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水利水电监测

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水利水电工程质量检测量测内容及实验方法  

《量测类》内容简介:水利水电工程的质量关系到人民生命财产的安危,关系到国民经济的发展和社会稳定,关系到工程寿命和效益的发挥,确保水利水电工程建设质量意义重大。工程质量检测是水利水电工程质量保证体系中的关键技术环节,是质量监督和监理的重要手段,检测成果是质量改进的依据,是工程质量评定、工程安全评价与鉴定、工程验收的依据,也是质量纠纷评判、质量事故处理的依据。尤其在急难险重工程的评价、鉴定和应急处理中,工程质量检测工作更起着不可替代的重要作用。如近年来在全国范围内开展的病险水库除险加固中对工程病险等级和加固质量的正确评价,在今年汶川特大地震水利抗震救灾中对震损水利工程应急处置及时得当,都得益于工程质量检测提供了重要的检测数据和科学评价意见。实际工作中,工程质量检测为有效提高水利工程安全运行保证率,最大限度的保护人民群众生命财产安全,起到了关键作用,功不可没!  

工程质量检测具有科学性、公正性、时效性和执法性。  

水利量测分为测量、监测两部分。其中量测部分包括:控制测量、施工测量、竣工测量;监测部分包括:安全监测概述、外部变形监测、内部变形监测、渗流监测等。  

量测包括:控制测量、施工测量、竣工测量。  

控制测量是各项测量工作的基础和依据,为检查水利水电工程建筑物的竣工精度提供基点和基线,以及测绘竣工图的基础控制,提供施工过程中监测建筑物变形和位移、设备安装以及运营管理的控制点和参考基准。控制测量具有控制全局的作用,可以限制误差的传递和积累。控制测量可分为平面控制测量和高程控制测量。控制测量的方法可以分为常规控制测量和现代控制测量。常规的平面控制测量主要是三角测量、导线测量、前方交会、后方交会等,常规的高程控制测量主要是水准测量、三角高程测量等。而现代控制测量主要是GPS平面控制测量和GPS高程控制测量。平面控制测量的方法包括GPS测量、导线测量、三角网测量、测边网测量、边角网测量等,其中GPS测量技术由于具备定位精度高、观测时间短、效率高、全天候作业、操作简便等特点而得以广泛应用于水利水电工程的控制测量中。高程控制测量的方法,主要有水准测量、光电测距三角高程测量和GPS高程测量三种。在布设水利水电工程施工的高程控制网时,首选的方法是水准测量,因为它可以满足各种等级高程控制测量的精度要求。控制测量的仪器设备设备主要有光学经纬仪、电磁波测距仪、电子全站仪、测量机器人、普通光学水准仪和电子水准仪。  

施工测量是按设计要求将图纸上设计的建筑物平面位置、纵横轴线、几何尺寸及高程等在实地标定出来,作为施工的依据。施工测量的仪器设备目前采用最频繁、最多的是全站仪(配棱镜)。施工测量主要有土石方开挖工程中的测量工作以及洞室开挖、土石方填筑、混凝土浇筑、金属结构安装、机电安装工程中的测量工作。开挖工程中的测量工作包括:开挖工程中的测量控制、开挖工程中的施工放样、开挖工程中的计量测量。在土石方开挖施工过程中,高程放样所采用的方法有:水准仪法、全站仪无仪器高作业法;点位放样的方法有:距离交会法、角度交会法全站仪极坐标法和直接坐标法(GPS RTK法)所用的仪器设备有经纬仪、水准仪、全站仪。洞室开挖工程中的测量工作包括地面控制测量和地下控制测量。洞挖工程的地面平面控制测量可采用精密导线测量、三角测量及GPS全球卫星定位技术来进行。地面高程控制测量可采用精密水准测量或光电测距三角高程测量。地下控制测量一般采用导线测量、水准测量和光电测距三角高程测量。洞室开挖施工测量的主要任务是:确定洞挖施工中平面及竖直面内的掘进方向,即洞室轴线确定和开挖掘进面(俗称掌子面)的确定;掘进后开挖断面尺寸的检查;掘进进度的检查;时段内完成的开挖工程量。在开挖结束后还要进行竣工测量。洞室开挖由于其特殊性,在测量过程中还会使用有些特殊仪器与设备,包括:光学垂准仪、陀螺经纬仪、激光指向仪和隧洞断面仪。土石方填筑工程中的测量工作包括三方面,即控制测量、施工测量、竣工测量;其中施工测量的内容有填筑基础面的测量(地形法和断面法)、填筑工程的主轴线放样(极坐标法)、填筑工程起坡线的放样(全站仪极坐标法)、填筑工程中的施工放样(全站仪极坐标法确定平面位置,三角高程法确定高程位置,对要求精度高的高程位置用几何水准法)、填筑工程收方测量(地形法和断面法)。土石方填筑工程的施工放样方法与土石方开挖工程的施工放样方法基本上是一样的,最常用的仍然是全站仪用极坐标法或用GPS PTK法进行施工放样。但土石方填筑的放样精度更高。混凝土浇筑工程中的测量工作主要有平面控制测量和高程控制测量、混凝土浇筑基础面测量、混凝土浇筑工程中的施工放样、混凝土浇筑一些特殊方式的放样、混凝土浇筑成型后的测量。混凝土浇筑工程中使用的测量方法很多,目前最常用的是全站仪极坐标法,有时也用后方交会法或轴线交会法、直角坐标法等。金属结构安装工程中的测量工作包括:测量方案的制定与审查、控制测量、关键点施工放样、大型金属结构现场拼装的检测、金属结构构件安装后的检测、金属结构构件二期混凝土浇筑后的检测、以及金属结构安装工程完工后的竣工测量。其中控制测量又包括单个安装内容测量控制点的引入、单个安装内容测量独立控制网的布设、高程控制。金属结构安装工程中还会采用一些特殊测量方法,包括:重锤配钢板尺检测门轨轨道、全站仪配小棱镜使用以及常规的放线量距方法。机电设备安装工程中的测量工作包括控制测量、施工放样(全站仪极坐标法或经纬仪配合精密钢尺量距)和关键部位检测。  

