陳 軍

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

邊坡監(jiān)測(cè)主要指邊坡因地下水、地震、人工切坡等因素導(dǎo)致的土體或巖體沿軟弱面產(chǎn)生部分或整體向下滑動(dòng)的監(jiān)測(cè)工作，它為邊坡穩(wěn)定預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)并依此制定相應(yīng)科學(xué)經(jīng)濟(jì)的防災(zāi)對(duì)策。本文針對(duì)馬來西亞沐若水電站工程廠房區(qū)邊坡監(jiān)測(cè)進(jìn)行項(xiàng)目?jī)?yōu)化、精度指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)性探討。

1 概 況

1.1 工程概況

沐若水電站地處馬來西亞婆羅洲島的沙撈越州拉讓（Rajang）河流域源頭的沐若河上，壩址控制流域面積約2 750 km2。工程主要任務(wù)是發(fā)電，水庫(kù)正常蓄水位EL540.0 m，年徑流量120 億m3，總庫(kù)容120.43 億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容54.75 億m3。引水發(fā)電廠房裝機(jī)4 臺(tái)，單機(jī)容量為236 MW，總裝機(jī)容量944 MW。工程分成大壩區(qū)和廠房區(qū)。大壩區(qū)由碾壓混凝土重力壩、導(dǎo)流洞、生態(tài)流量引水發(fā)電系統(tǒng)等組成；廠房區(qū)由引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房等組成。發(fā)電廠房距大壩下游約9 km，主廠房距進(jìn)水口約2 km。

1.2 水文地質(zhì)概況

沐若水電站所處拉讓河流域?qū)贌釒Ъ撅L(fēng)氣候。相對(duì)濕度全年不低于85%，全年最高平均氣溫30.7℃，最低平均氣溫23.2℃。流域發(fā)生降雨的頻率大于100 d/a，其中大于10 mm/h 的平均降雨天數(shù)為60 d。年平均降雨量約為4 456 mm。

沐若水電站廠房區(qū)邊坡巖體為第三紀(jì)始新世砂巖與泥巖或頁(yè)巖，呈軟硬相間互層，巖體風(fēng)化不均，強(qiáng)風(fēng)化深度一般在（5～15）m，邊坡一帶裂隙、剪切帶較發(fā)育。存在巖體易沿層面拉開而發(fā)生傾倒或變形，因此存在邊坡不穩(wěn)定因素。

2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置原則

本文僅針對(duì)沐若水電站主廠房區(qū)后邊坡的監(jiān)測(cè)進(jìn)行探討，因此，遵循以下布置原則：

（1）監(jiān)測(cè)儀器及測(cè)點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)穩(wěn)固、可靠、有效、耐久。

（2）選定儀器類型盡量單一，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝操作簡(jiǎn)便，合理優(yōu)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)盡可能減少成本投入。

（3）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目確定后應(yīng)及時(shí)埋設(shè)、觀測(cè)、整理資料并反饋信息。

（4）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的布置應(yīng)突出重點(diǎn)。以整體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)為主，兼顧監(jiān)控應(yīng)力相對(duì)集中的可能產(chǎn)生滑移的結(jié)構(gòu)面；以位移變形監(jiān)測(cè)為主，選擇地質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，對(duì)邊坡穩(wěn)定性起控制作用的結(jié)構(gòu)部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容選擇

廠房區(qū)邊坡位于廠房機(jī)組正后方，根據(jù)已有地質(zhì)資料,其巖體整體風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)風(fēng)化深度一般在（5～15）m。根據(jù)《滑坡體防治工程設(shè)計(jì)及施工技術(shù)規(guī)程》，其地質(zhì)及支護(hù)結(jié)構(gòu)屬于二類邊坡防治工程。施工期監(jiān)測(cè)以變形監(jiān)測(cè)為主要目的，采取的監(jiān)測(cè)手段有：表層變形監(jiān)測(cè)、深層變形監(jiān)測(cè)及滲流滲壓監(jiān)測(cè)。

