1、混凝土大坝加高工程变形监测总体设计作业指导书编 制： 审 核： 批 准： 版 本 号: ESZAQDGF001 编 制： 审 核: 批 准： 发 布： 二XX年X月 摘要:xx大坝加高工程是xx中线的水源工程，系在已建成的大坝基础上进行加高施工。初期工程原有监测设施已运行几十年，许多设施已老化，且大坝加高部分需增设一些监测设施进行变形监测。介绍了大坝变形监测网的组成和设置，以及混凝土坝、电站厂房、垂直升船机、土石坝监测系统的具体方案设计，本系统利用和改造了原有大坝的监测系统，并在加高部分布置新的监测设施，从而形成新的xx大坝变形监测系统。关 键 词: 坝加高;变形监测;设计;xx水利枢纽中图分2、类号: TV698.1+ 1 文献标识码: A1 工程概况xx水利枢纽位于xx省xx市xx干流上，具有防洪、供水、发电、航运等综合效益，是开发治理xx的关键工程，同时也是xx中线的水源工程，根据工程规划和工程施工的实际情况，xx水利枢纽分二期开发建设。初期工程于1958年开工，1973年建成，正常蓄水位155m，1975年抬高至157m，坝顶高程162m。初期工程建成后，发挥了巨大效益。但是，由于国民经济的发展，初期规模已不能满足国民经济各部门的需要。2005年开始，xx水利枢纽在已建成初期规模的基础上，对大坝进行加高，即二期规模工程。二期工程涉及到土坝加高和混凝土坝加高，根据工程规划，坝顶加3、高14.6m至高程176.6m，挡水建筑物总长3442m。混凝土大坝采用在坝顶及下游坝坡现浇混凝土方式加高培厚，以满足大坝挡水时稳定和应力要求，坝长仍为1141m，混凝土坝表孔堰顶抬高至高程152m，最大坝高117m。右岸土石坝改线重建，长877m，最大坝高60m，左岸土石坝加高培厚，左坝肩向左延长200m，长1424m，最大坝高71.6m。电站厂房装机及布置无变化。通航建筑物由初期的150t升船机扩建为300t升船机，其总体布置不变。设计蓄水位由157m提高到170m，总库容达290.5亿m3 ，比初期工程增加库容116亿m3 、有效调节库容88亿m3 、防洪库容33亿m3 。2 加高工程变4、形监测系统综述xx水利枢纽初期工程原有监测设施已经运行几十年，是一个较完善的变形监测系统，但由于很多设施已老化，无法继续满足今后的监测需要。同时，由于需增设一些监测设施对加高工程新建的部分进行变形监测，因此需要立即建立新的xx大坝变形监测系统。加高工程变形监测系统设计就是在原有监测系统的基础上，综合考虑了加高部分的特殊性，对原有监测系统一部分进行沿用、一部分进行了改造，同时结合老监测系统的布置，在加高部分增设新的监测设施，最终满足加高后整个大坝及枢纽的变形监测要求。本文将对xx大坝加高工程新的变形监测系统设计进行简述。3 变形监测网3.1 水平位移监测网水平位移监测网由全网和简网组成。全网为边5、角全测的边角网，由15个网点组成。全网划分为3个简网:混凝土坝监测网（又称中简网），由5个监测网点组成;左岸土石坝监测网（又称左简网），由8个监测网点组成;右岸土石坝监测网（又称右简网），由7个监测网点组成。3个简网均为边、角全测的边角网。水平位移监测网角度按国家一等三角测量方向观测法要求施测，测角中误差#m 0.7;边长观测使用测距标准偏差|mD |2mm的测距仪按国家中短程测距规范的等边长观测要求进行施测;高程按国家二等水准的要求和精度施测。3.2 垂直位移监测网初期工程垂直位移监测网由上水准环线和下水准环线（校核水准环线）组成，位于大坝的下游。加高工程垂直位移监测网基本按初期点位布设，6、做了部分改建和增建。上水准环线以沉01（平硐标）为工作基点，经右岸沉03、沉05、左岸左-05、沉08组成上水准环线，在左岸土石坝坝顶尖山、右岸土石坝右坝肩岸坡地段，分别新建1座双金属标;在左岸土石坝背水侧尖山段岸坡160m高程和右岸土石坝中部背水侧岸坡155m高程，分别新建1座测温钢管标;环线长约30km。