陳 艾，閔 忠

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

溪洛渡拱壩是一個(gè)上、下游曲率隨高程變化的雙曲拱壩，其拱圈線(xiàn)為拋物線(xiàn)，拱冠梁為擬合高次冪函數(shù)。它不同于一般的重力壩，具有壩高高(壩高285.5m)、表面呈曲面的特點(diǎn)?？刂凭W(wǎng)的布置、投影面的選擇、高程精度都將影響大壩平面結(jié)構(gòu)精度。目前針對(duì)高拱壩施工測(cè)量放樣及體形檢測(cè)精度誤差，現(xiàn)行規(guī)范對(duì)此沒(méi)有明確的規(guī)定。因此，很有必要對(duì)其影響大小、采取措施，以及放樣和檢測(cè)精度值進(jìn)行研究和分析。

總體而言，高拱壩測(cè)量精度主要受內(nèi)外兩方面誤差的影響。內(nèi)在誤差的影響有投影面的影響、拱圈線(xiàn)模板安裝、拱圈弦代弧的影響、拱冠梁中弦代弧的影響;外在誤差影響有測(cè)量?jī)x器的精度、測(cè)量控制點(diǎn)離放樣點(diǎn)的距離及高差的影響、測(cè)量過(guò)程中儀器對(duì)中和照準(zhǔn)誤差及標(biāo)定誤差等的影響、三角高程精度對(duì)平面位置的影響等。

2 投影面對(duì)放樣坐標(biāo)的影響

當(dāng)采用精密全站儀用極坐標(biāo)法進(jìn)行臨時(shí)控制點(diǎn)加密或在放樣和檢測(cè)時(shí)，由于測(cè)量的距離直接在儀器內(nèi)轉(zhuǎn)換成測(cè)站高程面的平距，必然和實(shí)際要統(tǒng)一轉(zhuǎn)化的投影面產(chǎn)生一定的差異?？紤]到拱壩最大壩高達(dá)285.5m，其測(cè)站不同高程面和到測(cè)量點(diǎn)距離的不同必將對(duì)測(cè)量點(diǎn)精度產(chǎn)生一定的影響。因此，有必要從理論上計(jì)算由于投影面差異對(duì)放樣(轉(zhuǎn)點(diǎn))坐標(biāo)的影響值。具體計(jì)算差異值見(jiàn)表1。

表1 測(cè)站不同高程面到鏡站不同距離對(duì)坐標(biāo)的影響值

從表中可看出，由投影面帶來(lái)的投影誤差與測(cè)站到投影面的高差及測(cè)站點(diǎn)到放樣點(diǎn)距離成正比。因此，縮短測(cè)站點(diǎn)到測(cè)量點(diǎn)的距離以及測(cè)站點(diǎn)到投影面的高差能有效減小投影誤差。但由于測(cè)站到投影面高差在實(shí)際中很難控制，唯一能做到的就是對(duì)于離投影面超過(guò)100m以上高差，則盡可能將控制點(diǎn)設(shè)置在離測(cè)量點(diǎn)200m以?xún)?nèi)，最大不超過(guò)300m，以盡可能降低投影誤差對(duì)體形結(jié)構(gòu)的影響。

3 拱圈線(xiàn)中3m弦替弧的影響

在實(shí)際拱壩施工過(guò)程中，采用3m×3.2m的寬大模板，而拱壩外觀體型結(jié)構(gòu)為曲面，不可避免以曲線(xiàn)的弦替代弧，將在弦中點(diǎn)產(chǎn)生一定的外矢距差。研究拱壩不同高程面外矢距大小對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣和驗(yàn)收有著重要的意義。大壩最大外矢距落在大壩曲率半徑最小的324.5m高程面。經(jīng)過(guò)計(jì)算，324.5m高程面拱圈線(xiàn)最大外矢距近似為10mm，400m高程面拱圈線(xiàn)最大外矢距近似為8mm(見(jiàn)圖1)。

圖1 大壩拱圈線(xiàn)模板安裝示意

由于該項(xiàng)誤差屬于大壩結(jié)構(gòu)性系統(tǒng)誤差，為了避免和盡可能地消除該項(xiàng)系統(tǒng)誤差被帶入測(cè)量誤差中，在大壩上、下拱圈線(xiàn)放樣時(shí)，統(tǒng)一規(guī)定放樣點(diǎn)在大模板的接縫處，驗(yàn)收檢測(cè)時(shí)位置也選在大模板接縫處，以免隨意位置放樣和檢測(cè)帶來(lái)的結(jié)構(gòu)性誤差。

