魏　明，　張 恩 權，　張　赟，　程　輝

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都　610066)

大中型土石壩快速填筑施工的測量控制方法

魏明，張 恩 權，張赟，程輝

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都610066)

摘要：詳細介紹了大中型土石壩快速填筑施工的測量控制方法。主要針對傳統(tǒng)的大壩測量方法在大中型土石壩快節(jié)奏連續(xù)施工中的不足，探索出采用GPS-RTK測量技術，現(xiàn)場處理測量數(shù)據(jù)及繪圖、分區(qū)分層填筑測量控制的一套測量控制方法，結合長河壩水電站心墻堆石壩的工程實例予以說明。

關鍵詞：長河壩水電站；心墻堆石壩；快速；填筑施工；測量；放樣；控制

工程測量作為各種建設項目的基礎性工作，是工程實施的指路標，更是檢測工程質量的重要工具。由于水利工程具有規(guī)模大、施工條件及技術復雜、影響面廣、安全要求高等特點，故與其他工程項目相比，測量放樣這一工序就顯得尤為重要，更加需要水利工程測量具有高度的精確性和可靠性，才能保證工程的施工質量。大壩是水利工程的重要組成部分，其質量安全要求最高，故大壩施工測量工作是水利工程中的重中之重，測量一旦出現(xiàn)超越規(guī)定范圍內的誤差，將有可能產生非常嚴重的后果。大中型土石壩的建設其工程復雜，工程量大，工期長，從而要求施工過程中必須高質量、快節(jié)奏連續(xù)施工。因此，分析探討水利工程中適應大壩快速連續(xù)施工測量控制的方法具有巨大的價值和意義。

1工程概述

圖1　大壩壩體典型剖面圖

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河梯級開發(fā)的骨干電站，為大(1)型水電工程。水電站樞紐建筑物主要由礫石土心墻堆石壩、泄洪系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)組成。礫石土心墻堆石壩壩頂高程為1 697m,最大壩高240m，壩頂長度為502.85m，壩頂寬度為16m，壩基最大寬度約1 000m，上下游壩坡坡比均為1∶2，大壩填筑量約為3 300萬m3。大壩壩體典型剖面見圖1。大壩填筑施工依照大壩設計結構進行分區(qū)、分層填筑。測量放線時的控制標準為：分區(qū)范圍線放樣誤差不得超過5cm，每層的實際鋪料厚度不得超過標準鋪料厚度，上游干砌石砌筑垂直坡面誤差不得超過20cm，下游干砌石砌筑垂直坡面誤差不得超過5cm。各個料種每層的標準鋪料厚度見表1。

2快速填筑施工條件下大壩測量的重要性及難點

快節(jié)奏連續(xù)施工要求施工現(xiàn)場必須有測量人員值班，隨時測量放線。鋪料完成后，待測量檢測合格需及時繪制出開倉圖，將開倉圖發(fā)送至GPS碾壓監(jiān)控室進行開倉碾壓，在不同施工分區(qū)之間要形成緊密的循環(huán)作業(yè)。若檢測鋪料厚度不合格，則需降面處理、及時重新檢測，直到鋪料厚度符合設計要求為止?？旃?jié)奏施工條件下，如果測量工作環(huán)節(jié)繁冗、現(xiàn)場測量及開倉資料做得不夠及時、快速，工期將會受到影響，不能滿足快節(jié)奏連續(xù)施工的要求。

表1　各料種每層標準鋪料厚度表

在心墻堆石壩分區(qū)分層碾壓質量控制中，分區(qū)范圍控制及每個填筑倉面的鋪料厚度控制都是很重要的環(huán)節(jié)，如果測量誤差較大或測量控制要求不高，將嚴重影響大壩的填筑質量。

大壩傳統(tǒng)的測量方法是用全站儀進行測量。但利用全站儀測量在快節(jié)奏連續(xù)施工條件下具有以下幾點不足：

(1)心墻堆石壩施工面大，施工區(qū)域多，各區(qū)域之間高差大，架站測量時在固定的一個位置觀測不到整個施工場面，需多次變換架站位置進行不同作業(yè)面的測量工作，耗費時間，效率低下。

