算出因地基不均匀沉降而产生的混凝土护坡开裂和沉降走向,可以正确地把握海塘沉降的趋势和管理修缮的方案。
参考文献
[1] 刘勇.建筑物裂缝初步分析[J].西北建筑工程学院学报,自然科学2002,45-47
[2] 王毓泰等.拱坝坝肩岩体稳定性分析[M].贵州人民出版社,1982.
[3] 中华人民共和国国家标准,工程测量规范[M].中国计划出版社,1994,73-82
[4] 夏为.滩涂新建水闸沉降观测研究[J].浙江水利水电专科学校学报.2008.1.(20):5-7
[基金项目]浙江省水利厅科研基金资助项目(SKRC021104)
[文章编号]1006-7619(2010)12-20-109
[作者简介]夏为(1956-)男,浙江,平湖人,高级实验师,主要从事水利教学和建筑物的变形研究。