彭虹

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003）

由于變形監(jiān)測(cè)在大壩及工程安全監(jiān)測(cè)中的重要性和復(fù)雜性，曾先后進(jìn)行了兩次討論［1，2］。鑒于近年新材料、新設(shè)備的采用和推廣，對(duì)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的改進(jìn)將起到一定的推動(dòng)作用。因此，再次對(duì)這一命題進(jìn)行一些討論。

1 傾斜引張線系統(tǒng)

重力壩的安全指標(biāo)是穩(wěn)定控制，壩體的滑動(dòng)和傾覆是其主要的控制對(duì)象。重力壩的壩段是獨(dú)立工作的，因此重力壩的穩(wěn)定安全按單個(gè)壩段來評(píng)估。在重力壩變形監(jiān)測(cè)設(shè)置中，僅在壩頂?shù)拿總€(gè)壩段設(shè)置變形測(cè)點(diǎn)是不夠的。壩頂?shù)奈灰撇⒉荒芡暾孛枋鰤误w的滑動(dòng)和傾斜，只有獲得了壩基的位移，才能較全面、客觀地評(píng)估壩體的位移狀態(tài)。

建造在河床上的大壩，由于河谷形態(tài)的限制，只有為數(shù)不多的壩段處于較為平坦的河床部位，因此，在設(shè)置壩基水平位移監(jiān)測(cè)時(shí)，僅能在少數(shù)河床壩段布置引張線測(cè)點(diǎn)，大部分斜坡壩段均無法設(shè)施水平位移監(jiān)測(cè)。這是重力壩水平位移監(jiān)測(cè)中存在的一個(gè)重大不足，特別是對(duì)于河谷狹窄的高重力壩，這個(gè)缺陷更顯得突出。

新型CCD引張線儀，引張線線體上沒有任何附加的機(jī)械電器部件，實(shí)現(xiàn)了完全非接觸式量測(cè)，這為構(gòu)建無浮托引張線系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。近年，一種新型高強(qiáng)質(zhì)輕的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（Carbon Fi?ber Reinforced Polymer，CFRP）在工程中得到了廣泛應(yīng)用。采用CFRP加工而成的碳棒的線密度很小，直徑1 mm的碳棒線密度約為1.2 g/m，抗拉強(qiáng)度可達(dá)到2500 MPa。而引張線準(zhǔn)直系統(tǒng)常用的直徑1 mm鋼絲線體的線密度為6.126 g/m，抗拉強(qiáng)度為1500 MPa。因此，采用CFRP作為線體來構(gòu)建無浮托引張線系統(tǒng)將比鋼絲引張線更具優(yōu)勢(shì)、更有前景。目前，CFRP無浮托引張線系統(tǒng)已在葛洲壩、三板溪等工程中試用。實(shí)際應(yīng)用表明，CFRP無浮托引張線系統(tǒng)不僅可應(yīng)用于常規(guī)的水平位移監(jiān)測(cè)，并可望突破《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》關(guān)于水平跨距200 m的限制，還有可能實(shí)現(xiàn)傾斜布置，使壩基水平位移監(jiān)測(cè)的范圍充分地?cái)U(kuò)展到需要監(jiān)測(cè)的斜坡壩段。

無浮托引張線的線體相當(dāng)于通常所謂的懸索，懸掛于引張線兩端點(diǎn)的懸索線形即為懸鏈線。今分析具有一定坡度的懸索的索線方程及其特征參數(shù)。

設(shè)兩支點(diǎn)為A、B的單跨懸索，如圖1所示，取下支點(diǎn)A為坐標(biāo)原點(diǎn)，經(jīng)過A的水平線為x軸，則其線形曲線——懸鏈線的微分方程是［3］：