（1）表層變形監(jiān)測(cè)：對(duì)邊坡局部應(yīng)力較為集中、開挖坡度較大、影響主廠房結(jié)構(gòu)的局部位置布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。運(yùn)營(yíng)期將于各級(jí)馬道布設(shè)測(cè)墩作為永久水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

（2）深部變形監(jiān)測(cè)：表層變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析顯示廠房后邊坡EL250.0 以上邊坡有局部滑動(dòng)趨勢(shì)。經(jīng)支護(hù)加固后，埋設(shè)6 套深層多點(diǎn)位移計(jì)對(duì)EL250.0以上邊坡深層進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（3）滲流滲壓監(jiān)測(cè)：考慮到沐若水電站所處流域年降雨量較大，地下水活動(dòng)較為頻繁。因此，邊坡支護(hù)完成后埋設(shè)3 套測(cè)壓管對(duì)邊坡進(jìn)行地下水位監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置見圖1。

圖1 廠房后邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 監(jiān)測(cè)方法及精度

沐若水電站廠房后邊坡監(jiān)測(cè)主要以變形監(jiān)測(cè)為主，因此這里僅討論表層變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選用方法及點(diǎn)位精度。

表層變形監(jiān)測(cè)在施工期主要以布置簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)點(diǎn)的形式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。邊坡支護(hù)后，在各級(jí)馬道加設(shè)安裝強(qiáng)制對(duì)中盤的永久測(cè)量墩。利用廠房區(qū)首級(jí)控制網(wǎng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，采用極坐標(biāo)法采集基準(zhǔn)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平角、垂直角和平距，并進(jìn)行氣象修正，用精密三角高程進(jìn)行垂直位移觀測(cè)，從而推算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)三維坐標(biāo)。廠房區(qū)已有二等施工控制網(wǎng)點(diǎn)位精度見表1。

表1 廠房基準(zhǔn)網(wǎng)點(diǎn)位精度表如下

極坐標(biāo)法觀測(cè)一般需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的工作基點(diǎn)，觀測(cè)時(shí)在工作基點(diǎn)A 架設(shè)全站儀、在后視點(diǎn)B（工作基點(diǎn)）和監(jiān)測(cè)點(diǎn)P 架設(shè)棱鏡，利用全站儀的測(cè)角功能測(cè)定夾角β，用全站儀的測(cè)邊功能測(cè)定邊長(zhǎng)SAP。再按式（1）可計(jì)算出監(jiān)測(cè)點(diǎn)P 的坐標(biāo)（xP、yP）。其觀測(cè)原理參見圖2。

圖2 極坐標(biāo)觀測(cè)法示意圖

下面分析極坐標(biāo)法監(jiān)測(cè)點(diǎn)位精度。

根據(jù)測(cè)量“誤差橢圓”模型和解析幾何定理“橢圓的任一共軛半徑平方之和是常數(shù)”，點(diǎn)位精度一般為：

式中 Mx——誤差橢圓坐標(biāo)X 軸的投影；

My——誤差橢圓坐標(biāo)Y 軸的投影；

a、b——誤差橢圓的長(zhǎng)半軸和短半軸。對(duì)于極坐標(biāo)法，則點(diǎn)位P 的精度可寫為：

式中 Mβ——水平角觀測(cè)中誤差；

Ms——測(cè)距中誤差；

ρ=206 265″

沐若水電站廠房邊坡監(jiān)測(cè)儀器選用LeicaTCA2003（測(cè)距精度1+1 ppm,測(cè)角精度0.5″），角度及邊長(zhǎng)觀測(cè)4 測(cè)回，平均測(cè)距邊長(zhǎng)約300 m。代入式（3）可得。

