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水工观测技术规程

1 总 则

    1.1 为了掌握工程状态和运用情况,及时发现工程隐患,防止事故的发生,充分发挥工程效益,延长工程使用寿命,并为水利工程设计、施工、科学研究提供必要的资料,根据水利部颁发的《土石坝安全监测技术规范》SL551-2012要求,并参照国家有关测量规范,特制定本规程。

    1.2 观测工作的基本要求是:保持观测工作的系统性和连续性,按照规定的项目、测次和时间,在现场进行观测。要求做到“四随”(随观测、随记录、随计算、随校核)、“四无”(无缺测、无漏测、无不符合精度、无违时)、“四固定”(人员固定、设备固定、测次固定、时间固定),以提高观测精度和效率。

    1.3 观测人员持证上岗,树立高度的责任心和事业心,严格遵守本细则规定,确保观测成果真实、准确和符合精度要求。所有原始资料必须按规定签署测量、记录、校核,责任到人。

    1.4 加强对建筑物的日常巡视、检查,发现异常及时记录,非汛期每月不少于3次;汛期每周不少于1次;特殊情况增加巡查。

    1.5  目前开展的主要观测项目有:水平位移、垂直位移、坝基测压管水位、绕渗测压管、渗流量、 应力应变观测(砼防渗墙内和出口闸室翼墙)、溢洪道闸墩变形等观测项目。对于近库区山体稳定、库区淤积、水质监测、建筑物裂缝、下泄水流形态、混凝土碳化深度等。根据工程需要,必要时可开展其专项观测。

每次观测结束后,必须对记录资料进行检查、计算、整理,并对观测成果进行初步分析,如发现观测精度不符合要求,必须立即重测。如发现其它异常情况,应立即进行复测,查明原因并报上级主管部门,同时加强观测,并采取必要的措施。

    1.6 记录制度:

    (1)一切外业观测值和记事项目均必须在现场直接记录于规定手簿中(数字式自动观测仪器除外),需现场计算检验的项目,必须在现场计算填写,如有异常,应立即复测。

    (2)外业原始记录应使用硬度较高的H2铅笔记载,内容必须真实、准确,记录应力求清晰端正,不得潦草模糊。

    (3)手簿中任何原始记录严禁擦去或涂改。

    (4)原始记录手簿每册页码应予连续编号,记录中间不得留下空页,严禁缺页、插页。如某一观测项目观测数据无法记于同一手簿中,在内业资料整理时可以整理在同一手簿中,但必须注明原始记录手簿编号。

    1.7  自动化监测系统运行与维护

    (1)自动化系统的监测频次规定如下(不含位移观测):

试运行期1次/天,常规监测不少于1 次/周,非常时期可加密测次。

    (2)所有原始实测数据必须全部入库。

    (3)监测数据至少每3个月作1次备份。

    (4)宜每半年对自动化系统的部分或全部测点进行1次人工比测。

    (5)每3个月对主要自动化监测设施进行1次巡视检查,汛前应进行1次全面检查。

    (6)每6个月校正1次系统时钟。

    (7)系统应配置足够的备品备件。

    1.8 观测资料报表、整编、存档制度:

   (1)观测数据及采集的工程影像资料在初步整理、核实无误后,填制相应观测报表。

   (2)每年初应将上一年度各项观测资料整编刊印、刻盘(不少于2份)归入技术档案永久保存。

    1.9  工程施工期间,必须采取妥善防护措施。如果原设备损坏或失效,及时在原观测设施附近重新埋设新观测设备,并加以考证。

    1.10  在积累了一定的监测数据后,定期请有关设计或科研单位对监测数据进行分析。并结合工程实际情况,增、减相应监测项目、改进监测技术和监测手段,提高观测精度和资料整编分析水平。

2 表面变形观测

    2.1 一般规定

    2.1.1 在进行变形观测时,必须同时观测记录上、下游水位、工程运用情况及气压与气温。

    2.1.2 垂直位移量以向下为正,向上为负。横向水平位移:向下游为正,向上游为负,纵向水平位移:左岸为正,右岸为负;

    2.1.3 水准仪法垂直位移观测的时间与测次应符合下列规定:

   (1)施工期,建筑物每次增加荷重前后各观测一次。条件许可每月至少观测一次。

   (2)运行期,可在汛前、汛后各观测一次;经资料分析建筑物的垂直位移已趋于稳定的,可改为每年观测一次。

   (3)如发生超过设计水位标准或其它影响建筑物安全的情况时,必须随时增加测次。

    2.1.4   测量机器人法水平位移的时间与测次应符合下列规定:

