漳泽水库土坝沉降观测及裂缝分析Word格式文档下载.docx

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三、建立水准控制网22

第四节沉降监测网技术要求23

第五节沉降监测数据采集25

一、基准网数据采集25

二、各周期数据采集26

第六节沉降监测数据处理26

一、基准网数据处理26

二、各周期数据处理27

三、沉降观测中常遇到的问题及其处理27

四、数据处理28

五、控制点的稳定性检验28

第七节沉降量计算与分析29

一、在计算沉降量前应进行水准测量的演算项目与限差29

二、沉降量分析32

第八节沉降过程曲线绘制33

第九节沉降监测报告编写与提交33

第十节主副坝裂缝分析39

一、主副坝横向（垂直坝轴向）裂缝39

二、对1990年主坝产生裂缝的认识39

结论41

结束语42

参考文献43

致谢44

第一章绪论

沉降监测是建筑物变形监测中一项重要的监测内容。

《工程测量规范》及《混凝土大坝安全监测技术规范》等对监测项目分类时，使用的是“垂直位移监测”一词；

《建筑变形监测规程》等对监测项目分类时，使用的是“沉降监测”一词。

单从词方面来说“垂直位移”能同时表示建筑物的上升或下降，而“沉降”只能表示建筑物的下沉。

对于大多数建筑物来说，特别在施工阶段，由于垂直方向上的变形特征和变相过程主要表现为沉降变化，因此，实际应用中通常采用“沉降”一词。

在各种不同的情况条件下和不同的监测时期，被测对象在垂直方向上高程的变化情况可能不同。

如，本期沉降量的大小等于前一期观测高程减去本期观测高程所得差值的绝对值，而沉降的方向则用差值自身的正负号来表示，差值为“+”时表示“下沉”，差值为“—”时表示“上升”。

建筑物的沉降于地基的土力学性质和地基的处理方式有关。

建筑物的兴建，对地基施加了一定的外力，破坏了地表和地下土层的自然状态，必然引起地基及其周围地层的变化，沉降是表现的主要形式。

沉降量的大小首先于地基的土力学性质有关，如果地基土具有较好的力学性质，或建筑物的兴建没有过大的破坏地下土层的原有状态，沉降量就可能较小；

否则，沉降量就可能较大。

其次，如果地基的土质较差，是否对地基处理和处理的方式不同，将严重影响沉降量的大小，也将影响工程的质量。

建筑物的沉降于建筑物的基础设计有关。

地基的沉降必然引起基础的沉降，当地基均匀沉降时，基础也均匀沉降；

当地基产生了不均匀沉降时，基础也随之出现不均匀沉降，基础的不均匀沉降可能导致建筑物的倾斜、裂缝甚至破坏。

对于一定土质的地基，不同形式的基础其沉降效应可能不同。

对于一定的基础，若地基的土质不同其沉降差异很大。

因此，设计人员一般要通过工程勘察和分析等工作，掌握地基土的力学性质，进行合理的基础设计。

建筑物的沉降于建筑物的上部结构有关，及于建筑物的基础荷载有关。

随着建筑物的施工进程不断增加的荷载对基础下的土层产生压缩，基础的沉降量会逐渐增大。

但是荷载对地基下土层的压缩是逐渐实现的，荷载的快速增加并不意味沉降量在短期内会快速增大；

同样，载荷的停止增加也并不意味着沉降量会在短期内立即停止增加。

一般认为，建筑在砂土类土层上的建筑物，其沉降在荷载基本稳定后已大部分完成，沉降趋于稳定；

而建筑在黏土类土层上的建筑物，其沉降在施工期间仅完成了一部分，荷载稳定后仍会有一定的沉降变化。

建筑施工中，引起地基和基础沉降的原因是多种多样的，除了建筑物的地基、基础和上部结构荷载的影响，施工中地下水的升降对建筑物沉降也有较大的影响，如果施工周期长，温度等外界条件的强烈变化有可能改变地基土的力学性质，导致建筑物产生沉降。

