閘壩變形觀測

閘壩變形觀測是運用觀測儀器和觀測設備對閘壩在內、外部荷載和各種影響因素作用下產生的位置和形狀變化所進行的測量。特點是觀測儀器和設備主要安裝在閘壩及其廊道的表面，用以觀測閘壩的外部變形。

閘壩變形觀測

正文

運用觀測儀器和觀測設備對閘壩在內、外部荷載和各種影響因素作用下產生的位置和形狀變化所進行的測量。閘壩變形觀測值的大小及其發展趨勢反映了閘壩的實際工作性態，較大的變形有可能是閘壩出現事故的先兆。因此，對閘壩變形進行定期觀測並及時分析觀測資料是保證閘壩安全運行的重要工作。閘壩變形觀測分為外部和內部兩個方面。
外部變形觀測　特點是觀測儀器和設備主要安裝在閘壩及其廊道的表面，用以觀測閘壩的外部變形，觀測項目如下。

閘壩變形觀測

水平位移觀測　對閘壩及其地基的重要點位進行水平方向位移量的測量。如果閘壩或其地基滑動，壩坡失穩，壩縫張開或其他局部破壞都有可能導致水平位移異常。因此，水平位移觀測是閘壩安全運行的重要監測項目。常用的觀測方法有六種。①視準線法：通過視準線或經緯儀建立一個平行或通過壩軸線的鉛直平面作為基準面，定期觀測壩上測點與基準面之間偏離值的大小即為該點的水平位移，適用於直線形混凝土閘壩頂部和土石壩壩面的水平位移觀測（圖1）。②引張線法：利用張緊在兩工作基點之間的不鏽鋼絲作為基準線，測量沿線測點和鋼絲之間的相對位移，以確定該點的水平位移，適用於大型直線形混凝土的廊道內測點的水平位移觀測。③雷射準直法：利用雷射束代替視線進行照準的準直方法，使用的儀器有雷射準直儀，波帶板雷射準直系統和真空管道雷射準直系統等,適用於大型直線形混凝土壩觀測。④垂線法:以壩體或壩基的鉛垂線作為基準線，採用坐標儀測定沿線點位和鉛垂線之間的相對水平位移。這種方法適用於各種形式的混凝土壩。垂線由不鏽鋼絲製成，鋼絲下部吊重錘,懸掛點在上部的稱為正垂線(見彩圖)；錨固點在基岩深處,依靠頂部浮筒的浮力將鋼絲張緊的稱為倒垂線。前者可測相對於懸掛點的相對水平位移，後者可測相對於錨固點的絕對水平位移，⑤交會法：利用三角網或導線測定兩個或三個固定基點的坐標，通過基點測定閘壩上位移標點的水平位移，適用於長度超過500m的混凝土重力壩和土石壩的水平位移觀測，也可用於混凝土拱壩壩頂和下游面的水平位移觀測。⑥導線法：在混凝土拱壩廊道內布置折線形導線，以導線端點的倒垂線作基準，用以測量壩內導線點的水平位移，只適用於大型混凝土厚拱壩或曲線形重力壩。

閘壩變形觀測

垂直位移觀測　對閘壩及其地基的代表性點位進行的垂直方向位移的測量。不均勻的垂直位移可能導致閘壩裂縫。垂直位移異常有可能是壩體滑動,壩基失穩,局部破壞等險情的先兆和反映。因此，垂直位移觀測也是閘壩安全監測的重要項目。主要有兩種觀測方法。①幾何水準測量法：是利用水準儀和水準尺從水準基點開始測量各點位高程的方法，通過各點位高程變化求得其垂直位移，適用於混凝土閘壩和土石壩垂直位移觀測。②液體靜力水準法：利用連通管原理測量各點位容器內液面高差以測定各點垂直位移的觀測方法，適用於混凝土閘壩基礎廊道和土石壩表面垂直位移觀測。
裂縫和伸縮縫觀測　混凝土閘壩表面裂縫和土石壩的表面及內部裂縫都需要觀測(見水工建築物裂縫觀測)。混凝土閘壩的伸縮縫和混凝土基岩之間的接合縫需要選擇合適的部位埋設測縫計觀測縫的開度變化和縫兩側基岩或建築物的錯動。施工後期用水泥或水泥砂漿灌注的縫可以利用測縫計的測值判斷建築物的整體性（圖2）。

閘壩變形觀測

內部變形觀測　其特點是觀測儀器和設備埋設在閘壩或地基的內部，用以測量閘壩內部的變形，觀測項目有如下幾種。
應變觀測　將儀器埋設在壩體或地基內部以觀測重要點位的應變值，通過觀測資料的計算分析，了解建築物的應力狀態，判斷估計建築物的安全程度。應變觀測分三種。①混凝土應變觀測：在混凝土內埋設應變計和無應力計，根據觀測資料和混凝土徐變試驗資料可以計算混凝土的應力，了解壩體內的應力分布。②土壩應變觀測：在土壩內埋設土應變計，根據觀測資料研究壩體內的應力分布，分析產生內部裂縫或局部破壞的可能性。③基岩變形觀測：在壩基內埋設岩石應變計或多點基岩變形計用以觀測壩基變形，分析壩基產生滑動的可能性。
分層沉降觀測　在土壩內部用十字臂固結管、深式標點組、電磁式沉降儀或水管式沉降儀等觀測壩體內部不同高程點位上的沉降量，以便了解壩體內部土料的固結程度，評估設計施工質量，保證大壩安全運行。
傾斜觀測　在土石壩或岩土邊坡的鑽孔內用傾斜儀觀測不同高程點位的傾斜度，用以計算岩土體內部的水平位移，以便分析岩土體的穩定性或產生內部裂縫的可能性。
簡史　1891年，在德國的埃施巴赫重力壩上首先進行了變形觀測。20世紀30年代以後，在北美和歐洲的一些混凝土壩上進行了應變觀測和垂線觀測。蘇聯在50年代中期套用了引張線法觀測重力壩的水平位移。高土石壩的內部變形觀測在60年代得到發展和套用。70年代後期，西班牙、義大利等國家研製了變形觀測自動化系統，實現了套用微機的線上大壩安全監控。這種系統正在發展和完善之中，是大壩變形觀測的重要發展方向。
中國有系統的大壩變形觀測自50年代初期開始，60年代以來研製了一系列變形觀測儀器，如差動式電阻應變觀測儀器、光學垂線坐標儀、水管式傾斜儀等。70年代以來遙測垂線坐標儀和引張線儀、高精度的光學視準儀及雷射準直裝置相繼問世，使中國的閘壩變形觀測達到新的水平。

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