(2)大壩上施工機械、車輛較多，阻擋了測量儀器架站位置與立棱鏡桿位置之間的視線，需等待通視后再測，耗費時間，效率低下。

(3)全站儀受振動碾、推土機、拉料車等機械車輛路過架站位置旁邊時振動的影響，儀器易傾斜，觀測時難以精確對準棱鏡十字絲，進而導致測量誤差較大。

(4)大壩每個區(qū)域都在填筑，無法固定短距離的后視點，夜間測量設站時，無法遠距離利用大壩周圍的永久性墩標進行免棱鏡后交設站，只能利用白天在施工面上做的臨時后視點進行后交設站，而臨時點位不易保護，易受機械車輛的振動影響而移位，進而導致設站誤差較大。

綜上所述，若主要依靠全站儀進行大壩填筑測量，效率低下，誤差較大，不能滿足快節(jié)奏、高質量的施工要求。

3長河壩水電站采取的快速填筑測量控制方法

3.1設立大壩現(xiàn)場測量移動辦公室

為滿足晝夜快節(jié)奏連續(xù)施工，長河壩施工局成立了大壩測量小組，設大壩現(xiàn)場測量移動辦公室。測量小組由6人組成，兩人一組，三班倒24h不間斷現(xiàn)場值班，每個班次設測量員一名，資料員一名。移動辦公室是放在可隨時方便移動的卡車上的鋼構集裝箱，內部配置電腦、無線網(wǎng)絡信號接收器、打印機、文件柜等辦公用品。測量員在每個區(qū)域鋪料即將完成時開始測量，測量完成后立即將測量數(shù)據(jù)用對講機報達或用無線網(wǎng)絡傳輸給值班室的資料員，資料員處理數(shù)據(jù)、繪制開倉圖完成后，將開倉圖用無線網(wǎng)絡傳輸至GPS碾壓數(shù)字監(jiān)控中心后即可開倉碾壓。這種工作模式環(huán)節(jié)簡潔，過程緊湊，節(jié)約時間，克服了傳統(tǒng)測量工作模式(測量人員接到現(xiàn)場測量任務后坐車去工地，現(xiàn)場測量，坐車回駐地，處理測量數(shù)據(jù)、繪圖)環(huán)節(jié)繁冗，出圖用時長的缺點，滿足了鋪料和開倉碾壓兩個工序之間緊密連接的要求。

3.2采用GPS-RTK測量技術

RTK(Real-timekinematic)是一種新的、常用的GPS測量方法，是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法。它采用載波相位動態(tài)實時差分方法，不需要事后進行解算就能獲得厘米級的精度，是GPS應用的重大里程碑，在工程放樣、地形測圖、各種控制測量中可極大地提高外業(yè)作業(yè)效率。

GPS-RTK測量具有以下優(yōu)點：①測站間無需通視。GPS測量不需要棱鏡，不需要測站間相互通視，一個人即可完成測量工作，可根據(jù)實際需要確定點位，使得選點工作更加靈活方便。②觀測時間短。靜態(tài)相對定位每站僅需20min左右，動態(tài)相對定位僅需幾秒鐘。③儀器操作簡便。目前GPS接收機自動化程度越來越高，操作智能化，觀測人員只需對中、整平、設置天線高并在開機后設定參數(shù)，接收機即可進行自動觀測和記錄。④全天候作業(yè)。GPS衛(wèi)星數(shù)目多且分布均勻，可保證在任何時間、任何地點連續(xù)進行觀測，一般不受天氣狀況的影響。⑤數(shù)據(jù)處理簡單，可通過測量手簿直接將測量數(shù)據(jù)導出到電腦或U盤中，也可用無線網(wǎng)絡傳輸至電腦，可自定義輸出格式(xls格式或txt格式)。