   (1)水库初蓄期气象条件许可,每七天不少于一次,库水位突升或突降增加观测。

   (2)运行期,每月至少观测一次。经资料分析建筑物的位移已趋于稳定的,可适当减少观测。

   (3)如发生超过设计水位标准或其它影响建筑物安全的情况时,必须随时增加测次。

    2.1.5 水准基点的校核应符合下列规定:

   (1)在埋设基点后的3年内,应每年不少于校测两次;

   (2)第3年至10年内应每年校测一次,以后在校核基点较稳定且保护条件较好的情况下,可减为每2-5年校测一次。

    2.1.6 水平位移校核基点的校核应符合下列规定:

   (1)在埋设基点后的3年内,应每年不少于一次;

   (2)第3年至9内应每2年校测一次;9年后,在基点保护较好的情况下,可每5年一次。

    2.1.7 观测人员组成:应配有观测一人、记录一人、撑伞一人、扶尺二人、量距二人,人员相对固定。各观测人员操作细则见附录A。

    2.2 观测方法

    2.2.1  垂直位移校核基点校核

    根据水准点分布情况确定水准线路图,图中要标明校核基点、工作基点及测站和转点的位置,以及观测路线和前进方向,观测方案不得随意修改。

    基岩水准校核基点数量不少3个。由于临近的国家等级水准基点精度低(3等)、可靠性差、距离远,目前采用相对高程法来考证工作基点稳定性。具体方法如下

    在一范围内(满足测程基本相等)埋设若干个校核基点(其中一个为主点,其余为辅点),采用国家二等水准测量精度要求接测,计算出各基点间相对高差。若相对高差与上次观测结果基本相等或相对高差差值小于2倍中误差,即可假定基点无变动。确认各点相对高差稳定以后,每次只从水准主基点冻结高程引测计算,以此高程作接测的依据。观测得各工作基点的高程。

    2.2.2 垂直位移工作基点观测

    垂直位移标点观测线路设置原则如下:

   (1)测站的选择应尽可能使测站少、测程短;

   (2)转点各站前后距离应尽量相等;

   (3)中视点与后视点的距离差不宜大于1.5m

   (4)单程测站数尽量为偶数;

   (5)高低起伏时应保证最低读数满足规定要求。

    线路一经确定,在地物、地貌未变的情况下不得再变动测量线路、测站和转点。

    2.2.3 观测精度要求

   (1)垂直位移观测应符合现行国家二等水准测量规范要求。当测点较多时,可以水准线路上的某个测点或转点作为后视点,以一定范围内视距相近的垂直位移标点作为同等的前视点(称为中间点),以测定这一组内不同标点的高程。观测时必须先测读转点标尺读数,后测读中间点标尺读数,然后再校测一遍后视基本分划读数。线路水准必须采取环线或附合路线测量,严禁采取放射状路线测量。

   (2)垂直位移观测时,应自工作基点引测各垂直位移标点高程,不应从垂直位移标点再引测其他标点高程,严禁从中间点引测其他各测点高程。

   (3)每一测段的观测,应在上午或下午一次测完。每一工程的观测,应尽量在一天内观测结束。如工程测点较多,间隙时应在工作基点上结束。

   (4)水准仪的测读顺序应符合仪器的使用说明。

   (5)测站设站应符合下表要求                   

                                          (单位:m)

等级与仪器

类      型

视  线

长  度

视 距 差

视距差

累  积

视  线

高  度

备  注

二 DNA03

≤45

≤0.5

≤2.0

≥0.2

重复次数>3

三 NA2

≤50

≤1.0

≤3.0

≥0.3

四 S3

≤100

≤3.0

≤10.0

三丝能读

说明:采用DNA03电子水准仪进行测量时,如遇成像差、风大时增加重复观测次数。

   (6)测站观测限差不能超过下表的规定(下表针对NA2 、S3仪器,DNA03电子仪器执行仪器默认设置)。测站观测误差超限,在本站发现后可立即重测,若迁站后才检查发现,则应从水准点或间歇点 ( 须经检测符合限差 ) 起始,重新观测。

    (单位:mm)   