其中H為懸鏈線的水平張力，q為懸鏈線單位長度重量。

設(shè)懸索跨距為l，傾角為β，水平張力系數(shù)為α：，（1）式的解為：

由邊界條件：x=0，y=0；x=l，y=l·tgβ可得：

這就是以下支點(diǎn)為原點(diǎn)的索道線形——懸鏈線的方程。

圖1 懸索線形示意圖Fig.1 Sketch drawing for catenary

兩支點(diǎn)間曲線長即懸鏈線索長：

懸索任意點(diǎn)撓度為：

懸索的無荷中央撓度（x=l/2處）為：

無荷中央撓度f與水平跨距l(xiāng)的比值S0稱為無荷中央撓度系數(shù)（或稱中撓系數(shù)），即：

此為衡量懸索張緊強(qiáng)度的尺度。

懸索任意點(diǎn)的張力為：

平均張力為：

《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》根據(jù)常規(guī)無浮托引張線的實(shí)際應(yīng)用情況，規(guī)定無浮托引張線系統(tǒng)的跨距不宜超過200 m。限制其跨距的主要原因是引張線線體的撓度，過大的撓度變形不利于測(cè)點(diǎn)的布置定位和監(jiān)測(cè)設(shè)備的安裝及儀器量測(cè)。采用CFRP材料的無浮托引張線線密度低，質(zhì)輕且高強(qiáng)，在恒定水平拉力的張拉下，線體的撓度變形將遠(yuǎn)小于常規(guī)的鋼絲引張線系統(tǒng)，其跨距可望超過200 m的限制。

今研究無浮托引張線系統(tǒng)的兩種工作狀態(tài)，即常規(guī)的水平布置引張線系統(tǒng)和按45°布置的引張線系統(tǒng)。水平跨距分別設(shè)定為200 m、300 m、400 m、500 m；水平拉力設(shè)定為三個(gè)等級(jí)，即60 kg、80 kg、100 kg。應(yīng)用式（6）和式（7），分別計(jì)算以鋼絲和CFRP材料線體構(gòu)成的無浮托引張線系統(tǒng)的跨中最大撓度f和中撓系數(shù)S0，列于表1。

從表1可以看出，對(duì)于水平拉力為60 kg的無浮托引張線系統(tǒng)，CFRP線體的引張線最大撓度遠(yuǎn)小于鋼絲引張線的最大撓度，僅約其1/5。因此，若規(guī)范規(guī)定200 m無浮托鋼絲引張線系統(tǒng)可滿足工程應(yīng)用需求，即認(rèn)為線體最大撓度0.5105 m和中撓系數(shù)0.00255可以接受，則可推知，采用CFRP的無浮托引張線系統(tǒng)在60 kg水平拉力下，延長至400～500 m也是可以接受的。同樣，從控制中撓系數(shù)和最大撓度雙重考慮，采用坡度為45°傾斜布置的CFRP無浮托引張線系統(tǒng)，其跨距達(dá)到300 m也是完全滿足要求的。當(dāng)然，采用80 kg甚至更高的水平拉力可以獲得更小的最大撓度和中撓系數(shù)，但線體的張力將增大，其應(yīng)力強(qiáng)度儲(chǔ)備將減小。

表1 無浮托引張線跨中最大撓度計(jì)算表Table 1:Calculation on maximal mid-span deflection of non-buoy wire alignment