上述讨论的沉降及其原因主要指建筑物施工对自身地基和基础的影响。

实际上，建筑物的施工活动，如降水、基坑开挖、地下开采、盾构或顶管穿越等，对周围建筑物的地基也有一定的影响。

工作中不仅要考虑建筑物施工对自身沉降的影响，还要考虑建筑物施工对周围建筑物沉降的影响，沉降监测不仅要监测建筑物自身的沉降，还要监测施工区周围建筑物的沉降。

还有一部分建筑物，如堤坝、桥梁、位于软土地区的高速公路和地铁等，其沉降不仅在施工中存在，而且由于外界因素如水位、温度、动力等影响，在运营阶段也长期存在，对这些重要的建筑物，应该进行长期的沉降监测。

沉降监测就是采用合理的仪器和方法测量建筑物在垂直方向上高程的变化量。

建筑物沉降是通过布置在建筑物上的监测点的沉降来体现的，因此沉降监测前首先需要布置监测点。

监测点的布置应考虑设计要求和实际情况，要能较全面的反映建筑物地基和基础的变形特征。

沉降监测一般在基础的施工时开始，并定期监测到施工结束或结素后一段时间，当沉降趋于稳定时停止，重要建筑物有的可能要延长较长一段时间，有的可能要长期监测。

为了保证监测成果的质量，应根据建筑物的特点和监测精度的要求配备监测仪器，采用合理的监测方法。

沉降检测需要有一个相对统一的监测基准，即高程系统，以便于监测数据的计算和监测成果的分析。

因此沉降监测前还应该进行基准点的布置和观测，对其稳定状况进行分析和评判。

定期地、准确地对监测点进行沉降监测，可以计算监测点的累计沉降量、沉降差、平均沉降量（沉降速率），进行监测点单点的沉降分析和预报，通过相关监测点的沉降差可以进一步计算基础的局部相对倾斜值、挠度和建筑物主体的倾斜值，进行建筑物基础局部或整体稳定性状况分析和判断。

当前，在建筑物施工或运营阶段进行沉降监测，其首要目的仍是保证建筑物的安全，通过沉降监测发现沉降异常和不安全隐患，分析原因并采取必要的防范措施。

其次是研究的目的，主要对设计的反分析和对未来沉降趋势的预报。

第二章漳泽水库土坝沉降监测概述

第一节测区概述

一地理位置

长治市，地处北纬35°

50'

--37°

08'

，东经113°

01'

--113°

40'

，东倚太行山，与河北、河南两省为邻，西屏太岳山，与临汾市接壤，南部与晋城毗邻，北部与晋中市交界。

为太行山，太岳山所环绕，构成高原地形，通称“沁潞高原”，又称“上党盆地”。

　漳泽水库位于长治市北郊浊漳河南源干流上，属海河流域漳卫南运河水系，是一座以工业、城市供水、灌溉、防洪为主，兼顾养殖和旅游等综合利用的大

（二）型水库。

水库坝址以上干流长72.3公里，控制流域面积3176平方公里，占浊漳河南源全流域面积3580平方公里的89%。

浊漳河南源发源于长子县发鸠山。

漳泽水库流域包括壶关县、长治县、长子县、屯留县、长治市城郊区。

流域上游壶关县境内的庄头水库、西堡水库、长治县境内的淘清河水库、长子县境内的申村水库、鲍家河水库、屯留县境内的屯绛水库等六座中型水库共控制流域面积1551平方公里，区间流域面积1625平方公里，设计天然年径流2.25亿立方米。

　漳泽水库位于山西长治市以北20km的海河流域上，控制流域面积3146平方公里，总库容1.995亿立方米，大坝为均质土坝，总长2514m，分主、副坝。

主坝长874m，坝顶高程为905m，最大坝高17.5m坝顶宽7m；

副坝长1640m，最大坝高11m，坝顶宽6m。

大坝始建于1959年11月，1960年4月竣工蓄水。

在工业农业供水‘防洪、养鱼等方面发挥很大效益。

漳泽水库改建设计总库容4.127亿立方米，其中防洪库容3.3亿立方米，兴利库容1.1亿立方米，重复利用库容0.39万立方米。

防洪标准为百年一遇洪水设计，二千年一遇洪水校核。

正常高水位902.40米，设计洪水位903.61米，校核洪水位908.45米。

　　漳泽水库受益区为长治市郊区、屯留、潞城、平顺等四个县（市、区）19.8万亩农田和长治钢铁厂、漳泽发电厂、漳山发电厂、长治北火车站、长治煤气化公司气源厂、长治市合成化学厂、潞城兴水工业供水公司、王曲电厂等十余个工业企业。