等级

上下丝平均值与

中丝数的差

基   辅

分划差

基辅分划

高差的差

间 歇 点

高差的差

二等

3.0

0.4

0.6

1.0

三等

4.0

1.0

1.5

1.5

   (7) 每1-2年要将仪器送至鉴定单位进行一次鉴定, 每次水准点校核测段测量前后应对仪器进行检验。DAN03、NA2 水准仪,i角应不大于15″,测后大于测段数据报废;测前大于,仪器送厂商检验、校正后。三、四等水准测量,i角应不大于20″。

    2.2.7观测中应遵守的事项:

   (1)观测前30min,应将仪器置于露天阴影下,使仪器与外界气温趋于一致;设站时,须用白色测伞遮蔽阳光;迁站时,应罩以仪器罩。

   (2)在连续各测站上安置水准仪的三脚架时,应使其中两脚与水准路线的方向平行,第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。

   (3)除路线转弯处外,每一测站上仪器与前后视标尺的三个位置,应尽量接近一条直线。

   (4)同一测站上观测时,不得两次调焦。仅当三、四等水准测量的视线长度小于10m,且前后视距差小于1m时,可在观测前后标尺时调整焦距。一、二等水准测量,转动仪器的倾斜螺旋和测微鼓时,其最后旋转方向,均应为旋进。

   (5)每一测段无论往测与返测,其测站数均必须为偶数。由往测转向返测时,两支标尺须互换位置,并应重新整置仪器。

    2.2.8下列情况下,不得进行观测:

  (1)日出后与日落前30min内;

  (2)太阳中天前后各约2h内;

  (3)标尺分划线的影像跳动而难于照准时;

  (4)气温突变时;

  (5)风力过大而使标尺与仪器不能稳定时。

    2.2.9 资料整理与初步分析

   (1)每次观测外业工作结束后,应及时对成果计算、校核。当闭合差大于1mm以上时,必须进行平差计算,平均每测站高差改正值为-Δh/N(Δh为闭合差,N为测站数),据此计算每测站高程,并以正确高程计算各中视点高程。在经过校核的基础上,必须由计算、校核者以外的第三者进行二校,确认观测成果无误,即编制垂直位移观测成果报表。测量、报表填制、校核人员以及主要技术负责人都应在报表上签字。

    在编制报表的同时,必须检查间隔垂直位移量有无异常,如发现有异常现象,应从原始记录查起,检查本次观测成果有无计算错误,报表有无填制、计算错误,在确认上述均无错误的情况下,对异常点必须进行复测,并将观测记录归入档案。

   (2)垂直位移观测应填写下列表格:

    ①校核基点考证表:校核基点埋设时填制,并绘制基点结构图,以后不必再填。

    ②工作基点高程考证表:定期校测工作基点高程时填制。

    ③垂直位移标点考证表:以工程底板浇筑后第一次测定的标点高程为始测高程。如无施工期观测记录,则应将第一次观测的高程为始测高程,但必须在备注中说明第一次观测与底板浇筑后的相隔时间。如标点更新或加设,应重新填记本表,并在备注中说明情况。

    ④垂直位移观测成果表:按工程部位自上游向下游,从左向右分别填写,算出间隔和累计位移量。间隔位移量为上次观测高程减本次观测高程。

    ⑤垂直位移量变化统计表:系根据较长时间观测所得的位移量汇总而成。通过它可点绘出垂直位移量变化过程线图,此表于逢五、逢十年度的资料汇编时填报。

    ⑥填表规定:

    A)高程单位:m,精确至0.0001m

    B)垂直位移量单位:mm,精确至0.1mm

    (3) 垂直位移观测应绘制下列图形:

    ①垂直位移量纵断面分布图。

    ②垂直位移量横断面分布图。

    ③垂直位移量变化过程线图。

    ④垂直位移量平面分布等值线图:

    2.3 水平位移观测 

    一般规定

   (1)组网方式—可采用边角网、至少有3个稳定可靠的点作为校核基准点。

   (2)组网图形—可布设成基准线、三角行、大地四边形、中点多边形等基本图形.。

    (3) 宜采用坐标投影—采用高斯-克吕格投影1.5°或3°带,独立坐标系统(2000国家大地坐标系的地球椭球参数)。

   (4)投影面可采用测区平均高程面;

   (5)精度要求:

    最弱工作基点相对邻近基准点的点位中误差不大于1毫米,网的平均多余监测分量不小于0.3。

    位移观测点的指定方向位移量中误差不得大于其准许值的1/20,参照土石坝安全监测技术规范(DL.T 5259-2010)暂定为3毫米

   (6)基本精度指标与主要技术要求参照国家三角测量规范( GB/T 17942-2000)