快節(jié)奏施工條件下，采用GPS-RTK技術進行測量，克服了在用全站儀測量時效率低下、誤差較大的不足，滿足了大壩填筑快節(jié)奏、高質量的要求。

3.3利用自開發(fā)軟件工具快速處理數(shù)據(jù)、繪制開倉圖

測量員現(xiàn)場放線采用GPS測量、便攜程序計算器計算各分區(qū)要素坐標的方法，保證了測量過程的時效性、靈活性、便捷性。資料員內業(yè)處理以AutoCAD繪圖工具為基礎，結合南方Cass及VisualBasic、VisualLisp等二次開發(fā)輔助繪圖工具進行程序化制圖；運用Excel宏編輯技術進行批量化處理測量數(shù)據(jù)的作業(yè)方法，提高了工作效率。

以心墻礫石土區(qū)域繪制開倉圖為例：依據(jù)大壩設計圖紙，利用VisualBasic編程，事先編寫好繪圖，制成自動繪圖軟件。繪制開倉圖時，只需在編好的程序里輸入每倉的高程、規(guī)劃的分區(qū)樁號，CAD中即可自動生成開倉圖，自動標注出各分區(qū)之間的樁號及各區(qū)的名稱，自動提取出分區(qū)坐標等，整個繪圖過程在幾分鐘之內便可完成。而傳統(tǒng)的繪制開倉圖的方法是：先在Excel中計算每個高程對應的區(qū)域分界線的要素點，再將要素點展到CAD中，然后連線、繪圖，標注樁號、名稱，最后提取要素點坐標、整理轉化數(shù)據(jù)格式等，繪制一幅開倉圖一般需要0.5h以上。而運用自主開發(fā)軟件工具程序化制圖，成倍地提高了工作效率。心墻開倉圖計算繪圖程序界面見圖2。

4大壩填筑分區(qū)及層厚的測量控制

基面處理驗收合格后，按設計要求測量確定各填筑區(qū)的交界線，灑石灰線進行標識，兩岸巖坡上用紅油漆噴寫高程和樁號。填筑過程中，每上升一層必須對分區(qū)邊線進行一次測量、放線并繪制斷面圖，施工期間將定線、放樣、驗收等測量原始記錄全部及時整理成冊，提交歸檔，竣工后按設計和規(guī)范要求繪制竣工平面圖和斷面圖。

4.1填筑分區(qū)的測量控制

長河壩大壩礫石土心墻區(qū)分為鋪料區(qū)、碾壓區(qū)、檢測區(qū)、合格區(qū)四個分區(qū)，在各分區(qū)、各工序間形成循環(huán)作業(yè)，每層分區(qū)的樁號均做變動，避免在固定的位置，以防止各區(qū)接頭處碾壓過于集中或漏壓。在每層鋪料之前，首先需要規(guī)劃好該層的分區(qū)，繪制出分區(qū)規(guī)劃圖，標明各區(qū)域樁號，送發(fā)于GPS碾壓質量監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場分控室以及現(xiàn)場施工管理人員，測量人員放出各分區(qū)分界線，噴紅油漆、撒石灰粉進行標識。施工人員根據(jù)各分倉區(qū)域嚴格進行各工序的施工作業(yè)。上、下游堆石區(qū)各分為平行于壩軸線的鋪料區(qū)、碾壓區(qū)、檢測區(qū)三個分區(qū)，以便在各工序間形成循環(huán)作業(yè)。過渡層、反濾層由于區(qū)域面積較小，故與其他料種的交界線形成各自的分區(qū)。反濾料與礫石土交界處用攤鋪器鋪料。鋪料前，測量人員放出拉攤鋪器的軌跡線(即反濾料與礫石土的分界線)，鋪料時保持攤鋪器中間的分料板始終在軌跡線上，以保障反濾料與礫石土之間的分界線準確，保證施工質量。

