龙山排泥库大坝变形监测方法研究

Building Structure

建筑结构第46卷第4期

2019年2月

龙山排泥库大坝变形监测方法研究

吕红连

（广西华银铝业有限公司，广西百色 533700）

［摘 要］龙山排泥库大坝现有人工变形监测方法和自动化变形监测两种方法。跟据龙山排泥库的现实情况对2种大坝变形监测方法进行了介绍和分析，对龙山排泥库大坝变形监测提出更加合理的建议。［关键词］龙山排泥库；人工监测；自动化变形监测［中图分类号］TU 195　　　　　［文献标志码］A　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）04–0009–02

Study on Monitoring Method of Deformation of

Longshan Drainage Dam

Lyu Hong-lian

［Abstract］There are two methods for artificial deformation monitoring and automatic deformation monitoring in Longshan Drainage Dam. This paper introduces and analyzes two kinds of dam deformation monitoring methods according to the actual situation of Longshan mud storage，and proposes more reasonable suggestions for the deformation monitoring of Longshan mud dam.［Keywords］Longshan mud storage；manual monitoring；automatic deformation monitoring龙山排泥库库区属喀斯特地貌，溶岩、地下暗河众多，具有溶蚀力的水对可溶性岩石的破坏力巨大，在水负荷作用下会产生变形，变形过大时，大坝将处于疲劳状态，严重时会有溃坝的危险。大坝的安全监测不但关系到工程自身的安危。大坝的安全监测，重点在于变形监测，选择了合适的变形监测方法，才能得出可靠的观测数据，有了可靠的观测数据才能准确地判定大坝的安全性。

挡严重，监测点间通视困难。位于居民区附近，观测设施往往受到不同程度不同的破坏和无意损害。大坝附近分布有大面积水域、山体值被、复杂的矿产资源等，对大气折光影响明显、多路径效益显著。

3 龙山库大坝变形监测的内容及要求

3.1 监测内容

大坝的安全监测可分为内部观测和外部观测，外部观测是大坝观测的主要内容，变形监测又是外部观测的核心内容。通过外部监测，能够综合且直观地反映大坝的工作，而且可以验证内部观测结果。

根据DL/T 5178—2016《混凝土坝安全监测技术规范》及DL/T 5259—2010《土石坝安全监测技术规范》的要求，龙山排泥库大坝变形监测的主要内容包括：坝体位移（水平位移与垂直位移）、倾斜、接缝变化、坝基位移、近坝岸坡位 移等。3.2 监测要求

精度要求高：混凝土坝和土石坝的精度要求分别是坝顶水平位移的径向位移量中误差不大于±2 mm和不大于±3 mm，切向位移量中误差不大于±1 mm和不大于±3 mm。

反应迅速：能及时反映坝体的变化。系统稳定：在各种恶劣的环境下能够稳定工作。可靠性高：具有较强的检核条件。自动化程度高：变形监测系统要尽量做到免维护。

1 工程概述

龙山排泥库位于广西壮族自治区百色市靖西市境内，距

靖西市区约12 km，对外交通条件较好。经2017年加高扩容后坝顶标高910 m，最大坝高67 m，总库容3 956×104 m3，属三等库。全库共设7座大坝（图1），其中4号（12 m）、5号坝（8 m）坝较矮，为堆石坝，仅设置人工监测。其余5座大坝为混凝土重力坝，1号坝（67 m）轴线长157.75 m，均设置人工监测和在线自动化监测系统（图2）。

