单基点视准线大坝坡面水平位移观测法

摘要

本发明涉及大坝观测领域，尤其涉及单基点视准线大坝坡面水平位移观测法。全站仪所在工作基点和同一纵排外的另一个工作基点配合，利用同一纵排左岸（或右岸）一个工作基点，形成一个基准视线；再通过全站仪转动一个固定角度，形成新的观测视线；再按视准线法进行观测的方法完成该部位水平位移观测。对地质要求低，能适应几乎各种大坝环境；相对于软基做法，本专利无需对该覆盖层进行深度开挖，无需浇筑混凝土基桩再做工作基点；大大降低了工程成本，也不会破坏环境；相对于激光准直法，本专利不受环境影响，因为有的大坝地处海拔较高，受气压影响和外露坝体表面不宜采用激光准直法；相对于引张线法，本专利不受季节影响。

说明书

技术领域

本发明涉及大坝观测领域，尤其涉及单基点视准线大坝坡面水平位移观测法。

背景技术

在大坝变形观测中，水平位移观测是一项至关重要的项目。特别是水库初蓄期和运行期，由于坝体结构受淤砂压力、水压力、冰压力、浪压力等荷载的影响，都会使其出现不同程度的水平面方向的变形。水平位移观测正是对此变形的观测。水平位移观测方法有很多种，其中视准线法（一般指双基点视准线法）是最经济、最常用、最直观的一种观测方法，尤其在受海拔、气压和环境温度等影响较大的山区、高原地区被广泛应用。

常规的视准线法（即双基点视准线法）观测大坝水平位移是利用全站仪（或经纬仪）、活动觇标、固定觇标和每一纵排视准线（两个基准点之间的连线，此时既是基准线，又是观测视线）上的工作基点（观测点）。由仪器望远镜十字丝竖丝和固定觇标分划线确定一条垂直面内的视线，指挥工作基点区间内各测点活动觇标分划线与该视线重合，读取活动觇标游标尺读数，从而确定本次观测中该测点与视准线水平方向的相对位移值的方法。

从观测方法可知，要完成该项工作，除仪器之外，还必须在同一纵排两端各布设一个工作基点。工作基点的设置需满足其高程宜与测点高程相近，基础宜为稳定岩石。以神树大坝为例，神树大坝坝后右岸不良地层覆盖层较厚，没有理想的稳定岩石设置工作基点。若采用软基做法，需对该覆盖层进行深度开挖，浇筑混凝土基桩再做工作基点，这样以来既增大了工程成本，又不利于环境保护。面对这些问题，曾考虑变更观测方法，但又受各种条件的困扰。若用激光准直法，神树大坝地处海拔较高，受气压影响和外露坝体表面不宜保护等限制；若用引张线法，冬季环境温度过低，无法使引张线处于自由状态且不宜保护；若用极坐标法或交会法，精度不能满足规范要求等。

因受大坝所在场地地理环境条件限制时，同一纵排观测点无法设置两个工作基点而只有一个基准点时，可探索使用单基点视准线法对坝体结构水平位移进行观测，代替常规的双基点视准线法水平位移观测。

发明内容

发明的目的：为了提供效果更好的单基点视准线大坝坡面水平位移观测法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。

为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：

单基点视准线大坝坡面水平位移观测法，其特征在于，包含如下步骤，

全站仪所在工作基点和同一纵排外的另一个工作基点配合，利用同一纵排左岸（或右岸）一个工作基点，形成一个基准视线；

再通过全站仪转动一个固定角度，形成新的观测视线；

再按视准线法进行观测的方法完成该部位水平位移观测。

本发明进一步技术方案在于，同一纵排另外一头无法设置观测基点B时，通过另外一个基点B’，通过一个固定的角度β，将基点A和基点B’的旋转固定的角度β，形成一条观测视准线，该观测视准线即观测视线，形成单基点视准线大坝坡面水平位移观测法观测，直接观测1～4号观测点的活动觇标游标尺读数，此时角度β≠0。

本发明进一步技术方案在于，基点A即全站仪或经纬仪所在的位置；基点B’即固定觇标所在的位置，基点A和基点B之间的距离设置一个以上的工作基点的位置即活动觇标临时测量的位置。