利用懸索張力的計(jì)算公式（8）和（9），以直徑為1 mm、跨距為200 m的傾斜引張線為例，計(jì)算其不同水平拉力和傾角時(shí)線體的內(nèi)力狀況，列于表2。表中根據(jù)鋼絲和CFRP的抗拉強(qiáng)度計(jì)算了其應(yīng)力強(qiáng)度儲(chǔ)備。由表2可知，由于引張線線體的直徑很小，不同材料的線體密度對(duì)線體的張力影響很小。當(dāng)無浮托引張線系統(tǒng)采用水平布置時(shí)，線體內(nèi)各點(diǎn)的張力與水平拉力基本相同；當(dāng)無浮托引張線系統(tǒng)采用45°傾斜布置時(shí)，線體內(nèi)各點(diǎn)的張力變化也不大，但其張力的量值較水平布置時(shí)增大1.9倍。線體的應(yīng)力強(qiáng)度儲(chǔ)備取決于線體材料本身的抗拉強(qiáng)度，以60 kg水平拉力為例，當(dāng)引張線系統(tǒng)為水平布置時(shí)，鋼絲引張線的應(yīng)力為其極限強(qiáng)度的一半，而CFRP線體才不足其極限強(qiáng)度的1/3；但當(dāng)按傾斜45°布置時(shí)，鋼絲引張線的應(yīng)力已接近極限強(qiáng)度，而CFRP引張線才剛過極限強(qiáng)度的一半。因此，鋼絲引張線不僅其撓度變形太大，其強(qiáng)度也不能滿足要求，故鋼絲不能用于跨距200 m的45°傾斜引張線系統(tǒng)。從表中也可看到，傾斜45°的CFRP無浮托引張線系統(tǒng)也不宜采用80 kg或以上的水平拉力。

進(jìn)一步考察傾斜45°布置時(shí)，CFRP無浮托引張線系統(tǒng)在不同跨距時(shí)線體的強(qiáng)度儲(chǔ)備狀況。今設(shè)定水平拉力為60 kg，計(jì)算跨距為200 m、300 m、400 m、500 m時(shí)線體的強(qiáng)度儲(chǔ)備，列于表3。由表中可知，由于引張線線體很細(xì)，線體長度對(duì)線體內(nèi)的應(yīng)力影響很小，在不同跨距下引張線線體的強(qiáng)度儲(chǔ)備基本相同。

表2 不同傾斜設(shè)置時(shí)兩種線體的強(qiáng)度儲(chǔ)備Table 2:Strength reservations of steel wire and CFRP with different inclination

表3 傾斜45°引張線系統(tǒng)不同跨距的強(qiáng)度儲(chǔ)備Table 3:Strength reservation of wire alignment with different spans and 45°inclination

由上述計(jì)算和分析可知，在水平拉力為60 kg時(shí)，水平布置的CFRP無浮托引張線系統(tǒng)跨距可延伸至400～500 m，其最大撓度為0.4000～0.6250 m，中撓系數(shù)為0.00100～0.00125，應(yīng)力水平僅達(dá)極限強(qiáng)度的30.56%。由于CFRP高強(qiáng)質(zhì)輕的材料特性，可以實(shí)施傾斜布置。傾斜45°布置的CFRP無浮托引張線系統(tǒng)，跨距可達(dá)300 m，其最大撓度僅為0.4283 m，中撓系數(shù)0.00143，應(yīng)力水平達(dá)極限強(qiáng)度的58.17%，仍處于較為理想的工作范圍。

2 土石壩壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)

土石壩水平位移監(jiān)測(cè)分表面水平監(jiān)測(cè)和內(nèi)部水平位移監(jiān)測(cè)，表面水平位移監(jiān)測(cè)多為在大壩建成之后設(shè)置監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如通常采用的水準(zhǔn)、視準(zhǔn)測(cè)量和三角網(wǎng)測(cè)量。壩體內(nèi)部位移監(jiān)測(cè)可以在大壩施工期即開始水平位移監(jiān)測(cè)，有縱向（左右岸方向）位移監(jiān)測(cè)和橫向（上下游方向）位移監(jiān)測(cè)。縱向位移監(jiān)測(cè)很少見到沿全壩布置的實(shí)例，多見于監(jiān)測(cè)大壩與邊坡結(jié)合部的連接狀態(tài)，采用應(yīng)變計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。壩內(nèi)橫向位移監(jiān)測(cè)可以監(jiān)測(cè)橫斷面各點(diǎn)的水平位移，通常采用引張線式水平位移計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。引張線式水平位移計(jì)設(shè)在壩外觀測(cè)站的測(cè)量裝置曾經(jīng)是人工測(cè)讀裝置，現(xiàn)在已可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

