【编者按】改善水环境，保障水安全是每一位水利人的职责、使命与担当！“没有最好，只有更好”，则是本公众号创办的座右铭，也是奋斗的目标。长期以来，我们始终把推文质量、品质放在第一位，精挑细选。本着百花齐放，百家争鸣，出于为公众传播有益资讯信息之宗旨，为更好地丰富平台内容与专业水平，力求打造水利行业精品公众号平台之精神，【水利参阅】公众号开办【百家论水】专栏，专栏集各位专家智慧，进行热点解读、独到见解、沙龙研讨、案例或经验总结、分析等原创分享。本期为第18期，分享人是张忠举老师，本文经作者授权同意本平台发布，让我们一起致敬分享者并与诸位分享、交流。作者：张忠举、男、汉族、贵州省黔西县人、2002年7月加入中国共产党，2003年6月参加工作，毕业于大连理工大学，大学本科学历，水利水电工程专业；湖北湖北省宜昌市鼎诚工程技术服务有限公司浙江省磐安抽水蓄能电站项目组监测技术负责人。中国水利学会会员，水工结构专业委员会换届暨第十三次年会，中国水利学会 水工结构第九届专业委员会会员。中国大坝工程学会2019年学会会员，中国岩土石力学与工程学会第九届学会会员，中国土木工程学会学会第十届理事会会员。摘要：介绍沉降仪的工作原理和结构，根据双桥水库混凝土面板堆石坝的监测数据分析坝体的沉降，针对测值中出现的周期性的变化探讨，总结沉降仪在混凝土面板堆石坝中的安装与应用。
双桥水库位于六盘水市水城县保华乡境内的乌江水系三岔河左岸一级支流的阿勒河下游，地理位置为东经104°54′，北纬25°36′。工程的主要任务是城市供水，兼有灌溉及人畜饮水。水库总库容9140万m³，工程等别为Ⅲ等，工程规模为中型。工程枢纽永久性主要建筑物大坝、溢洪道或泄洪洞、取水口按3级建筑物设计，次要建筑物按4级建筑物设计。水库枢纽由大坝、溢洪道、导流兼泄洪放空洞、供水取水洞、下放生态用水隧洞等组成。
拦河大坝采用钢筋混凝土面板堆石坝，坝轴线方位角为105.185°，坝顶轴线长242.88m，坝顶高程1617.00m，防浪墙顶高程1618.20m，河床趾板高程1551.50m，最大坝高65.5m。坝顶宽度为6.0m，上游坝坡为1：1.4，下游平均坝坡为1：1.527。混凝土面板采用等厚面板，厚度为0.40m。砼趾板布置于弱风化下部至微风化上部基岩上，厚度为0.5m、宽度为6.5m。面板下游依次为垫层区（水平宽度3m）、过渡区（水平宽度3m）、主堆石区、下游次堆石区及下游护坡。下游坝坡采用干砌石护坡。坝后永久上坝公路坡度为10%～12%，宽6.0m。本文根据沉降仪的工作原理，双桥水库混凝土面板堆石坝的沉降数据分析，针对性的探讨。SSC 型电测水管式沉降仪即静水溢流管式沉降仪， 它是利用液体在连通 管两端口保持同一水平面原理制成，见图 1①。当观测人员在观测房内测出连通管一个端口的液面高程时， 便可知另一端 （测点）的液面高程，前后两次高程读数之差即为该测点的沉降量、计算公式如 下：S1=H0-H1 式中：S1－测点的沉降量（单位：mm） H0－埋设时沉降测头的溢流测量管口的高程值（单位：mm） H1－观测时刻测得的液面高程值（单位：mm） SSC 型水管式沉降仪主要由沉降测头、连通管路、量测管、浮子和传感器等。根据《土石坝安全监测技术规范》（SL551-2012）规定、设计计算成果、坝址区域的地形地貌、坝体施工填筑等布置观测纵横断面，选坝横右0+006.0m剖面为观测断面，各测线分布为：1569.5m高程6测点、1587.5m高程5测点、1606.5m高程2测点②。为保证观测质量，符合连通管原理，应使沉降测头到观测房之间有一定坡降，也就是沉降测头水杯口与管路出口间有一定的高差。其作用，一是使沉降测头内连通管水杯口的溢流水顺利进入排水管排至观测房的排水沟，防止沉降测头内积水；二是适应坝体变形，如果管路与沉降测头在同一高程，坝体沉降变形后，沉降测头就会比管路位置低，排水管内的积水会倒流入测头内，影响沉降仪的正常工作。当某一段管路高于沉降测头水杯口时，就可能无法测量；三是当管路较短时，测头内溢流水可经由排水管自行排出，不必加气压。这样，观测操作就较方便。