漳泽水库坝址距河口31.6公里，水库下游防洪保护范围11.5平方公里,包括长治市郊区、潞城市、襄垣县3个区、市县辖5个乡镇、16个村庄、8200人，1.32万亩耕地，工农业总产值4.17亿元，长太公路约10公里。

水库大坝如图:

水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪洞和输水洞四部分组成。

1、大坝为东西向，均质土坝。

主坝坝基主要为全新晚期的冲积砂层，下层为更新世坡积——冲积的黑色亚粘土，付坝坝基以黑色亚粘土为主。

2、溢洪道位于大坝右端，基础为第四纪下更新世泥河湾期湖相沉积层，有褐色亚粘土，粉质粘土，其中夹有薄层泥灰岩。

溢洪道于1992年进行第三次改建，闸室由原来的开敞式改为胸墙式，设弧形钢闸门。

3、泄洪洞为坝内埋管式，半有压洞，洞首为进水塔，塔内装平板钢闸门控制和检修闸门。

4、输水洞：

溢洪道右侧有潞城史迦渠道引水洞。

二坝址地质情况

1.1

坝址地质情况

漳泽水库整个坝区分布着第四纪沉积物，坝基土层至上而下分布为：

（1）粉细沙层主要在主河槽（0+450—0+780）表层，厚约3-5m。

（2）亚粘土层均匀分布在坝基底部，其强度较高且均匀稳定，为中等压缩性土，在1+150-1+570段有一层厚达7m的砂层透镜体，中间夹有一些粉细沙。

（3）中粗砂层厚约1.5—2.0m。

（4）粘土层粘土一般呈硬塑或坚硬状态，无大孔性结构

三气候

　长治属典型中温带半湿润大陆性季风气候，全年冬无严寒，夏无酷暑，雨热同

季。

年平均气温在4.9--10.4摄氐度之间，气候条件与避暑山庄承德相近。

1月份最冷，平均最低气温为-6.9摄氐度；

7月份最热，平均最高气温为22.5摄氐度。

号称“无扇之城”。

年日照时数2418-2616小时，一般年降水量在537.4-656.7毫米，7月最多，为132.2毫米，1月最少，为5.5毫米，年平均无霜期在156.8-181.9天，年平均风速为1.5-3.0米/秒之间。

　　长治各月平均气温：

一月：

零下6.9°

C二月：

零下3.4°

C三月：

3.7°

C四月：

11.7°

C五月：

17.4°

C六月：

20.5°

C七月：

22.5°

C八月：

C九月：

15.6°

C十月：

9.8°

C十一月：

2.6°

C十二月：

零下5.6°

C

第二节资料收集

1、测区的地形图、行政区划图、交通路线图等；

2、有关居民、交通运输、物资供应、地质、水文、地震、气象、土壤、冻结及地下水位深度等资料；

3、已有的水准测量成果资料，包括路线图、点之记、技术总结、成果表等；

4、需要连测得“其他固定点”的所在位置情况；

5、当进行一、二等水准路线设计时，还要收集测区内已测的重力资料。

第二节漳泽水库土坝沉降的目的及任务

一、目的

由于土坝在设计、施工、使用过程中存在的种种问题，导致土坝在使用期内出现下沉、裂缝、扭曲等破坏情况时有发生，对此类土坝的受破坏原因，受损害程度以及损害是否完成进行准确的判定就需要有一套切实有效的检测手段，沉降观测在以上工作中起着极其重要的作用。

　土坝受破坏的原因无外乎因上部结构强度变化引起的损害或基础下沉引发上部结构的开裂变形。

一方面，沉降观测对土坝受破坏的原因可以有一个较明确的判定，另一方面，沉降观测可以非常精确地反应出土坝受破坏的程度、范围，对制定切实有效的治理手段提供较为可信的数据依据。