本发明进一步技术方案在于，工作基点包含四个；

对每次夹角的照准采用正倒镜对测的方法消除照准误差，再按照视准线法每测点进行4个测回读取游标尺读数，其精度能够满足土石坝观测要求。

本发明进一步技术方案在于，通过多次时刻对比，对比在线时刻通过单基点视准线法测定的数据和在后时刻的通过单基点视准线法测定的数据；对比两组数据的不一致，实现对大坝坡面水平位移观测。

本发明进一步技术方案在于，在基点A和基点B之间的距离设置一个以上的工作基点以及基点A和基点B均有定位标识，该定位标识为地面绘画的标志或者是设置观测墩、标志杆。

本发明进一步技术方案在于，当坝体受地理环境条件限制而无法设置两个基准点时，可将另一个基点布置于坝外，使得基准视线与观测视线形成一个固定已知的夹角，该夹角即β角，利用这个已知的视准线和这个已知夹角，完成视准线法对坝体结构水平位移的观测。

本发明进一步技术方案在于，利用全站仪或经纬仪、活动觇标、固定觇标和每一纵排视准线上的工作基点；由仪器望远镜十字丝竖丝和固定觇标分划线确定一条垂直面内的视线，指挥工作基点区间内各测点活动觇标分划线与该视线重合，读取活动觇标游标尺读数，从而确定本次观测中该测点与视准线水平方向的相对位移值。

采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：

1.对地质要求低，能适应几乎各种大坝环境；

2.相对于软基做法，本专利无需对该覆盖层进行深度开挖，无需浇筑混凝土基桩再做工作基点；大大降低了工程成本，也不会破坏环境；且浪费时间，因为混凝土和开挖都是要成本的；

3.相对于激光准直法，本专利不受环境影响，因为有的大坝地处海拔较高，受气压影响和外露坝体表面不宜采用激光准直法；

4.相对于引张线法，本专利不受季节影响。

附图说明

为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：

图1 为双基点视准线法观测示意图；

图2 为单基点视准线法观测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。文中未表述的固定方式，可以是螺纹固定，螺栓固定或者是胶水粘结等任意一种固定方式。

实施例一：结合图1和图2； 单基点视准线大坝坡面水平位移观测法，其特征在于，包含如下步骤，

全站仪所在工作基点和同一纵排外的另一个工作基点配合，利用同一纵排左岸（或右岸）一个工作基点，形成一个基准视线；

再通过全站仪转动一个固定角度，形成新的观测视线；

再按视准线法进行观测的方法完成该部位水平位移观测。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程即基本功能为如下：

不用开挖，对比图1和图2，图2的方案避免了对原始基础的改进，不用对地质进行改造，不用浇筑混凝土。

以神树大坝为例，该改造的工程量非常大，工程成本大概为三十万人民币，采用本方案就能节省这部分成本。

1.对地质要求低，能适应几乎各种大坝环境；

2.相对于软基做法，本专利无需对该覆盖层进行深度开挖，无需浇筑混凝土基桩再做工作基点；大大降低了工程成本，也不会破坏环境；且浪费时间，因为混凝土和开挖都是要成本的；

3.相对于激光准直法，本专利不受环境影响，因为有的大坝地处海拔较高，受气压影响和外露坝体表面不宜采用激光准直法；

4.相对于引张线法，本专利不受季节影响。

实施例二：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，另外一头无法设置观测基点B时，通过另外一个基点B’，通过一个固定的角度β，将基点A和基点B’的旋转固定的角度β，形成一条观测视准线，该观测视准线即观测视线，形成单基点视准线大坝坡面水平位移观测法观测，直接观测1～4号观测点的活动觇标游标尺读数，此时角度β≠0。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程即基本功能为如下：本实施例提供了1～4号观测点作为活动的工作基点，实质上该工作基点的数目和具体位置，还可以做灵活调整和协调。

实施例三：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，基点A即全站仪或经纬仪所在的位置；基点B’即固定觇标所在的位置，基点A和基点B之间的距离设置一个以上的工作基点的位置即活动觇标临时测量的位置。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程即基本功能为如下：参考图2，设置的点位用于测定。工作基点包含四个；对每次夹角的照准采用正倒镜对测的方法消除照准误差，再按照视准线法每测点进行4个测回读取游标尺读数，其精度能够满足土石坝观测要求。