下水准环线以洪山咀主点为基准点，经BMHL180、光化大桥，沿xx右岸经丹谷1、沉08至洪山咀组成环线，初期工程中的土中丙型标点需要改建成双金属标或测温钢管标;此外，在沉16附近（西关小学院角）新建1座双金属标;在沉07（市电子原件厂院角）、沉13、沉15（太山庙村委院角）附近各新建1座测7、温钢管标;右岸改建岩石基本标5座;环线长约60km。垂直位移监测网采用几何水准测量方法按国家一等水准测量精度及要求施测。4 混凝土坝变形监测系统4.1 水平位移监测混凝土坝及基础水平位移监测是在水平位移监测网的整体联系控制下，采用正、倒垂线，以及以垂线测点为工作基点的引张线和精密导线进行观测，共计设置倒垂线14条、正垂线24条、引张线8条、精密导线2条、坝顶视准线5点。垂线也是坝体挠度的观测设施。（1）倒垂线。初期工程在1、7、13、24、25、2627、31、44号坝段分别布设了1条倒垂线，在36号坝段布设了3条倒垂线，组成倒垂组。加高工程除对初期布设的11条倒垂线进行改建外，在右5、7、48、2号坝段各增设1条倒垂线，以增强基础的水平位移和挠度监测。同时，在14条倒垂线中设置三维倒垂线测点3点，方便对关键部位同时进行水平位移和垂直位移的监测。（2）正垂线。初期工程在右5、7、910、13、18、21、2627、31、34、39号坝段分别布设了1条正垂线。加高工程将初期工程在原有正垂线坝段的加高部分分别增设1条正垂线，将垂线监测延伸至坝顶。垂线的悬挂点设在坝顶（高程176.6m），每条2个测点分别设在高程170.0m观测廊道和高程162.0m排水交通廊道内。并在右2、42号坝段从基础到坝顶分别增加布设正垂线2条6个测点，以加强左右转弯坝段部位的水平位移监测。取消初期布设在36号坝段的9、正垂线1条，对其余初期工程原有的正垂线进行改建。（3）引张线和精密导线。初期工程原有4条引张线及2条精密导线，布置如下:724号坝段，坝轴线下游15m的高程101m廊道（下游侧）布设引张线1条17个测点;2531号坝段，坝轴线上游17m的高程101m廊道（下游侧）布设引张线1条7个测点;726号坝段，初期坝顶高程159m廊道布设引张线1条19个测点;2736号坝段，初期坝顶高程159m廊道布设引张线1条9个测点;在1号至右13号坝段高程150m廊道内，布设精密导线1条14个测点;3644号坝段高程140m廊道内，布设精密导线1条9个测点。加高工程继续沿用高程101m廊道内的2条引张线，用以继续10、观测大坝基础各坝段上下游方向的水平位移。将初期坝顶高程159m廊道原有的引张线改建，布设2条引张线:在深孔溢流坝段713号坝段改建布设引张线1条7个测点;在厂房坝段至左岸联接坝段2536号坝段改建布设引张线1条12个测点，用以继续观测原坝顶部分坝段上下游方向的水平位移，同时可与新建坝顶的水平位移进行比较。加高工程在高程170m观测廊道布设3条引张线，用以监测新建坝顶各坝段上下游方向的水平位移:在17号坝段高程170m廊道上游侧布设引张线1条7个测点;在727号坝段高程170m廊道下游侧布设引张线1条21个测点;在2736号坝段高程170m廊道下游侧布设引张线1条10个测点。另外，在高程150m11、廊道17号坝段增加布设引张线1条7个测点，结合1号至右7号坝段高程150m廊道原有的1条精密导线7个测点，用以加强对右岸转弯坝段水平位移监测。同时，在3644号坝段高程140m廊道保留布设精密导线1条9个测点，用以加强对左岸转弯坝段水平位移监测。（4）交会点。在混凝土坝典型坝段坝顶与正垂线结合处新增布设测边（角）交会测点5个，加强对坝顶关键部位的水平位移监测。4.2 垂直位移监测 混凝土大坝垂直位移监测点主要布置在大坝基础廊道、高程170m观测廊道和坝顶，在左、右岸转弯坝段布设了竖直传高仪，将坝顶水准测线和基础水准测点联系;同时，选取一部分坝段在基础横向廊道和坝顶分别在上、下游侧对应布设精密水12、准或静力水准监测点，组成短水准组，观测坝体的转动或相对垂直位移。（1）精密水准。