所以该方法是诊断土坝受破坏情况的一个非常有效的手段，该手段的正确应用对被损害土坝的综合治理有着十分重要的意义。

（一）自然条件及其变化，即土坝地基的工程地质、水文地质、大气温度、土壤的物理性质等；

例如基础的地质条件不同，有的稳定，有的不稳定，会引起土坝的不均匀沉陷，使其发生倾斜;

建筑在土基上的建筑物，由于土基的塑性变形而引起沉陷；

由于温度与地下水位的季节性和周期性的变化，而引起建筑物的规律变形。

（二）与大坝本身相联系的原因，即大坝本身的荷重、大坝的结构、形式及动荷载的作用

此外，由于勘测、设计、施工以及运营管理工作做得不合理，还会引起土坝产生额外的变形。

二、任务

这次所要观测的漳泽水库土坝沉降，位于长治市漳村矿西侧，为确保水库土坝的安全，避免造成灾难性的后果和影响由于时间太长，我们根据国家法规必须得对土坝进行的沉降观测。

本次沉降测量的任务就是观测土坝随时间变化的沉降量，通过分析观测随时间变化的沉降量情况，来判断是否给土坝带来了影响，以便及时采取防护措施等。

第三节漳泽水库土坝沉降沉降监测的内容

水库中的沉降变形观测近年来受到有关方面的重视，并规定在大型水库中必须进行沉降变形观测。

一般的说，水库土坝的沉降的观测多采用精密水准测量、液体静力水准测量、微水准测量、三角测量和地面摄影测量的方法。

土坝的沉降观测的内容主要是测定土坝均匀沉陷和不均匀沉陷。

包括地面沉降观测和建筑物沉降观测。

对于高层建筑物沉降观测的任务，是周期性的对观测点进行重复观测，求得其在两个观测周期间的高程变化量。

水库土坝的沉降变形按其类型来区分，可以分为静态变形和动态变形。

我们通常说到的沉降观测的精度的确定是指观测中误差的确定，绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）的观测中误差，对于特高精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定；

对于其他精度要求的工程，可按低、中、高压缩性地基土的类别，分别选择±

0.5mm、±

1.0mm、±

2.5mm。

相对沉降的观测中误差，根据1971年13届FIG会议提出的，如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全，则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10--1/20，我国建筑设计部门以允许倾斜值的1/20作为监测的精度指标。

沉降观测周期的确定，根据多年的实践经验，土坝的施工直至完成。

完成后的第一年每季度要观测一次，第二年没二季度观测一次，第三年开始每年观测一次，直至沉降停止。

如果，发生沉降异常，应酌情增加观测次数。

水库大坝沉降观测应测定土坝及地基的沉降量、沉降差及沉降速度并计算基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲及构件倾斜。

土坝施工过程中必须进行沉降、倾斜、裂隙、位移等变形观测。

沉降观测就是测定土坝上一些点子的高程随时间和打桩数量变化的工作。

裂缝观测就是测定水库土坝随时间和打桩数量产生不均匀沉降出现裂隙观测的工作。

沉降观测的主要内容是：

通过布设控制网，按相关精度要求，根据施工分级加载实况，定期定点在建设过程中的沉降情况进行观测，直至工程竣工验收，移交使用单位。

沉降观测的工作方式一般采用“分级观测”方式。

将沉降观测的布点分为三级：

水准基点、工作基点和沉降观测点。

第三章沉降监测要求及作业规定

第一节沉降观测的基本要求

一、仪器设备、人员素质的要求

根据沉降观测精度要求高的特点，为能精确地反映出建构筑物在不断加荷作下的沉降情况，一般规定测量的误差应小于变形值的1/10—1／20，为此要求沉降观测应使用精密水准仪（S1或S05级），水准尺也应使用受环境及温差变化影较小的高精度铟合金水准尺。

在不具备铟合金水准尺的情况下，使用一般塔尺尽量使用第一段标尺。

人员素质的要求，必须接受专业学习及技能培训，熟练掌握仪器的操作规程，熟悉测量理论能针对不同工程特点、具体情况采用不同的观测方法及观测程序，对实施过程中出现的问题能够会分析原因并正确的运用误差理论进行平差计算，做到按时、快速、精确地完成每次观测任务。