4 拱冠梁中3m弦代弧的影響

在大壩拱冠梁中，由于其上下面為高次冪函數(shù)曲線(xiàn)，同樣存在3m弦替代弧的情況。經(jīng)過(guò)對(duì)拱冠梁不同高程面計(jì)算，以3m高模板弦替代弧的外矢距影響很小，最大的地方不超過(guò)3mm。因此，其結(jié)構(gòu)性誤差對(duì)測(cè)量的影響不予以考慮，實(shí)際測(cè)量放樣和檢測(cè)位置仍在每塊大模板接縫處。

5 加密控制點(diǎn)精度影響值計(jì)算

對(duì)于經(jīng)常性使用的加密控制點(diǎn)埋設(shè)采用強(qiáng)制對(duì)中盤(pán)的標(biāo)墩進(jìn)行，采用兩點(diǎn)以上前方交會(huì)(邊角全測(cè))或大地四邊形等進(jìn)行布設(shè)，并直接和高級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)，等級(jí)采用國(guó)家四等，儀器采用TC2003(測(cè)角精度:±0.5″，測(cè)邊精度:±1mm+1×10－6mm)。經(jīng)計(jì)算，其控制點(diǎn)最弱點(diǎn)點(diǎn)位精度可優(yōu)于±3mm。

在實(shí)際放樣工作中，隨著大壩的逐步上升，先升塊和后升塊必然產(chǎn)生視線(xiàn)遮擋現(xiàn)象，如僅利用壩體周邊的幾個(gè)控制點(diǎn)放樣，必將產(chǎn)生一定困難，因此儀器臨時(shí)轉(zhuǎn)移到倉(cāng)面放樣不可避免。此時(shí)，一般采取目前通用的轉(zhuǎn)點(diǎn)辦法即精密全站儀極坐標(biāo)法。具體做法是，分別重新后視不同的已知控制點(diǎn)設(shè)置方向來(lái)對(duì)未知點(diǎn)進(jìn)行多測(cè)回正倒鏡測(cè)量坐標(biāo)。

目前使用測(cè)量?jī)x器精度為測(cè)角精度:±2″;測(cè)邊精度:±2mm+2×10－6mm。實(shí)際轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)站采用標(biāo)墩(地面標(biāo))。前站采用棱鏡桿(棱鏡基座)。由于采用方法不同，測(cè)量點(diǎn)點(diǎn)位精度也將不一樣，具體精度計(jì)算見(jiàn)表2、3。

表2 極坐標(biāo)放樣精度計(jì)算(棱鏡桿+激光對(duì)中)

表3 極坐標(biāo)放樣精度計(jì)算(基座+標(biāo)墩)

從以上計(jì)算可知，如果按常規(guī)測(cè)站到測(cè)量點(diǎn)距離為500m，測(cè)量放樣和檢測(cè)點(diǎn)位精度可優(yōu)于 ±10mm;當(dāng)采用極坐標(biāo)法進(jìn)行臨時(shí)控制點(diǎn)加密時(shí)，為確保臨時(shí)加密控制點(diǎn)點(diǎn)位精度優(yōu)于±6mm，在距離少于200m時(shí)，顧及到最大投影誤差的影響，采用兩測(cè)回取均值即可滿(mǎn)足要求;在距離為200～300m時(shí)，顧及到最大投影誤差的影響，采用四測(cè)回便可滿(mǎn)足點(diǎn)位精度優(yōu)于±6mm;在距離大于300m時(shí)，此時(shí)控制點(diǎn)加密成果應(yīng)將測(cè)量距離進(jìn)行投影改正計(jì)算。

6 高程誤差值對(duì)平面位置的影響

因拱壩拱冠梁為一分段高次函數(shù)擬合曲線(xiàn)，在不同高程段其上、下游面體形切線(xiàn)坡度不同，其平面位置的計(jì)算和高程密切相關(guān)，故高程精度將直接影響平面點(diǎn)點(diǎn)位精度。實(shí)際放樣和檢測(cè)過(guò)程，一般采用全站儀三角高程替代水準(zhǔn)高程，高程精度在±5～±20mm。拱冠梁切線(xiàn)坡度越緩，高程精度對(duì)平面精度的影響越大。具體影響計(jì)算值見(jiàn)表4。

表4 高程誤差值對(duì)平面點(diǎn)位精度的影響 mm

從表4可知，如果按三角高程精度±10mm進(jìn)行計(jì)算，由于高程精度影響平面精度最大為 ±4.1mm;如果按三角高程精度±20mm進(jìn)行計(jì)算，由于高程精度影響平面精度最大為±8.2mm。