4号坝5号坝

6号坝

7号坝

龙山排泥库

3号坝

2号坝1号坝

图1 龙山排泥库大坝总平面示意 图2 龙山排泥库1号大坝

2 龙山排泥库周边环境

龙山排泥库地处亚热带季风气候，夏天无暑，冬无严寒，年平均气温19.1℃。于受当地天气和地形条件的影响，龙山库大坝的周围经常被雾气环绕，高山起伏、树木茂盛、天空遮

收稿日期：2018–11–30作者简介：吕红连（1986—）󰀃，女，山东齐河人，工程师，主要研究方向

为工程测量在露天矿山中的应用。

4 龙山库大坝变形监测的具体方法

4.1 传统人工变形监测

由于大坝变形监测的精度要求很高，因此，根据现有仪器建立GPS静态测量的方法监测网，而日常的监测点测量则采用全站仪前方交会法施测。4.1.1 GPS基准网的建立

根据龙山排泥库大坝的优缺点，为便于观测及减少建造费用，基准网主要由3个基准点和14工作基点组成，基准点

短了工期，降低了施工成本，取得了各方的一致认可，并为装配式建筑的发展积累经验。

参考文献

[1] 韦喆.预制装配式外墙防水构造及施工要点[J].建筑技术开发，2018，

45（11）：16–17.

[2] 王凤起.装配式混凝土建筑结构施工技术要点与研究[J].建筑技术，2018，49（1）：16–17.[3] 装配式混凝土结构连接节点构造：G310–1~2[S].

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第46卷第4期

2019年2月

Building Structure

建筑结构建 筑 技 术 开 发

Building Technology Development编号G1~G3，工作基点按照一个大坝两个设计，编号J1-1, J1-2, …, J7-1, J7-2，共计19个点。基准点及工作基点的点位都选在比较开阔、接收卫星信号较好且点位稳定的地方，同时为了减小对中误差，确保控制网的观测精度，所有基准点及工作基点均建立钢筋混凝土观测墩，观测墩顶部埋设不锈钢强制对中盘。

由于基准网型复杂，采用GPS网6台中海达V30接收机同步进行静态观测。具体作业时仪器安置在强制对中基座上，平距离约4 m埋设应变计及无应力计各1只。

4.2.5 监控软件

在线监测系统软件部分包括各传感器数据采集与处理软件、监测数据分析软件、在线发布平台软件等。数据采集与处理软件将传感器采集数据接收并保存至数据库，同时将设计的报警限值也在保存在数据库。监测数据分析软件可实现监测数据的定量计算分析，以及位移、渗压等关健效应量实测值和阀值的分析对比，若超限应立即报警。

对中误差小于0.1 mm；历元采样间隔为5 s，卫星高度截止角为10°。为提高GPS网的精度与可靠性，要求不低于GPS C级网，重复设站数不小于2次，每台接收机接收卫星信号要达到10个以上，每个测次静态观测时间不小于60 min，使GPS网有足够的多余观测。

测后数据采用中海达专用后处理软件进行基线解算。为了提高起算数据准确度，以减少对基线解算带来的尺度等影响，并获得高精度的地心坐标，需要用到广西cors系统中位于靖西境内的一个GNSS连续运行基准站来解算长基线。基线解算结束后，进行环闭合差以及重复边的检查计算。最后选取符合要求的基线进行自由平差，无约束平差。4.1.2 变形监测点的观测

变形监测利用全站仪前方交会的方法施测，在一个工作基点设站，另外一个工作基点作为后视，观测监测点的坐标。一个月作为一次观测周期，观测数据与基准起始数据来计算相对位移，确定变形量，对顶的安全进行评估。重点对4号坝、5号坝两个堆石坝进行监测。4.2 在线自动化变形监测系统

龙山排泥库在线监测系统项目主要包括：坝体表面位移监测、内部位移监测、浸润线监测、应力应变监测等。在线监测具有自动化监控、远程在线查看、在线分析、预报警等功能，可实时监测排泥库的运行状态，及时发现异常迹象，为运行管理提供可靠的资料，提高日常管理能力。4.2.1 坝体表面位移监测

采用GPS自动化监测方式，值班房监控中心附近布设 1个GPS位移监测基准点，1号坝坝顶布设5外GPS监测点；2号坝、3号坝、6号坝、7号坝坝顶各布设1个GPS监测点。各个监测点设置一台GPS双频接收机，连续不间断的同步进行观测，建立监测网。利用数据处理软件实时进行平差计算，确定坐标并计算相对位移（图3）。