实施例四：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，通过多次时刻对比，对比在线时刻通过单基点视准线法测定的数据和在后时刻的通过单基点视准线法测定的数据；对比两组数据的不一致，实现对大坝坡面水平位移观测。

实施例五：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，在基点A和基点B之间的距离设置一个以上的工作基点以及基点A和基点B均有定位标识，该定位标识为地面绘画的标志或者是设置观测墩、标志杆。

实施例六：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，当坝体受地理环境条件限制而无法设置两个基准点时，可将另一个基点布置于坝外，使得基准视线与观测视线形成一个固定已知的夹角，该夹角即β角，利用这个已知的视准线和这个已知夹角，完成视准线法对坝体结构水平位移的观测。

实施例七：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，利用全站仪或经纬仪、活动觇标、固定觇标和每一纵排视准线上的工作基点；由仪器望远镜十字丝竖丝和固定觇标分划线确定一条垂直面内的视线，指挥工作基点区间内各测点活动觇标分划线与该视线重合，读取活动觇标游标尺读数，从而确定本次观测中该测点与视准线水平方向的相对位移值。

以神树大坝为例：

对于单基点视准线法的可行性，依据《土石坝安全监测技术规范》（SL 551-2012）中有关视准线法的观测要求，得从两个方面对视准线法进行拆分研究加以解释。

首先，依之前解释的常规视准线法（即双基点视准线法）可以理解为由两个工作步骤完成：其一，在两个工作基点上分别架设全站仪和固定觇标，确定一条垂直面内的视线，此时该视线既是基准线，又是观测视线；其二，用确定的视线（观测视线）作为参照物，指挥活动觇标分划线与之重合来读取观测值。观测示意图如图1。

图1中基准点A～观测点4或基准点B～观测点1之间的距离，对于土石坝不超过250m，对于混凝土坝不超过150m。

双基点视准线法观测值此时就等于以基点A和基点B为观测直线观测1～4号观测点的活动觇标游标尺读数，此时角度β=0。

若另外一头无法设置观测基点B时，通过另外一个基点B’，通过一个固定的角度β，将基点A和基点B’的旋转固定的角度β，形成一条观测视准线（观测视线），形成单基点视准线法观测。这类似于双基点视准线法观，直接观测1～4号观测点的活动觇标游标尺读数，此时角度β≠0，如图2。

将以上两种视准线法观测做一对比，很显然其差异在于角度β是否为0，也就是说双基点视准线法的参照视线的确定仅需一个步骤即可完成，而单基点视准线法参照视线的确定需要两个步骤完成。对于后者两个步骤精度的考虑，依据《土石坝安全监测技术规范》（SL 551-2012）和《工程测量规范》（GB 50026-2007），需对每次夹角的照准采用正倒镜对测的方法消除照准误差，再按照视准线法每测点进行4个测回读取游标尺读数，其精度能够满足土石坝观测要求。所以应用单基点视准线法形成的控制视准线的方法在实际缺乏基点的情况下可以使用。

其次，《土石坝安全监测技术规范》（SL 551-2012）要求视准线法观测时，同一纵排两端工作基点应分别架设仪器，分两段各观测靠近仪器一侧的部分测点，当视准线长度超过500m时，可在同一纵排中间增设工作基点。这个要求要在实际工程观测中注意

对该要求可以理解为一端工作基点架设仪器时，视准线长度不应超过250m。而神树大坝坝后坡面三条视准线的长度分别为173.9m（坝纵0-036.78），173.9m（坝纵0-062.25）和123.9m（坝纵0-095.30），很显然均小于250m。所以单基点测法在神树大坝坝后坡面视准线水平位移观测中满足视准线长度的要求，可以使用。

综上所述，对于水库大坝坝后坡面采用单基点视准线法观测，能够满足常规视准线确定的照准精度和观测视线长度要求，故该方法是可行的，对相关类似的大坝变形监测有一定的参考意义。

对于单基点视准线法的应用，重点需要注意两点：

（1）利用角度配合确定参照视线时，需采用全站仪角度正倒镜对测的方法消除照准误差；

（2）为保证测量精度，土石坝中视准线长度不应超过250m，混凝土坝中视线长度不应超过150m。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。