在上世紀(jì)末土石壩安全監(jiān)測(cè)尚未實(shí)施自動(dòng)化的年代，人工觀測(cè)的引張線式水平位移計(jì)在土石壩工程中得到了較多的應(yīng)用。一方面是工程建設(shè)的需要，引張線式水平位移計(jì)基本上是唯一一種能實(shí)施壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)的設(shè)備；另一方面，當(dāng)時(shí)建設(shè)的土石壩工程規(guī)模相對(duì)不很大，引張線式水平位移計(jì)的測(cè)量精度基本上能滿足工程監(jiān)測(cè)的要求。

面對(duì)高土石壩的建設(shè)，特別是高混凝土面板堆石壩，傳統(tǒng)的壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)方法將遇到新的問題。首先，長達(dá)數(shù)百米的水平引張線，由于填筑堆石體、尤其是分段填筑堆石體的不均勻沉降，線體伸縮變形及摩擦力的增大，測(cè)量精度將顯著下降；其次，高面板壩通常采用分段填筑，引張線式水平位移計(jì)測(cè)量系統(tǒng)將難以形成。構(gòu)建臨時(shí)測(cè)量系統(tǒng)不僅困難，且測(cè)量精度也不易保證，以后接續(xù)到永久測(cè)量系統(tǒng)時(shí)也存在諸多問題。因此，面對(duì)高混凝土面板堆石壩，引張線式水平位移計(jì)這種壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)際上存在一些不易克服的瓶頸。

2.1 串聯(lián)桿式位移計(jì)

為適應(yīng)高混凝土面板壩壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)，克服引張線式水平位移計(jì)在高面板壩中存在的實(shí)際問題，可以考慮采用串聯(lián)桿式位移計(jì)。串聯(lián)桿式位移計(jì)測(cè)量系統(tǒng)安裝埋設(shè)方便、施工干擾小、測(cè)量系統(tǒng)組建靈活并很容易在施工期和運(yùn)行期實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

由于串聯(lián)桿式位移計(jì)測(cè)點(diǎn)間采用萬向接頭，它能較好地適應(yīng)堆石體的不均勻沉降變形。連續(xù)布置的串聯(lián)桿式位移計(jì)不僅可以測(cè)量各段的水平位移變化，也能感應(yīng)到不均勻沉降給水平位移帶來的影響。這是引張線式水平位移計(jì)無法做到的。

串聯(lián)桿式位移計(jì)可測(cè)量各測(cè)點(diǎn)錨板與串聯(lián)桿間的相對(duì)位移ΔS，今以NDCW型電位器式串聯(lián)桿位移計(jì)為例。其一般計(jì)算公式為：

式中，ΔS：實(shí)測(cè)的位移計(jì)相對(duì)于錨板（或基準(zhǔn)點(diǎn)）的變化量，單位為mm；

Si：實(shí)測(cè)的第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的位移計(jì)測(cè)值，單位為mm；

kf：位移計(jì)的靈敏度系數(shù)，單位為mm/電阻比；由廠家所附卡片給出；

Ri：實(shí)測(cè)的電阻比輸出值；

R0：位移計(jì)的電阻比基準(zhǔn)值；

n：測(cè)點(diǎn)總數(shù)。

2.2 精度分析

串聯(lián)桿式位移計(jì)由一組按一定間距布置的帶錨板的位移計(jì)及其連接桿組成，由串聯(lián)桿式位移計(jì)的測(cè)量方式可看出，位移計(jì)實(shí)測(cè)值經(jīng)換算疊加后形成的沿上下游方向的水平位移值是間接測(cè)量值，也即沿串聯(lián)桿式位移計(jì)的壩體水平位移分布曲線將由不等精度的間接測(cè)量值構(gòu)成，該間接測(cè)量值的精度表述如下。