根據(jù) 《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》（DL/T 5173-2003）中表14.1.3，水平位移及垂直位移點(diǎn)位誤差精度指標(biāo)均為±（3.0～5.0）mm；根據(jù)表14.3.8“精密全站儀坐標(biāo)法觀測(cè)的技術(shù)要求”，精度指標(biāo)為3 mm 時(shí)觀測(cè)邊長(zhǎng)最大可達(dá)到700 m。因此，利用廠房區(qū)首級(jí)二等施工控制網(wǎng)點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行極坐標(biāo)法觀測(cè)完全可以滿足規(guī)范技術(shù)要求。

5 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?yōu)化探討

不同類型邊坡，根據(jù)地質(zhì)、地形、滑動(dòng)誘發(fā)因素等，應(yīng)采用多種監(jiān)測(cè)方法相結(jié)合，監(jiān)測(cè)內(nèi)容不盡相同，監(jiān)測(cè)重點(diǎn)亦不同。沐若水電站廠房后邊坡施工期監(jiān)測(cè)在考慮技術(shù)可操作性及經(jīng)濟(jì)性的情況下，對(duì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選定進(jìn)行了優(yōu)化精簡(jiǎn)。

（1）廠房后邊坡各級(jí)馬道高差為10 m，EL238.8以下由副廠房混凝土回填，EL238.8 以上為永久臨空面，采用土工柵格支護(hù)。

從邊坡所處位置考慮：邊坡屬于較為重要的區(qū)域，須進(jìn)行施工期臨時(shí)監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)期的永久監(jiān)測(cè)；從經(jīng)濟(jì)角度考慮：施工期表層位移監(jiān)測(cè)采用埋設(shè)簡(jiǎn)易監(jiān)測(cè)點(diǎn)的方式，根據(jù)開挖進(jìn)度，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力較為集中的區(qū)域進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布設(shè)。運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)則摒棄費(fèi)用較高的正、倒垂監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，在EL238.8 m 以上邊坡的各級(jí)馬道上建立安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩進(jìn)行永久監(jiān)測(cè)。

（2）施工期表層水平位移變形監(jiān)測(cè)采用進(jìn)行極坐標(biāo)法觀測(cè)，一次在若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上架設(shè)棱鏡同時(shí)進(jìn)行水平角和邊長(zhǎng)觀測(cè)；垂直位移變形用三角高程代替精密水準(zhǔn)。保證滿足監(jiān)測(cè)精度的情況下，提高了現(xiàn)場(chǎng)可操作性，大大減少了人力物力的投入。

（3）為監(jiān)測(cè)邊坡加固支護(hù)后的穩(wěn)定性，對(duì)EL238.8 m 以上臨空邊坡選用一種深層位移變形監(jiān)測(cè)方法，即采用埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)法，實(shí)現(xiàn)表層和深層位移監(jiān)測(cè)的結(jié)合。擯棄鉆孔測(cè)斜儀法，在滿足監(jiān)測(cè)目的的要求下，減少成本投入。

（4）廠房后邊坡巖層風(fēng)化嚴(yán)重且深度達(dá)15 m，邊坡整體性較差。人工切坡過程中局部開挖基本不會(huì)引起整體邊坡變化，因此不進(jìn)行邊坡爆破影響監(jiān)測(cè)和應(yīng)力變化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

（5）表面傾斜監(jiān)測(cè)的目的是為了監(jiān)測(cè)邊坡在變形過程中的整體性傾斜變化情況，其缺點(diǎn)是監(jiān)測(cè)范圍小且受局部地質(zhì)條件影響大，因此廠房后邊坡不適宜進(jìn)行表面傾斜監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

（6）邊坡施工開挖期較不穩(wěn)定，出現(xiàn)局部滑移現(xiàn)象。經(jīng)土工柵格方式支護(hù)后，邊坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無突變跡象。因此不進(jìn)行地表裂縫監(jiān)測(cè)和加固效果監(jiān)測(cè)。采用人工巡視的方式進(jìn)行宏觀監(jiān)測(cè)。