人员组成：

成员包括技术负责人一人，项目负责人一人，观测人员二人。

二、观测时间的要求

建（构）筑物的沉降观测对时间有严格的限制条件，特别是首次观测必须按时进行，否则沉降观测得不到原始数据，而是整个观测得不到完整的观测意义。

其他各阶段的复测，根据工程性质、施工进度、地基土质情况及基础荷载的变化情况而定。

进展情况必须定时进行，不得漏测或补测。

只有这样，才能得到准确的沉降情况或规律。

相邻的两次时间间隔称为一个观测周期。

为了取得可靠的沉降数据，以确保漳泽水库发电厂的安全生产，于2007年该单位委托我公司对水库土坝的沉降观测点进行沉降观测。

三、观测点的要求

为了能够反映出土坝的准确沉降情况，沉降观测点要埋设在最能反映沉降特征且便于观测的位置。

一般要求水库土坝上设置的沉降观测点纵横向要对称，且相邻点之间间距以15——30米为宜，均匀地分布在水库土坝的周围。

通常情况下，土坝设计图纸上有专门的沉降观测点布置图。

再就是，埋设的沉降观测点要符合各施工阶段的观测要求，特别要考虑到因施工破坏或掩盖住观测点，不能连续观测而失去观测意义。

四、沉降观测的自始至终要遵循“五定”原则

所谓“五定”，即通常所说的沉降观测依据的基准点、工作基点和被观测物上的沉降观测点，点位要稳定；

所用仪器、设备要稳定；

观测人员要稳定；

观测时的环境条件基本一致；

观测路线、镜位、程序和方法要固定。

以上措施在客观上尽量减少观测误差的不定性，使所测的结果具有统一的趋向性，保证各次复测结果与首次观测的结果可比性更一致，使所观测的沉降量更真实。

五、施测要求

仪器、设备的操作方法与观测程序要熟悉、正确。

在首次观测前要对所用仪器的各项指标进行检测校正，必要时经计量单位予以鉴定。

连续使用3—6个月重新对所用仪器、设备进行检校。

在观测过程中，操作人员要相互配合，工作协调一致，认真仔细，做到步步有校核。

第二节作业的相关要求及规定

一、作业中应遵守的规定

1．观测应在成像清晰、稳定时进行；

2．仪器离前后视水准尺的距离要用皮尺丈量，或用视距法丈量，视距一般不应超过50m，前后视距应尽可能相等；

3．前、后视距观测最好用同一根水准尺；

4．前视各点观测完毕以后，应回视后视点，最后应闭合于水准点上。

二、观测工作的要求

沉降观测是一项较长期的系统观测工作，为保证观测成果的正确性，应尽可能做到四定：

1固定人员观测和整理成果；

2固定使用的水准仪及水准尺；

3使用固定的水准点；

4按规定的日期、方法及路线进行观测。

三、观测中的注意事项

1严格按测量规范的要求施测。

2前后视观测最好用同一水平尺。

3各次观测必须按照固定的观测路线进行。

4观测时要避免阳光直射，且各观测环境基本一致。

5成像清晰、稳定时再读数。

6随时观测，随时检核计算，观测时要一气呵成。

7在雨季前后要联测，检查水准点的标高是否有变动。

8将各次所观测沉降情况及时反馈有关部门，当建（构）筑物每天（24h）连续沉降量超过1mm时应停止施工，会同有关部门采取应急措施。

第三节稳定及验收标准

一、稳定标准

稳定标准应由沉降量与时间关系曲线判定，对重点观测和科研观测工程，或最后三次观测中每次沉降量均不大于2√2倍测量中误差，则认为已进入稳定阶段。

二、验收标准

建筑物竣工验收标准为最后一次观测的沉降速度：

二、三级、多层建筑物和低层建筑物平均沉降速度≤0.10mm/d，最大沉降速度≤0.12mm/d（2处），一级、高层建筑物平均沉降速度≤0.06mm/d，最大沉降速度≤0.08mm/d（2处）。