圖2　心墻開倉圖計算繪圖程序界面圖

4.2填筑層厚的測量控制

4.2.1心墻礫石土區(qū)填筑層厚的控制

心墻礫石土區(qū)每層填筑厚度小，質量要求高，故測量控制精度要求高。心墻礫石土區(qū)的鋪料厚度控制按鋪料前計劃、鋪料過程中控制、鋪料后檢測進行綜合控制。由于礫石土鋪料設計厚度只有30cm，且填筑質量要求特別高，故在鋪料過程中以放置厚度標尺的辦法控制厚度誤差較大，從而要求測量人員在鋪料過程中隨時檢測鋪料厚度，避免填筑超厚而導致需二次降面帶來的直接經濟費用增加及工期的延誤。由于長河壩雨季施工期較長，為便于排水，減少雨后影響施工的時間，將礫石土填筑面修成魚脊背的樣式，即以壩軸線為魚脊梁(最高位置)，上、下游各按3%左右的坡度垂直于壩軸線方向修成坡面。測量人員定點測量坡面的平整度及坡度，避免坡面凸凹不平，防止雨水積留在礫石土上，使其含水率過大。

隨著填筑高程的上升，礫石土設計的填筑區(qū)域范圍在平行于壩軸線方向逐漸變長，垂直于壩軸線方向逐漸變窄，從而需要對分區(qū)、坡面進行調整，對應對定點檢測的網(wǎng)格進行調整，平行于壩軸線方向按間隔30m測量，垂直于壩軸線方向可逐漸按間隔20m，15m，10m，5m等間距測量。礫石土填筑層厚測量控制檢測記錄見表2。

表2　礫石土填筑層厚測量控制檢測記錄表

4.2.2反濾區(qū)填筑層厚的控制

反濾區(qū)填筑每倉面積較小，方量亦較小，在計劃上便于控制。鋪料厚度的控制可按鋪料前計劃、鋪料過程中控制、鋪料后檢測進行綜合控制。

在上料填筑之前，測量人員需根據(jù)分區(qū)倉位的面積及計劃鋪料的厚度計算出本倉位填筑所需的方量，告訴現(xiàn)場施工管理人員按此方量做計劃，從儲料場采料、運輸至填筑面。運輸車輛在上壩之前經地磅房記錄其每次拉運的填筑料重量、車數(shù)，施工人員根據(jù)地磅房記錄的運往本區(qū)域填筑料的情況控制堆料密度，以在計劃上控制填筑層厚。在推土機推料攤鋪過程中，以用攤鋪器攤鋪好的層厚為參照，結合實際堆料情況推料攤鋪。每一填筑層在鋪料前以及鋪料完成后，按30m間距進行高程測量，據(jù)此檢查實際的填筑層厚。

4.2.3堆石區(qū)(過渡區(qū))填筑層厚的控制

堆石區(qū)填筑由于堆石粒徑較大，鋪料超厚后二次降面困難較大，故一般要求鋪料一次成型。堆石區(qū)的鋪料厚度控制按鋪料過程中檢測、鋪料后檢測進行。

堆料、鋪料施工過程中，在卸料處前方放置層厚標尺，以便于現(xiàn)場施工管理人員及推土機司機在鋪料過程中控制鋪料層厚。測量人員隨時檢測料頭處的鋪料高程，及時調整鋪料厚度。每一填筑層在鋪料前(即上層碾壓后)以及鋪料完成后，按30m×30m定點方格網(wǎng)進行高程測量，據(jù)此檢查實際填筑層厚。若某個分區(qū)面積較小，則需加密測量以檢查實際填筑層厚，即調整方格網(wǎng)為20m×20m或10m×10m等。

5大壩護坡砌筑的測量控制

5.1邊坡放樣

壩體坡腳線放出后，進行填料筑壩工作。為了標明上料填筑的界線，每當壩體上升一層(長河壩大壩堆石料填筑每層厚度為1m)即需要用撒白灰線或上料樁將邊坡位置明確標定出來，這項工作稱之為邊坡放樣。為了放樣方便，可按坡比、高程以及坐標(樁號)三者的關系，由高程推算與其相對應的設計樁號，編成程序，現(xiàn)場測量、計算、放樣。同時，還要使白灰線或上料樁的位置樁號值比設計值微大，從而能夠有效地確保壓實修整后的壩坡面與設計坡面相符。