具體優(yōu)化項(xiàng)目比較見表2。

表2 邊坡監(jiān)測(cè)常規(guī)項(xiàng)目與沐若水電站邊坡監(jiān)測(cè)項(xiàng)目比較表

6 監(jiān)測(cè)精度指標(biāo)的探討

沐若水電站廠房后邊坡監(jiān)測(cè)采用極坐標(biāo)法進(jìn)行水平位移觀測(cè)和三角高程觀測(cè)，其成果完全可滿足相關(guān)規(guī)范技術(shù)要求。同時(shí)，經(jīng)參考邊坡及滑坡體各相關(guān)規(guī)范，我們發(fā)現(xiàn)：《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5178-2003）及 《水利水電工程施工測(cè)量規(guī)范》（2003）中表14.1.3 均針對(duì)邊坡（滑坡體）水平及垂直位移變形監(jiān)測(cè)作了具體要求，但標(biāo)準(zhǔn)不盡相同；《坍塌、滑坡、泥石流監(jiān)測(cè)規(guī)范》（DZ/T 0221-2006）給出了觀測(cè)方法卻并未作出精度指標(biāo)要求。各相關(guān)規(guī)范在邊坡（滑坡體）變形精度標(biāo)準(zhǔn)及變形速率等方面均存在差異，并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。具體統(tǒng)計(jì)情況見表3。

表3 相關(guān)規(guī)范對(duì)于邊坡變形精度的比較統(tǒng)計(jì)

針對(duì)沐若水電站廠房后邊坡的位移變形監(jiān)測(cè)，僅采用最為簡(jiǎn)便易操作的極坐標(biāo)觀測(cè)法即可滿足監(jiān)測(cè)目的，達(dá)到上述規(guī)范中最高要求標(biāo)準(zhǔn)，詳見式（3）。

7 邊坡監(jiān)測(cè)建議

（1）在滿足工程要求的前提下，盡量?jī)?yōu)化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容，提高現(xiàn)場(chǎng)可操作性，減少成本投入。

（2）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目視工程實(shí)施具體情況進(jìn)行選擇，施工期監(jiān)測(cè)和永久（運(yùn)營(yíng)期）監(jiān)測(cè)相結(jié)合布置。施工期監(jiān)測(cè)在允許的情況下可適當(dāng)放寬監(jiān)測(cè)條件和精度，減少人力物力的投入。

（3）根據(jù)邊坡所處位置和危害程度，可采取不同精度的監(jiān)測(cè)方法，滿足工程建設(shè)的需要即可。

（4）對(duì)于表層變形位移監(jiān)測(cè)，根據(jù)控制測(cè)量中“逐級(jí)控制”的原則，在已有高精度基準(zhǔn)網(wǎng)的前提下，可采取較為簡(jiǎn)便的觀測(cè)方法，如本實(shí)例中極坐標(biāo)法即充分利用了全站儀，可同時(shí)對(duì)邊坡多個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行觀測(cè)，提高工作效率。

（5）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目以儀器量測(cè)為主，同時(shí)輔以人工巡視和宏觀調(diào)查，充分利用已有氣象地質(zhì)資料，結(jié)合已布置監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，達(dá)到事半功倍的效果。如本實(shí)例中利用已有氣象資料及加強(qiáng)人工巡視減少了環(huán)境量監(jiān)測(cè)和地表裂縫及加固監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的投入。

8 結(jié)語

邊坡工程監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和方法較多，重要邊坡須進(jìn)行全方位立體式的布置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)根據(jù)工程性質(zhì)和邊坡在工程中所處位置的不同，其監(jiān)測(cè)內(nèi)容和方法應(yīng)區(qū)別對(duì)待。在滿足監(jiān)測(cè)目的的要求下，可盡量?jī)?yōu)化監(jiān)測(cè)內(nèi)容、提高工作效率、減少成本投入，達(dá)到施工方、設(shè)計(jì)、業(yè)主多方共贏的目的。