沉降测头水杯口与管路出口间高差大小应结合具体工程，埋设高程等分析估算埋设剖面最大沉降量和沉降差的基础上确定，一般不应小于1.0~1.5m。管路坡降大小和方式，应根据管路的长短，预估坝体沉降变形的大小，填筑坝面形状等因素决定，满足沉降测头水杯口与管路出口高差功用的要求，又使管路出口与沉降测头间的高差不致很大，增加埋设工作量。对于粗粒料坝体，一般采用局部坡降法，它比均匀坡降法、分段坡降法优，可节省埋设工作量和碎石保护料。局部坡降法是在距沉降测头约10~20m的一段管路上设置较大坡降(约0.5~15%)，其余部分则采用水平埋设，见下图局部坡降法观测剖面图和局部坡降法观测平面图。常见的埋设方法有沟式法、槽式法、混合法，根据施工经验，本方案中NSC型水管式沉降仪测量装置埋设方法选用沟槽法，埋设条带施工采取半挖半填的办法，即以上游第一个测点为起挖高程，沟的深度以每条下游最后一个测点埋设高程为准，沟槽要求：沟的底宽为0.8～1.0m，并大于压实机具宽度。当堆石填筑达到条带中第一个测点高程时，以施工图所示的桩号和高程，由上游垫层区至下游观测房（含临时观测房）以设计的坡度，挖出一条沟，然后用振动平碾碾压沟底，以三等水准测量沟底坡度、高程，其测点高程误差不超过5cm。当埋设沟开挖平整后，按施工图厚度要求进行填筑埋设基床，首先填筑粒径小于 8mm的沙砾料和洞渣料，用木槌击实，再填筑粒径小于5mm的沙砾料和洞渣料，用木槌击实。要求埋设基床按1%的坡度像下游倾斜，平整读不大于2mm。并要求在基床带两侧设活动防护围栏，开挖条带尽量不影响大坝填筑，并在开挖条带两侧设置栏杆，禁止施工机械和非工作人员过往。沉降测头的埋设基础应自辗压坝面或开沟后的沟底做起，即不可在铺垫的碎石料上做基础，否则会影响坝体变形测量的准确性。埋设测头的基础可用混凝土浇筑或桨砌石块砌成，其顶面尺寸为50cm×50cm，顶面应水平(用水平尺校对，不平度≤2mm)。基础顶面高程比沉降测头水杯口高程(即设计的量高程)低约45cm。测量容器的高程H，水杯口的高程h0=H-Δh，Δh是容器口至水杯口的尺寸，仪器出厂时已测定，标在出厂检验证书上。在沉降测头周围建立浇筑混凝土的木模，模板至少离测头容器10cm。初始测量：对沉降测头连通水管充水排气，直至无气泡从测头水杯口冒出，溢出的水由排水管排至观测房的排水沟(或盛水桶)。隔20~30分钟后测读观测台测量管水柱高度h1。测量管测尺零点高程为试H0。(H0是经视准线校测的固定标点转换而来)。所以测量管水柱高程为H1=h1十H0。比较沉降测头水杯口高程h0与测量水管水柱高程H1的大小，当h0=H1或比h0大2mm左右时，认为准确，若h1比H1小，则应再充水排气，直至测量准确。一般来说，测量水管水位高程读数H1比沉降测头水杯口用标尺测的高程h0大2mm左右。在确认沉降仪已正常的情况下，盖好测头容器的螺盖，浇筑混凝土或水泥砂浆(注意，填筑砼或水泥砂浆时应将测头底部的管路保护好)。水管式沉降测量装置的埋设由于涉及面较大，除确保埋设质量，还必须采取措施减少埋设与坝面施工之间的相互干扰，而且还应保证仪器埋设部位的坝体填筑质量。为此，应制订合理的埋设施工方案。首先由大坝设计单位、大坝填筑单位和仪器埋设施工单位共同制订合理的埋设方案和灵活的坝面填筑施工方案；二是加强仪器埋没和坝面施工组织管理、相互配合；三是尽量缩短埋设时间，仪器埋设单位必须组织足够的人力，准备施工材料、工具等。建议对管路采用分段埋设，最好先埋设坝轴线下游部分的管路(包括上游侧的管路)和测头。此时坝轴线上游是坝面填筑通道。埋设剖面的左右侧可继续填筑。坝轴线下游侧管路和测头埋设完毕后，再埋设坝轴线上游侧的管路和测头。