初期工程在基础廊道现存共有94个精密水准测点和6个倾斜观测断面12个测点，其中有28个深埋钢管标，主要深置于坝基不同程度的破碎带、断裂、软弱夹层部位。加高工程在基础廊道恢复布设8个精密水准测点;在基础横向廊道新增设9个倾斜观测断面18个测点。高程170m廊道右643号坝段各增设1个精密水准测点，共50个测点;在坝顶高程176.6m坝面新增设22个倾斜观测断面，分别在上、下游侧对应布设一个精密水准点，共44个测点。（2）静力水准。加高工程继续沿用初期工程原有的静力水准设施:1931号坝段防渗板廊道和2531号坝段基础13、廊道静力水准测线1条14个测点;基础横向廊道6个倾斜观测断面12个测点。同时在右65号坝段基础廊道新布设静力水准测线6条20个测点（包括3个倾斜观测断面）;在924号坝段基础廊道新布设静力水准测线4条19个测点。在3444号坝段基础廊道新布设静力水准测线2条14个测点（包括2个倾斜观测断面）。另在7、33号坝段基础横向廊道新布设2个倾斜观测断面4个测点。在基础廊道共计新布设静力水准测线14条57个测点。加高工程在右644号坝段高程170m观测廊道内每坝段增设一个测点，共新布设5条静力水准测线54个测点，以加强对各坝段坝顶部位的垂直位移监测，同时和对应的精密水准测点进行相互参照、对比。 （3）双14、金属标。作为精密水准和静力水准工作基点，加高工程在25号坝段增设1座双金属标。（4）竖直传高。为方便将坝顶高程传至廊道，同时可以将坝顶水准和基础廊道水准联系起来以构成系统，进行误差改算，加高工程在右5、42号坝段分别布设竖直传高2套，测点分别设在高程176.6m坝顶平面、高程170.0m观测廊道以及基础廊道。5 电站厂房变形监测沿用初期工程在1、3、5、6号水轮机组的94m高程平台上分别布设的3个精密水准标点，共计12个测点。同时，加高工程结合精密水准点增设静力水准测线2条12个测点。6 垂直升船机变形监测6.1 水平位移监测在1、2、5、6号墩柱上各布设边角交会点1个，共4个交会点，以附近的15、监测网点（工作基点）进行前方边（角）交会。6.2 垂直位移监测在18号墩柱基座上各布设3个垂直位移监测点，共24个测点，以量测导轨倾斜及各墩柱间的不均匀沉降。7 土石坝变形监测7.1 左岸土石坝7.1.1 水平位移监测（1）交会点。在左岸土石坝坝顶上游侧心墙顶布设交会监测点24个。在背水坡高程165m马道上，布设交会监测点16个。（2）测距视准线。保留布设在初期工程原坝顶左联坝段迎水坡高程162m马道的测距视准线1条5个测点，5条测距边。加高工程在坝顶高程176.6m新布设测距边6条。（3）表面测缝装置。在土石坝与混凝土坝41、42号坝段坝顶接合处，各布设1套（3点法）表面测缝计，共2套。（416、）垂线及伸缩仪。初期工程在左岸土石坝下游挡土墙2号坝段布设1条正垂线。加高工程增设1条正垂线及1条倒垂线。两条正垂线之间布设1条伸缩仪以联系。7.1.2 垂直位移监测（1）双金属标和测温钢管标。作为土石坝垂直位移监测工作基点，加高工程在左岸土石坝位于糖梨树岭的岸坡地段，增设双金属标1座。在左岸土石坝背水侧尖山段岸坡160m高程，新设测温钢管标1座。并保留原有的尖山双金属标。（2）精密水准。在左岸土石坝坝顶高程176.6m，迎水坡高程162m，背水坡高程165m，155m各布设1条精密水准测线。按间距6080m布设1个测点，并与水平位移监测点结合布置;在先锋沟、王大沟2个重点监测断面，自坡脚点至17、坝顶进行全断面监测。共计布设精密水准监测点86个，水准路线长约10km。7.2 右岸土石坝7.2.1 水平位移监测（1）交会点。在右岸土石坝坝顶上游侧心墙顶新增交会监测点16个。在背水坡165m马道上，新设交会监测点10个。（2）测距边。在右岸土石坝与混凝土坝联接段坝顶，布设精密测距边6条。（3）表面测缝装置。在右岸土石坝与右5、6号坝段坝顶接合处，各布设1套（3点法）表面测缝计，共2套。7.2.2 垂直位移监测（1）双金属标和测温钢管标。作为土石坝垂直位移监测工作基点，加高工程在右岸土石坝右坝肩岸坡地段，增设双金属标1座。