第四章漳泽水库土坝沉降监测的流程

对土坝进行沉降监测的方法和程序是：

①沉降监测方案研究和技术设计；

②沉降监测仪器检验；

③沉降监测点位布设；

④沉降监测数据采集；

⑤沉降监测数据处理；

⑥沉降量计算与分析；

⑦沉降量报表；

⑧沉降过程曲线绘制；

⑨沉降监测报告编写。

当沉降监测到一定的时期，或遇特殊情况后，需要对沉降监测基础进行复测，然后，利用一定的理论方法对基准点的稳定性进行分析，利用稳定的基准点计算沉降量。

如需要，有时还需要一定的方法对建筑后期可能出现的沉降量进行预测和预报。

第一节沉降监测方案研究和技术设计

工业与民用建筑物应根据工程项目的性质、结构的特点、规模大小、质量精度要求等，研究沉降监测方案和规划监测作业，选择测量仪器设备，组成测量队伍。

一、精度设计

按《建筑物沉降监测规范》规定，一般建筑物应反映1mm的沉降量，这就要求监测精度要高于±

1mm，一般按二等测量技术规定执行。

对于研究性的监测，应采用一等水准测量技术指标。

在实施监测时，某些技术要求要高于相应的等级，如采用二等水准时，视距长度限制在30m内，而不是50m，而某些指标不受相应等级技术指标的限制，如三丝最小读数等。

我们通常说到的沉降观测的精度的确定是反映观测中误差的确定，绝对沉降（如沉降量、平均沉降量等）的观测中误差，对于其它精度要求的工程可按地基条件，结合经验与分析具体确定：

相对沉降的观测中误差，根据1971年13届FIG会议提出的，如果观测的目的是为了使变形值不超过某一允许的数值而确保建筑物的安全则其观测的中误差应小于允许变形值的1/10——2/10，我国建筑设计部门以允许倾斜值的1/20作为监测的精度指标。

表4.1沉降监测的等级及其精度要求

变形测量等级

沉降观测

位移观测

适用范围

观测点测站高差中误差（mm）

观测点坐标中误差（mm）

二级

≤0.50

≤3.0

中等精度要求的建（构）筑物和科研项目变形观测：

重要建（构）筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测

三级

≤1.50

≤10.0

低精度要求的建（构）筑物变形观测；

一般建（构）筑物主体倾斜观测、场地滑坡观测

闭合差≤±

1√Nmm（N代表测站数）。

（一）沉降观测的精度一般应符合的规定

1连续生产设备基础和动力设备基础、高层钢筋混凝土框架结构及地基土质不均匀的重要建筑物，沉降观测点相对于后视点高差测定的容差为±

1mm（即仪器在每一测站观测完前视各点以后，在回视后视点，两次读书之差不得超过1mm）。

2一般厂房、基础和构建物，降陷观测点相对于后视点高差测定的容差为

±

2mm。

3每次观测结束后，要检查记录计算是否正确，精度是否合格，并进行误差分配，然后将观测高程列入沉降观测成果表中，计算相邻两次观测之间的沉降量，并注明观测日期和荷重情况。

为了更清楚地表示沉降、时间、荷重之间的相互关系，还要画出每一观测点的时间与沉降量的关系曲线及时间与荷重的关系曲线。

时间与沉降量的关系曲线，系以沉降量S为纵轴，时间T为横轴，根据每次观测日期和每次下沉量按比例画出各点，然后将各点连接起来，并在曲线的一端注明观测点号。

（二）二等级几何水准观测的技术要求

1对二级沉降观测，应使用DS1或DS05型水准仪、因瓦合金标尺，按光学测微法观测；

对三级沉降观测，可使用DS3型仪器、区格式木质标尺，按中丝读数法观测，亦可使用DS1、DS05型仪器、因瓦合金标尺，按光学测微法观测。

光学测微法和中丝读数法的每测站观测顺序和方法，应按现行国家水准测量规范的有关规定执行。

2.二级水准观测的视线长度、前后视距差、视线高度，应符合表4.2的规定。

表4.2水准观测的视线长度、前后视距差、视线高度

等级

视线长度

前后视距差

前后视距累积差

视线高度

≤50

≤2.0

≥0.2

≤75

≤5.0