設(shè)壩體第k個(gè)測(cè)點(diǎn)的水平位移值為y（x），它是由該點(diǎn)一側(cè)各段測(cè)量的位移增量xi線性疊加而成，即：

則若設(shè)各直接測(cè)量值xi為等精度觀測(cè)，其標(biāo)準(zhǔn)差為S，則第k點(diǎn)處間接測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差為［2］：

設(shè)選擇量程為200 mm的位移計(jì)，其標(biāo)稱精度為0.1 mm，位移計(jì)的間距（即測(cè)量標(biāo)距）設(shè)為20 m，對(duì)于布置在不同橫斷面寬度的串聯(lián)桿式位移計(jì)，其遠(yuǎn)端最大理論精度見表4。

表4 串聯(lián)桿式位移計(jì)遠(yuǎn)端最大理論精度Table 4:Maximal theoretical precision at the far end of serial rod displacement meter

由表4可知，串聯(lián)桿式位移計(jì)各測(cè)點(diǎn)的累計(jì)測(cè)值是不等精度的，其標(biāo)準(zhǔn)差沿著高度呈指數(shù)增大。若串聯(lián)桿式位移計(jì)的標(biāo)稱精度為0.1 mm，則橫斷面寬度為400 m長的遠(yuǎn)端測(cè)點(diǎn)的最大理論精度將為0.45 mm。加上填筑體不均勻沉降對(duì)連接桿的影響、連接桿本身的溫度變形等，實(shí)際的測(cè)量精度將大于0.45 mm。

串聯(lián)桿式位移計(jì)應(yīng)用于監(jiān)測(cè)橫斷面順河向數(shù)百米的水平位移時(shí)，串聯(lián)桿的溫度誤差不可忽視。其溫度誤差來源于壩體的溫度變化和串聯(lián)桿的溫度線膨脹系數(shù)，通常的串聯(lián)桿式位移計(jì)采用普通鋼管，其溫度線膨脹系數(shù)為12.0×10-6℃-1。若壩體存在5℃的溫度變幅，對(duì)于400 m長的串聯(lián)桿就將產(chǎn)生24.0 mm的溫度變形。銦鋼的溫度線膨脹系數(shù)為1.0×10-6℃-1，同樣長度的銦鋼串聯(lián)桿也將產(chǎn)生2.0 mm的溫度變形。銦鋼串聯(lián)桿的成本太高，實(shí)際上不可取?？煽紤]采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）作為連接桿，其溫度線膨脹系數(shù)極低，約為0.2×10-6℃-1，在相同溫度變幅環(huán)境下，其附加溫度變形僅為0.4 mm，且其重量僅為鋼的1/5，價(jià)格也低于銦鋼棒［4］。

事實(shí)上，如果考慮填筑體的不均勻沉降導(dǎo)致水平直線變成曲線，以及壩體存在的溫度變幅等因素影響，長度大于400 m的壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無論是串聯(lián)桿式位移計(jì)還是采用銦鋼絲的引張線式水平位移計(jì)，其綜合誤差均將超過2 mm。從《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》對(duì)壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)以平行測(cè)定兩次讀數(shù)差不大于2 mm的相對(duì)規(guī)定可看出，壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)的實(shí)際綜合精度將大于2 mm。

2.3 工作基點(diǎn)監(jiān)測(cè)

壩體橫斷面內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)，無論傳統(tǒng)的水平引張線系統(tǒng)還是串聯(lián)桿式位移計(jì)系統(tǒng)，都需要為測(cè)量系統(tǒng)尋找一個(gè)相對(duì)的基準(zhǔn)。通常的做法是在壩體下游面監(jiān)測(cè)站內(nèi)設(shè)置一個(gè)工作基點(diǎn)，連接于光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)（如三角網(wǎng)、視準(zhǔn)線等），以獲得相對(duì)的基準(zhǔn)值。顯然，在施工期及蓄水初期，由于土石壩壩體尚存在較大的沉降變形，利用三角網(wǎng)為工作基點(diǎn)提供基準(zhǔn)可能是唯一可行的方法。但當(dāng)壩體沉降已趨于穩(wěn)定時(shí)，為了能建立一套較完整的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，工作基點(diǎn)亦應(yīng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