在右岸土石坝中部背水侧岸坡155m高程，增加布设测温钢管标1座。（2）18、精密水准。在右岸土石坝坝顶高程176.6m，迎水坡高程162m，背水坡高程165、155m各布设1条精密水准测线。按间距6080m布设1个测点，并与水平位移监测点结合布置。重点监测断面自坡脚点至坝顶进行全断面监测。共计布设精密水准监测点49个，水准路线长约10km。8 结语xx大坝加高变形监测涉及到原有监测系统的利用和改造以及新增的监测设施布置，同时还要将原有及新增的监测设施形成全新的系统，是以前大坝监测系统设计中从未遇到过的，本设计方案很好地解决了这些问题，并对以后相关工程提供了有益的借鉴。变形监测就是利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测、对变形体变形性态进行分析和变形体变形的19、发展态势进行预测等的各项工作。其任务是确定在各种荷载和外力作用下，变形体的形状、大小、及位置变化的空间状态和时间特征。在精密工程测量中，最具代表性的变形体有大坝、桥梁、高层建筑物、边坡、隧道和地铁等。 变形监测的内容，应根据变形体的性质和地基情况决定。对水利工程建筑物主要观测水平位移、垂直位移、渗透及裂缝观测，这些内容称为外部观测。为了了解建筑物(如大坝)内部结构的情况，还应对混凝土应力、钢筋应力、温度等进行观测，这些内容常称为内部观测，在进行变形监测数据处理时，特别是对变形原因做物理解释时，必须将内、外观测资料结合起来进行分析。变形监测作业指导书(一)大坝变形监测施工与观测工艺流程图（二）大20、坝变形监测施工与观测方法及要求1.技术标准和规范：承建工程变形监测仪器设备的检验、率定、埋设安装与施工期观测，应严格执行现行国家行业技术标准和规范，以及设计文件、承包合同要求。应执行的现行国家行业技术标准和规范主要有（但不限于）：（1）混凝土大坝安全监测技术规范（SDJ33689）（2）土石坝安全监测技术规范（SL6094）（3）国家一、二等水准测量规范（GB1289791）（4）国家三角测量规范（GB/T17942-2000）（5）水利水电工程测量规范（SL19797）（6）水利水电工程施工测量规范（SL5293）2.变形监测仪器设备购置、加工：变形监测仪器设备购置、加工应按照经监理工程师批21、准的设计图纸、仪器设备清单进行。仪器设备购置、加工前应向监理工程师报送：（1）仪器设备购置、加工计划：（2）仪器设备检验、率定计划。仪器设备运抵施工现场后，应会同监理工程师开箱检查验收，应向仪器设备供应方索取仪器设备出厂合格证，计量检测证。仪器、设备检验合格后应妥善保管。3.倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标造孔施工与埋设安装：倒垂孔、钢管标、钢铝管双金属标应在施工部位形成后进行。按照设计坐标、高程进行钻孔孔位定位、放样。钻机就位，应认真进行校正。经校正安装固定的钻机，主轴必须严格垂直，钻孔孔位定位精度须满足设计要求。钻孔施工过程中应每进尺1m2m，采用倒垂浮体组配合弹性导中器进行钻孔垂直度检测，22、以控制钻孔质量，进而指导调整钻孔施工。倒垂孔钻孔垂直度应满足保护管安装埋设完成后，其保护管有效孔径必须在大于100mm。钢管标、钢、铝管双金属标钻孔垂直度应满足保护管安装埋设的要求。钻孔进尺满足设计要求后，应通知设计、地质、监理工程师，参加钻孔终孔验收，并进行单项工程阶段性验收签证。终孔验收后，及时进行倒垂孔保护管、钢管标、钢、铝管双金属标安装埋设。各类金属管材、材质型号、加工均应满足设计要求。倒垂孔保护管应认真组装调试，并进行保护管垂直度检测，保护管垂直度必须满足其有效孔径大于100mm，加固以后进行灌浆。钢管标、钢、铝管双金属标、保护管、芯管应认真组装调试，满足设计要求以后，芯管根部（1m23、2m）采用水泥浆灌浆固结，保护管芯管间距2米采用橡胶圈加固。倒垂孔、钢管标、钢、铝管双金属标保护管、芯管安装完成后，其管口均应安装保护装置，以防损坏。