为保证管路和沉降测头埋设部位坝体碾压质量达到设计要求，应使埋设部位能按设计要求填筑的厚度和机具进行正常的碾压，选择易压实的碎石保护料，对沉降测头部位局部人工夯实③。沉降测头位于埋设剖面最高处，坝料新回填一层后常不能将沉降测头全部埋入。因此、在它周围2m范围内必须分多层回填，人工夯实，直至高于沉降测头顶部0.8m后用机具压实。细料供应及夯实工作与大坝填筑碾压密切相关，相互间干扰大，由筑坝单位承担对工程进展更为有利，我单位愿提供施工过程中的技术指导。在浇筑沉降测头混凝土封包，对管路、沉降测头回填过程中应随时注意观测房测量水管读数的变化，若有异常，应停止施工，找出原因处理⑤。高程1587.5m上游垫层区最大沉降为25.9cm（SG7），坝轴线区域最大沉降量为53.9cm（SG9）,下游堆石区最大沉降量为33.7cm(SG11)。目前月沉降速率为0.1～0.2cm⑥。高程1606.5m上游垫层区最大沉降为33.3cm（SG12），坝轴线区域最大沉降量为32.2cm（SG13）,目前月沉降速率为0.1～0.3cm⑦⑧。双桥水库大坝沉降规律性较好，测点沉降量随坝体填筑高度增加而增加，测点上方堆石体越高沉降量越大；坝体填筑至坝顶后沉降速率趋缓，填筑完成3个月后明显收敛，目前月沉降速率为0.1～0.2cm⑨。施工填筑过程中面板堆石坝符合沉降的规律，填筑过程中变化迅速，阶段性时间后平缓，分布均匀，没有异常和变速变形。监测成果表面：各监测仪器的变化比较平稳，无较大变化，这对初蓄期和运行期很有利⑩。仪器的原理和安装明晰，计算简单，具有读数快，方便安装自动化系统的优点。（1）沉降仪在应用过程中有外露的管路需进行保温和防潮工作，避免冬季的温度变化导致沉降仪的水管凝固。（3）在观测中出现误差等情况，在对于面板堆石坝监测中科院容忍误差，进行分析误差原因分析。1、邓成发，戴春华，周苏波等；基于修正Verhulst模型的面板堆石坝沉降预测[J];水电自动化与大坝监测; 《水电自动化与大坝监测》杂志社， 南京，第34卷（2010年03期）；2、郭沂林，刘建军，陈姜温等；肯斯瓦特面板堆石坝抗震设计研究[J];低温建筑技术; 黑龙江，2012年03期 ；3、陈亮,黄铭;土石坝施工期沉降影响因子确定及监测模型分析[J];水电自动化与大坝监测;《水电自动化与大坝监测》杂志社，南京，第28卷（2004年03期） ；4、杨庆春，李子阳;大坝蓄水期监测资料的时变分析模型[J];水电自动化与大坝监测；《水电自动化与大坝监测》杂志社， 南京，第33卷（2009年01期）；5、王刚，任德记，张超；周亮等；改进的组合预测模型在大坝安全监测中的应用[J];人民黄河; 郑州，第33卷（2011年04期）；6、金永强，顾冲时，于鹏等;变权组合预测模型在大坝安全监测中的应用[J];水电自动化与大坝监测; 《水电自动化与大坝监测》杂志社， 南京，第30卷（2006年05期）；7、张阿峰；恰甫其海大坝沉降监测资料的初步分析[J];水电自动化与大坝监测; 《水电自动化与大坝监测》杂志社， 南京，第33卷（2009年02期）；8、 李华东，张翼，周静静等；应用最佳逼近建立土石坝沉降模型[J];东北水利水电;《东北水利水电》杂志社，长春，第24卷（2006年10期）；9、郑华茂,杜明芳,高新南等;土石坝的沉降计算模型的比较及改进[J];工程建设与设计;《工程建设与设计》杂志社，北京，2005年11期；10、傅世平，刘国华，吴宏平等;白溪面板堆石坝沉降监测资料统计分析[J];水电自动化与大坝监测; 《水电自动化与大坝监测》杂志社， 南京，第31卷（2007年06期）。本期【百家论水】专栏系列就到这里了，大家有需要交流探讨的，欢迎在评论区留言或转发、分享，期待各位下期再见。
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