7 拱圈線(xiàn)放樣精度的計(jì)算

對(duì)于以上各項(xiàng)測(cè)量精度影響值，其中由于投影面的影響、拱圈線(xiàn)和拱冠梁弦替弧的影響均屬于內(nèi)在誤差影響，其誤差為系統(tǒng)誤差，在實(shí)際工作中只能采用縮短測(cè)站到測(cè)量點(diǎn)的距離、固定放樣和檢測(cè)點(diǎn)位置的辦法予以消弱，并不能完全消除;而加密控制點(diǎn)精度、高程誤差精度對(duì)平面精度影響值屬于偶然誤差，其不僅受儀器精度的影響，還與測(cè)站到測(cè)點(diǎn)的距離、高差、氣象條件等有一定的影響，在實(shí)際工作中難以采取一定辦法來(lái)消除。因此，針對(duì)溪洛渡拱壩放樣精度，有必要進(jìn)行系列計(jì)算。

從加密控制點(diǎn)精度影響值計(jì)算結(jié)果可知，如果按常規(guī)測(cè)站到測(cè)量點(diǎn)距離為500m，測(cè)量放樣和檢測(cè)點(diǎn)平面精度可達(dá)到±10mm，高程誤差對(duì)平面精度最大影響值±8mm;按一般情況下投影面的影響值取±5mm，拱圈線(xiàn)和拱冠梁弦替弧的影響值取 ±5mm，最終測(cè)量點(diǎn)三維空間點(diǎn)位精度能夠達(dá)到±15mm。為了做到這點(diǎn)，在實(shí)際放樣過(guò)程中，務(wù)必確保標(biāo)定點(diǎn)后測(cè)量點(diǎn)的法向偏差小于±10mm，而高程精度則按目前儀器設(shè)備精度及距離，對(duì)于土建結(jié)構(gòu)物高程精度按小于±20mm控制;而對(duì)于金屬結(jié)構(gòu)高程精度根據(jù)其絕對(duì)精度要求不太高、相對(duì)精度要求高的特點(diǎn)，按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行。

8 拱圈線(xiàn)模板檢測(cè)精度的計(jì)算

依據(jù)溪洛渡大壩招標(biāo)文件技術(shù)要求及DT 5110－2000《水電水利工程模板施工規(guī)范》中相關(guān)要求，一般大體積混凝土模板和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差見(jiàn)表5、6。

表5 一般大體積混凝土模板安裝的允許偏差 mm

除大體積混凝土以外的一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差，應(yīng)符合表6的規(guī)定。

表6 一般現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)模板安裝的允許偏差 mm

由于進(jìn)行拱圈線(xiàn)驗(yàn)收測(cè)量時(shí)，除了不可避免的測(cè)量誤差，還有模板在安裝過(guò)程中不可避免存在的安裝誤差影響。而目前現(xiàn)行規(guī)范均沒(méi)提及大壩模板驗(yàn)收測(cè)量的具體要求。如果按模板安裝允許誤差或測(cè)量放樣允許誤差作為驗(yàn)收測(cè)量允許誤差，均不妥當(dāng)。因此，針對(duì)溪洛渡工程，很有必要確定拱圈線(xiàn)驗(yàn)收測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

依據(jù)誤差傳播定理，模板驗(yàn)收時(shí)測(cè)量誤差是由測(cè)量點(diǎn)誤差和安裝誤差組成，依據(jù)上述計(jì)算成果及規(guī)范允許值，其中綜合測(cè)量誤差按±15mm、安裝誤差為±10mm，則模板驗(yàn)收允許誤差為=±18(mm)，也就是不大于±20mm，以此作為拱圈線(xiàn)模板驗(yàn)收允許值。

9 混凝土澆筑后體形檢測(cè)允許值

由于大壩倉(cāng)面混凝土為大體積混凝土，在澆筑過(guò)程中，振搗設(shè)備為大型振搗車(chē)，因此在澆筑過(guò)程中模板不可避免存在小量位移?？紤]到現(xiàn)行規(guī)范對(duì)拱壩混凝土澆筑后允許變形值沒(méi)有確切規(guī)定，為評(píng)定倉(cāng)面混凝土澆筑后的體形質(zhì)量，有必要對(duì)其允許變形值進(jìn)行規(guī)定。

如果規(guī)定在混凝土澆筑過(guò)程中，模板允許最大變形值為 ±15mm、模板驗(yàn)收時(shí)測(cè)量綜合誤差 ±20mm，則拱圈線(xiàn)及大壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)物混凝土澆筑后允許變形值為±25mm。

10 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上系列誤差分析及計(jì)算可知，最終確定拱壩平面放樣精度為±10mm，模板檢測(cè)驗(yàn)收允許誤差值為±20mm，拱壩形體誤差為±25mm，是比較科學(xué)的允許范圍值。該計(jì)算成果與二灘水電站最終大量統(tǒng)計(jì)資料基本吻合。也就是說(shuō)，如果模板最終檢測(cè)值不考慮測(cè)量誤差及模板的實(shí)際安裝誤差是不恰當(dāng)?shù)?，這勢(shì)必造成大量人工和花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行模板安裝的精調(diào)和過(guò)程的檢測(cè)。