钻孔施工单位应提交钻孔地质柱状图，钻孔垂直度检测单位应整理并提交钻孔与保护管垂直度检测资料以及保护管芯管安装埋设竣工图。倒垂孔、钢管标、钢、铝管双金属标施工完成并经监理工程师验收合格后，施工单位应会请监理工程师会签单项工程竣工验收签证。4.变形监测设施予留予埋：布设在砼大坝各层廊道的变形监测设施（如引张线、静力水准、正、倒垂线测站、精密导线、弦矢导线、竖直传高、垂直位移监测点）应按照设计图纸进行予留、予埋放样测量，并进行予留槽、予埋件安装施工，予24、留槽、予埋件安装施工应准确定位、安装固定牢固，完成以后进行检查验收。予留、予埋部位砼浇筑施工完成后应及时进行复测验收，检测是否变位走样。如存在跑模走样应及时采取补救措施予以处理。5.正垂线埋管埋设安装：布设在砼坝体中的正垂线埋管（砼管、钢管）应按设计坐标进行放样测量，在埋管部位准确标定其中心位置，进行埋管定位。埋管垂直度应严格控制在设计允许的偏差内。埋管应牢固加固，以防止在砼浇筑施工中发生变形。严禁碰撞。砼浇筑施工完成后应及时复测正垂线埋管垂直度。以调整后续埋管的垂直度。砼管在安装过程中管口应平顺衔接，防止错台，接口处应用油毡封闭，防止水泥砂浆流入。钢管在安装过程中管口应平顺衔接，焊缝应平整、25、严密。正垂线埋管埋设安装完成以后，应及时整理编绘埋管竣工资料。6.变形监测设备安装调试：6.1倒垂线安装调试：采用浮体组配合弹性导中器复测保护管垂直度，确定倒垂线锚块埋设位置。安装倒垂浮体组，安装倒垂线锚块，通过滑轮将安装倒垂线锚块的不锈钢丝吊入倒垂线保护管，依靠锚块重力张拉不锈钢丝。按照锚块埋设位置将不锈钢丝在管口准确定位。在倒垂线保护管内安装注浆软管，准确计算埋设锚块水泥沙浆用量，通过注浆软管平缓注入埋设锚块水泥沙浆。注浆结束后再次检测不锈钢丝在管口的准确位置，如发现安装位置有偏移，应即时进行调整，使之恢复到锚块埋设位置。倒垂锚块埋设安装710天以后，安装倒垂浮体组和倒垂线不锈钢丝固定夹具26、，按设计要求计算浮体工作浮力进行倒垂线不锈钢丝张拉。按照浮体工作浮力向浮体组注入变压器油，在浮体支架上盘绕固定富余钢丝。加盖浮体组保护盖。在砼观测墩上埋设垂线座标仪基座。6.2正垂线安装调试：复测正垂线埋管垂直度，确定正垂线埋设位置。按照确定的正垂线埋设位置，安装正垂线悬线装置、固定夹线装置、活动夹线装置。悬挂正垂线阻尼重锤，固定夹线装置。在正垂线砼观测墩上埋设垂线座标仪基座。在正锤油桶中注入变压器油。6.3引张线安装调试：引张线安装前应检验采购的配重件是否符合设计要求。准确测定引张线安装轴线，按照引张线安装轴线进行端点、测点装置埋设安装，端点滑轮槽、夹线装置V型槽与测点读数钢尺高差应控制在127、mm2mm以内。张拉并固定引张线不锈钢丝。在测点处安放浮船与水箱。引张线钢丝复位精度应优于0.1mm。6.4视准线安装施工：按设计布置准确测定视准线端点、测点位置，埋设视准线砼观测墩，在砼观测墩顶部埋设强制对中底盘，强制对中底盘应调整水平，倾斜度不得大于4。视准线各测点底盘中心应埋设在两端点底盘中心线的连线上，其偏差不得大于10mm。6.5静力水准安装施工：静力水准测点、标定点和连通管壁槽、管槽支架应按设计要求进行土建施工。静力水准安装施工之前，测点、标定点和PVC管应认真进行清洗。测点、标定点和PVC管应按出厂说明进行组装，组装完成注入纯净蒸馏水，注入蒸馏水后必须认真排净空气气泡，并进行静力水准系统标定。7.变形监测施工期观测与资料整理分析：7.1用于大坝变形监测的仪器、设备须进行计量检测，率定和检验。使用性能必须满足国家有关计量检测规定。7.2施工期观测必须按照国家有关技术标准、规范和设计技术要求进行。施工期观测频次应执行设计技术要求。7.3施工期观测资料应及时检查、平差计算，并进行资料初步整理分析，及时报送，雨季、汛期和发生异常情况应加密观测，以密切监测工程安全施工。7.4观测记录，必须内容真实完整，字迹清晰，不得任意涂改。7.5年度观测资料应进行整理分析，绘制变形过程曲线，编写初步分析报告