布置在大壩下游側(cè)的壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)，通?？梢院痛髩蜗掠蝹?cè)的水平和垂直位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成一體，例如，壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)即可以是大壩下游某條視準(zhǔn)線中的一個(gè)測(cè)點(diǎn)。對(duì)于大型土石壩工程，有時(shí)視準(zhǔn)線的長度達(dá)600～800 m，引張線準(zhǔn)直系統(tǒng)已不宜采用，此時(shí)可考慮大氣激光準(zhǔn)直系統(tǒng)。

大氣激光準(zhǔn)直系統(tǒng)由激光發(fā)射和接受裝置及波帶板等組成，雖然激光束直接穿越大氣會(huì)受到溫度和氣流的影響，測(cè)量精度不如真空激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，但它具有能跨越障礙、不影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和交通，且設(shè)備安裝簡(jiǎn)單、管理維護(hù)方便、價(jià)格相對(duì)低廉等特點(diǎn)。自上世紀(jì)70年代起，我國就開展了大氣激光準(zhǔn)直在大壩變形監(jiān)測(cè)中的研究和應(yīng)用，如在湖北徐家河水庫、湖南酒埠江水電站進(jìn)行了大氣激光的試驗(yàn)［5］。在劉家峽大壩安裝了3套大氣激光準(zhǔn)直系統(tǒng)，兩套布置在廊道，長度分別為156 m和172 m，人工測(cè)量精度為0.23 mm和0.085 mm。壩頂一套全長為850 m，采用自動(dòng)跟蹤的自動(dòng)化采集。由于壩頂面大氣湍流干擾，光斑抖動(dòng)幅度大、速度快，而自動(dòng)跟蹤設(shè)備采集慢，采集精度和可靠性有所降低［6］。現(xiàn)代激光準(zhǔn)直系統(tǒng)采用高精度CCD和精密加工的波帶板，克服了采集上的瓶頸，測(cè)量精度和穩(wěn)定性已有很大提高，如再根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)選擇適宜的監(jiān)測(cè)時(shí)段，大氣激光準(zhǔn)直應(yīng)能滿足土石壩長距離水平位移監(jiān)測(cè)的精度要求。因此，大氣激光準(zhǔn)直系統(tǒng)不失為土石壩壩內(nèi)水平位移監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)的首選自動(dòng)化配套方案。如果在大氣激光準(zhǔn)直系統(tǒng)的端點(diǎn)設(shè)置倒垂監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，則可以組建一個(gè)完整的土石壩壩內(nèi)水平位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3 面板壩垂直位移監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的土石壩垂直位移監(jiān)測(cè)主要采用分層沉降管和水管式沉降儀進(jìn)行測(cè)量。分層沉降管一般采用磁環(huán)式沉降儀，通常為人工觀測(cè)，它適用于中小型土石壩工程。在高土石壩中，人工觀測(cè)的分層沉降管不僅費(fèi)力費(fèi)時(shí)，還可能因填筑體的巨大壓力使導(dǎo)管產(chǎn)生大的變形，甚至屈曲，導(dǎo)致測(cè)頭無法到達(dá)測(cè)點(diǎn)位置。此外，分層沉降管對(duì)大規(guī)模機(jī)械化施工有一定的干擾。因此，現(xiàn)代高土石壩已很少采用人工觀測(cè)的分層沉降管作為沉降監(jiān)測(cè)的主要設(shè)備。

