表面水平位移監測是量測水工建筑物和壩基的表面測點或水工建筑物內部結構的表面測點的水平位移,其主要監測設備安裝在表面。監測方法有視準線法、引張線法、激光準直法、垂線法、交會法和導線法等。
(1)視準線法。以經過光學測量儀器的視準線建立一個平行或通過壩軸線的固定鉛直平面作為基準面,定期觀測確定的點位與基準面之間的偏離值的大小,即該點的水平位移。這種方法適用于混凝土建筑物頂部橫向水平位移和土石建筑物橫向水平位移的觀測。視準線法要求在水工建筑物上及其附近分別布置位移標點(測點)、工作基點和校核基點。可采用經緯儀或視準線儀進行觀測,觀測方法有活動規標法和小角度法2種。
(2)引張線法。利用張緊在兩工作基點之間的不銹鋼絲作為基準線,測量沿線測點和鋼絲之間的相對位移,以確定該點的水平位移。這種方法適用于直線形的混凝土壩,一般設置在水平縱向廊道內。
其觀測方法有2種:
①用肉眼或光學儀器對準測線鋼絲后,由測點上安裝的標尺讀數,經過計算求得該點的水平位移。
②在測點上安裝遙測引張線儀,在觀測室利用接收儀表或自動檢測裝置進行遙測記錄,然后求得水平位移。
(3)激光準直法。利用激光束代替通過光學測量儀器的視線進行照準的準直方法。這種方法適用于直線形混凝土壩。根據觀測裝置不同分為激光準直儀、波帶板激光準直系統和真空管道激光準直系統3種。其中,前兩種的觀測精度較視準線略有提高,但仍然不能消除空氣折光影響,后一種方法消除了空氣折光影響,使觀測準確度達到2X10單位,而且可同時測定測點的垂直位移,但是造價高,維護困難。
(4)垂線法。以壩體或壩基的鉛垂線為基準線,運用坐標儀測定沿線壩體不同高程的點位和鉛垂線之間的相對位移。由垂線上不同高程測點的水平位移觀測資料可以繪制壩體沿垂線的撓度曲線。這種方法又稱為撓度觀測。適用于各種類型的混凝土壩,觀測準確度高,便于實現集中遙測和自動化,是大壩安全自動監控的主要項目,少數高土石壩也利用垂線法觀測壩基水平位移。
根據垂線的固定方式,可分為正垂線和倒垂線。
①正垂線,垂線上端固定在壩體上,下端吊重錘,使垂線保持鉛直位置。
②倒垂線,垂線的下端錨固在深層基巖的穩定位置上,垂線上端與浮筒相連,利用浮筒承受的浮力使垂線保持在鉛直位置上。
(5)交會法。利用2個或3個己知坐標的固定點測定水工建筑物位移標點的坐標變化,從而確定建筑物位移的大小和方向,一般用于長度超過500m的混凝土重力壩、土石壩以及拱壩壩頂和下游面的水平位移觀測。這種方法的工作量大而準確度低,施測時受氣候條件限制,因而較少使用。
(6)導線法。在廊道內布置折線形導線,其兩端點設置倒垂線以測定端點的一般位移,然后用導線法測定導線點的切向位移和徑向位移。導線法適用于觀測大型拱壩廊道內的表面水平位移。
導線法有2種測量方法:
①精密邊角導線法,通過測量導線點的角度變化和邊長變化,計算導線點的位移。
②精密弦矢導線法,測量導線的矢距代替測角,觀測準確度較精密邊角導線法高。