图3 GPS自动化监测系统

4.2.2 坝体内部位移监测

内部位移采用自动测斜的方式，坝体完工后钻孔埋高监测设备。1号坝、2号坝、3号坝、6号坝、7号坝分别设置1个测斜孔。4.2.3 浸润线监测

采用振弦式渗压计监测。1号坝设置3个监测横断面； 2号坝、3号坝、6号坝、7号坝均在坝顶最大坝高处各布布置1个监测断面。每个断面设置2个测孔，每孔1支渗压计。4.2.4 重力坝应力应变监测

1号坝坝高最高，为重点监测对象，在1号坝3个坝段和 2号坝及7号坝浸润线监测断面坝址处坝基附近，距离坝址水

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5 监测成果分析

5.1 人工监测

龙山排泥库人工监测不仅为4、5号坝提供有效的监测数据，也是对其余5个大坝在线自动化监测系统的一种补充。属于分级布设，基准网布设完成后，再由工作基点测定监测点。在忽略起算点精度的前提下，监测点的监测精度由工作基点中误差与全站仪前方交会的观测误差决定，需对两者进行联合平差处理。全站仪前方交会的误差主要来源于仪器的系统误差、棱镜的对中误差及仪器的对中误差等。5.2 在线自动化变形监测系统

在线自动化变形监测系统在实际运行中，可实现无人值守及自动进行监测预报的功能。该系统在监测基准网的基础上，采用差分处理，可消除和减弱各种误差对测量结果的影响，大幅度地提高了测量精度，并且可同时获得每个监测点的平面位移和垂直位移的信息，克服了人工监测平面位移监测和垂直位移监测分别进行的缺陷。

经过连续几个月的监测成果来分析，其监测精度满足其设计精度，能充分满足对龙山排泥库大坝表面位移、内部位移、应力应变等变化的监测。5.3 工作中存在的问题

（1）全站仪前方交会的方法虽然能够够测定大坝监测点的平面坐标和高程，但高程精度无法满足变形监测的要求。（2）在全站仪前方交会测量时，监测点无强制对中装置，只采用普通的脚架对中杆，对观测结果影响较大。

（3）人工监测时，未在坝基及坝侧面设置变形监测点，监测不够全面。

（4）常规人工监测采用测后处理数据，实时性较差，不能快速、及时地反映大坝的位移情况，影响大坝安全性的评判。

6 结论

自动化监测系统在龙山排泥库大坝变形监测中具有重要意义，而人工监测作为传统的监测方法，在实际工作中也有其投资少、使用方便等优点。对龙山排泥库变形监测中发现的问题提出几点建议。

（1）人工监测的方案需要重新优化，增加变形水准测量，利用精密水准测量的方法对监测点进行垂直位移监测。（2）在坝基、坝侧及周边重要的山体增加人工变形监测点，对大坝安全进行全方位的监测。

（3）坝体上监测点上安装强制对中装置，从而增加观测值的可靠性。

（4）为了提高监测点的测量精度，建议利用全站仪对向设站、盘左盘右等观测，从而增加多余观测进而平差的方法来提高精度。

参考文献

[1] 朱彦鹏，严锐鹏，杨晓宇.高填方机场滑坡体变形监测及稳定性分析[J].建筑技术，2017，48（4）：3–392.[2] 谭林波，陶津，沈圣，等.基于长标距FBG的既有地铁隧道纵向变形监测与数值模拟[J].建筑技术，2016，47（5）：453–456.[3] 裴建坡，刘东，陈红利.超大型深基坑变形监测方案与实施[J].建筑技术，2012，43（6）：499–501.[4] 邓祎文，童华纬，周龙翔.基坑侧向变形监测技术的研究[J].建筑技术，2010，41（3）：261–263.