水管式沉降儀是沿著壩體斷面橫向布置的沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備，一般布置在1/3～2/3壩高處。由于儀器安裝施工對(duì)該高程壩體填筑影響較大，故其測(cè)點(diǎn)沿高程布置較稀，間隔一般為20～40 m，是目前最為常用的一種布置。對(duì)于心墻土石壩或壩高小于100 m的混凝土面板壩，這是一種較為簡(jiǎn)單適用的布置。但對(duì)于高混凝土面板堆石壩，水管式沉降儀的管路可能達(dá)數(shù)百米長。因此，高面板堆石壩水管式沉降儀的施工安裝將受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的制約。由于高面板壩填筑的斷面很大，為了搶工程進(jìn)度，有時(shí)采用分塊填筑，水管式沉降儀將被斷開；有的水管式沉降儀雖已安裝好，但下游測(cè)站遲遲無法形成，使水管式沉降儀測(cè)量系統(tǒng)不能及時(shí)開展正常的監(jiān)測(cè)工作。

面板堆石壩，特別是高面板堆石壩，對(duì)于承載它的堆石體的變形性態(tài)極其敏感、且要求很高。施工期為了選擇最佳的拉面板時(shí)機(jī)，需要充分掌握堆石體的沉降變形特性。蓄水運(yùn)行期的實(shí)測(cè)資料分析表明，水庫蓄水后，混凝土面板下的堆石體將產(chǎn)生明顯變形，而壩軸線下游部分則變形很小，因此上游部分堆石體應(yīng)是特別值得關(guān)注的部位。

由上述分析可知，按一般性沉降監(jiān)測(cè)布置方式，僅依靠水管式沉降儀，不僅在關(guān)鍵部位測(cè)點(diǎn)稀少，而且施工期很難保證及時(shí)獲得準(zhǔn)確可靠的資料。為充分滿足高面板堆石壩對(duì)于施工期和運(yùn)行期的特殊需求，宜在布置水管式沉降儀的同時(shí)，在堆石體上游部分布置分層沉降監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以補(bǔ)充和加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域堆石體的沉降監(jiān)測(cè)，為保障混凝土面板的施工質(zhì)量和安全運(yùn)行提供充分的支持。如圖2所示。

圖2 沉降監(jiān)測(cè)布置示意圖Fig.2 Layout of settlement monitoring points

NHCJ型電位器式橫梁式沉降儀是一種很好的土石壩分層沉降監(jiān)測(cè)設(shè)備，它布置靈活、安裝方便，既可適用于任何規(guī)模的土石壩工程，又能方便地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；同時(shí)，這種監(jiān)測(cè)設(shè)備不僅適用于施工期，也是運(yùn)行期的長期監(jiān)測(cè)設(shè)備。由于橫梁式沉降儀采用以基巖為不動(dòng)點(diǎn)的絕對(duì)測(cè)量方式，因此它可以及時(shí)、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)到堆石體填筑全過程的沉降變形?？梢哉J(rèn)為，橫梁式沉降儀和水管式沉降儀的組合是確?；炷撩姘鍓问┕べ|(zhì)量和運(yùn)行安全的理想監(jiān)測(cè)布置方案。

[1]彭虹.變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化中的幾個(gè)問題[J].大壩與安全,2007，1.

[2]彭虹.再談變形監(jiān)測(cè)自動(dòng)化中的幾個(gè)問題[J].大壩與安全，2008，5.

[3]羅桂生.索道的懸鏈線算法研究[J].福建林學(xué)院學(xué)報(bào),1998，18(3).

[4]張鵬，唐小林，蒙文流，等.碳纖維增強(qiáng)塑料筋(CFRP)的應(yīng)用及研究[J].廣西工學(xué)院學(xué)報(bào),2004，3.

[5]崔國范，龔維絢，周仲孟.兩種激光準(zhǔn)直系統(tǒng)在大壩變形觀測(cè)中的應(yīng)用[J].大壩工程與土工測(cè)試，1985，1.

[6]高瀾，李志敏，高承眾.大氣激光準(zhǔn)直在劉家峽大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].大壩與安全，2003，2.