竣工测量可分为施工过程中的竣工测量和工程全部完工后的竣工测量。竣工测量所形成的竣工测量数据和图纸资料,是评定和分析工程质量的基本依据之一。  竣工测量的主要内容有:  

○ 1水利水电工程建筑物竣工总平面图; 

○2水利水电工程的主体开挖建基面,竣工高程平面位置图和按技术要求 需要测绘的纵横断面图(归档用选择的比例尺一般为1:200);  

○ 3水利水电工程主体建筑物关键部位与设计图同位置的竣工纵横断面图及其数据资料(归档比例尺应与设计比例尺一致);  

○ 4地下工程的隧洞、地下厂房、调压井等开挖断面图以及完成衬砌或喷锚(不衬砌段)后的竣工断面图和数据资料; 

○ 5水利水电工程的隐伏建筑物和过流建筑物的形体竣工图和数据资料;

○ 6测绘变形监测设备的埋设、安装后竣工图及其数据资料; 

○ 7测绘金属结构安装和机电设备安装竣工验收图及其验收数据; 

○ 8其他需竣工测量的部位,如边坡锚索、抗滑桩、附属施工项目中永久性附属设施竣工平面图,以及重要的管线平面图。  

水利水电工程对竣工测量如下方面有要求:土石方工程、混凝土工程、线型工程、水下地形测量和水库纵、横断面、金属结构与机电安装工程。  

监测部分包括:安全监测概述、外部变形监测、内部变形监测、渗流监测等。  工程安全监测的主要目的可以归纳为以下三点:

○ 1监测运行中工程性态变化,监视工程运行安全。

○ 2根据施工期观测资料,掌握工程与基础的实际性态,据以指导施工,并修改、完善设计或技术方案。

○ 3监测资料反馈于设计,以检查设计的正确性,从而提高工程设计水平。水利水电工程安全监测对象,主要有挡水建筑物、边坡、地下洞室。监测项目通常有变形、渗流、应力应变、压力、温度、环境量、振动反应以及地震与泄水建筑物水力学监测。监测方法有人工巡视检查和仪器监测两种。监测的仪器主要是传感器,传感器按工作原理的不同可分为差动电阻式传感器、振弦式传感器、电位器式传感器、电容式传感器。  

外部变形监测主要涉及三方面的内容:变形信息的获取,变形信息的分析与解释,变形预报。  

外部变形监测的方法主要有:  

○ 1水平位移监测的视准线法、引进线法、激光准直法、正倒垂线法、精密导线和前方交会法;  

○ 2垂直位移监测的几何水准法、流体静力水准法;

○3三维位移监测的极坐标法、距离交会法和GPS法。外部变形监测工作 主要包括以下监测内容:水平位移监测(基准线法和大地测量法)、垂直位移监测(几何水准测量法、三角高程测量法和液体静力水准发等)、挠度检测、裂缝监测滑坡及崩岸监测。  

外部变形监测常用的仪器设备主要分为两大类,一类是专用仪器,另一类是测量仪器。专用仪器主要是针对正倒垂、引进线等专用装置配置的测读设备。如用于正倒垂观测的垂线坐标仪,用于引进线观测的电容式测读仪等。大地测量类仪器主要用于平面位移监测和垂直位移监测。常用的有全站仪、水准仪、GPS接收机、其他仪器(钢尺等)。  

内部变形监测主要指坝体、坝基(肩)、边坡、地下洞室等工程及岩体内部(或深部)变形监测。  

内部变形监测项目主要包括以下内容:  

○ 1坝基(肩)、边坡、地下洞室等岩石工程内部及深层的水平、垂直及任意方向的位移,洞室围岩表面收敛变形,以及基础和结构物等倾斜变形。通常采用测斜仪、多点位移计、滑动测微计、基岩变形计、倾斜计及收敛计等仪器进行水平位移、竖向位移及其他特定方向的位移监测或倾斜监测。  

○ 2土石坝(心墙)、面板堆石坝(下游堆石体及反滤层)、围堰混凝土防渗墙及堤防等堤坝内部水平位移及垂直位移,以及面板挠度变形等。通常采用引张线水平位移计、测斜仪各类分层沉降仪(水管式、电磁式、干簧管式及弦式沉降仪),以及土体位移计等仪器进行水平变形监测、垂直变形监测及挠度变形监测。  ○ 3混凝土坝体间施工缝、混凝土与基岩界面接缝、堆石坝面板周边缝以及岩体、混凝土工程随机裂缝等单向位移和多向位移。通常采用单向及多向测缝计、裂缝计(内部及表面)等进行位移监测,包括缝开合度及剪切位错变形。 

内部变形监测仪器主要有:测斜仪类(滑动式测斜仪、固定测斜仪、梁式倾斜仪、倾斜计)、多点位移计、滑动测微计、收敛计、基岩变形计、沉降仪类(水管式、电磁式、干簧管式及弦式沉降仪)、引张线式水平位移计、土体位移计、测缝计。  

渗流监测是水利水电工程安全监测必设的项目,通常包括渗流、孔隙水压力、渗流量和水质分析等监测。渗流监测包括:大坝及坝基渗流监测、绕坝渗流监测、边坡及近坝库岸的地下水位监测、地下洞室围堰的渗流状况及其外水压力监测。渗流监测的主要设备是测压管及电测水位计测压计。

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