5.2坡面修整

坡面修整的目的是保證大壩填筑至一定高度(一般不超過5m，以便于反鏟挖機等機械的操作)且坡面壓實后壩坡面符合設計要求。為此，在大壩坡面上每隔一定距離測設一條與壩軸線平行的直線，根據(jù)平行線的樁號及設計坡比推算與其相對應的設計高程，再測量出其實際高程，將設計高程和實際高程做差來判斷坡面上此位置填筑的超欠情況，以此決定削坡或回填的厚度。

5.3干砌石護坡砌筑

大壩上游干砌石護坡的砌筑，可以結合上述測量方法，在與壩軸線平行的直線上插入護坡樁(可為φ12左右的鋼筋)，同排護坡樁間距相等,使護坡樁在大壩坡面上構成方格網(wǎng)狀。然后，在橫斷面方向樁上的設計高程處栓一根線繩以控制坡面的橫向坡度；在平行于壩軸線方向系一活動線，當活動線沿橫斷面線上、下移動時，其軌跡就是所設計的壩坡面。因此，可將活動線作為砌筑護坡的依據(jù)。

大壩下游干砌石護坡為永久面，故測量精度要求高，要求砌石垂直坡面誤差在5cm之內。為防止護坡樁微動而造成的線繩偏移，護坡樁需采用不易變形的材料(可為小型方鋼)且底端用混凝土澆筑固定。由于坡面部分區(qū)域為曲面，故曲面區(qū)域不能用平行移動線繩的方法控制坡面砌筑，而需采用加密設立護坡樁、加密測量點的方法控制坡面干砌石的砌筑。

6結語

筆者介紹了適應大中型土石壩快速填筑的測量控制方法，形成了詳細、系統(tǒng)地水利工程中堆石壩快速施工的測量內容及程序。為了保證大壩施工測量的工作質量及工作效率，在傳統(tǒng)的大壩測量方法的基礎上大膽引用新方法、新設備、新技術以及多種輔助作業(yè)工具，合理安排，綜合控制，總結出了在大中型土石壩快速填筑施工條件下可滿足其高精度質量要求、快節(jié)奏進度要求、比較成功的一套測量方法，值得在其他類似工程施工測量中推廣應用。

魏明(1987-)，男，陜西扶風人，助理工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

張恩權(1963-)，男，四川雙流人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

張赟(1987-)，男，四川雙流人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

程輝(1987-)，男，陜西山陽人，助理工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

新疆蓋孜水電站壓力管道上斜井順利貫通

4月7日，由中水五局三分局承建的新疆克州蓋孜水電站土建工程壓力管道上斜井段順利貫通。新疆克州蓋孜水電站工程位于新疆維吾爾自治區(qū)克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣境內，是新疆克州蓋孜河中游河段梯級水電開發(fā)項目的第二梯級水電站，位于第一梯級布侖口-公格爾水電站下游，銜接公格爾水電站尾水。電站裝機容量11.6萬千瓦，中水五局三分局蓋孜項目承擔1.129公里發(fā)電引水隧洞、調壓井、1.4公里壓力管道、廠房及4號、5號發(fā)電引水隧洞土建工程。該電站壓力管道上斜井總長194.8米，洞軸線傾角為60°，且受地質條件影響及考慮安全因素，只能進行自上而下單向開挖施工，在施工中，該項目部采取反井鉆機自上而下開挖導孔，待導孔開挖完成后更換較大直徑滾刀鉆頭擴挖溜渣井。溜渣井開挖完成后，再人工手風鉆擴挖至設計斷面的方案進行施工。針對圍巖破碎段面，在反井鉆鉆進困難時，采取先灌漿固結圍巖再進行反井鉆施工的方式進行。自2014年5月18日開始進行上斜井開挖以來，該項目部克服了斜井高、出渣難、洞內寒冷等重重困難，于4月7日順利實現(xiàn)壓力管道上斜井貫通。

收稿日期:2015-05-05

文章編號:1001-2184(2015)03-0038-05

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV541;TV522

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