3 渗流观测

    3.1 一般规定

    3.1.1 观测时间和测次:

   (1)采用自动化数据采集的测点设置在每天早上8点。观测频次:日常观测每天1次,发现管水位突变应立即进行加测与人工观测、并及时进行整理分析;库水位新高或其他特殊情况下可视情况调整至2-4次;所以渗压计宜每3个月进行一次人工对比观测。

   (2)人工观测的测点汛期7天1次;当上游水位超汛限、超标准运用或遇有影响工程安全的灾害时,应随时增加测次。

   (3)量水堰人工对比观测,初期不少于7天一次,堰上、水位、流量关系曲线率定宜每年不少于1次。

    3.1.2  测压管检验与管口高程校测

   (1)测压管管口高程校核:每年考证一次,以后采用4等水准或三角高程进行。

   (2)测压管进水管段灵敏度试验:正常情况每五年进行一次全面检验。如果测压管水位反映不正常,应即进行检验。

    3.1.3  在观测测压管内水位时,必须同步观测上、下游水位,如遇上、下游水位变动较大,应向后推延4-24h小时。

    3.2 测压管的埋设安装及灵敏度检验方法
    3.2.1 造孔

    不论何种土质,造孔均宜采用岩芯管冲击法干钻,并对岩芯作编录描述。严禁用泥浆固壁。需要防止塌孔时,可采用套管护壁,如估计难以拔出,应事先在监测部位的套管壁上钻好透水孔。终孔后应测量孔斜,以便精确确定测点位置。

    3.2.2 测压管制造

    测压管由透水段和导管组成。透水段可用导管管材加工制做,面积开孔率约10%~20%(孔眼形状不限,但须排列均匀和内壁无毛刺),外部包扎足以防止土颗粒进入的无纺土工织物,管底封闭,不留沉淀管段。

    3.2.3 测压管安装

    埋设前,应对钻孔深度、孔底高程、孔内水位、有无塌孔以及测压管加工质量、各管段长度、接头、管帽情况等进行全面检查并做好记录。

    下管前应先在孔底填约10cm厚的反滤料。下管过程中,必须连接严密,吊系牢固,保持管身顺直。就位后,应立即测量管底高程和管水位,并在管外回填反滤料,逐层夯实,直至本测点的设计进水段高度。从孔底至反滤料顶面的孔段长度,才是真正的测压管进水段(可大于测压管管体透水段),也是该测压管的实际监测范围,故须在埋设中严格遵守设计意图,精确测量并记录存档。

    对反滤料的一般其渗透系数宜大于周围土体的10~100倍。

    3.2.4 封孔

    封孔材料,宜采用膨润土球或高崩解性粘土球。土球应由直径5~10mm的不同粒径组成,并逐层捣实。切忌大批量倾倒,以防架空。管口下1~2m范围内应用夯实法回填粘土。

    3.2.5  测压管安装、封孔完毕后应进行灵敏度检验。检验方法采用注水试验,应在库水位稳定期进行。若进水段周围为壤土料,注水量相当于每m测压管容积的3~5倍;若为砂粒料,则为5~10倍。注入后不断观测水位,直至恢复到或接近注水前的水位。对于粘壤土,注入水位在五昼夜内降至原水位为灵敏度合格;对于砂壤土,一昼夜降至原水位为灵敏度合格;对于砂砾土,1~2h降至原水位或注水后水位升高不到3~5m为合格。

    3.2.6 质量检验

    在从造孔始至灵敏度检验合格止的全过程中,随时记录和描述有关情况及数据,灵敏度合格后,提交完整的“测压管钻孔柱状图”和“测压管考证表”,并存档妥善保管。

    3.2.7 测压管如经灵敏度检查不合格、管内的淤积、堵塞经处理无效,或经资料分析测压管已失效时,宜在该孔附近钻孔重新埋设测压管。

    3.3 资料整理与初步分析

    3.3.1 测压管水位观测应填写下列表格:

   (1)测压管考证表:测压管埋设之后,将埋设时的具体情况、结构布局及首次观测的管口高程填入本表,作永久考证,并绘制结构布局简图。

   (2)测压管灵敏度试验记录成果表:在测压管埋设后,即应做注水(或放水)试验,并填入此表。以后每五年试验一次填入本表。

   (3)测压管管口高程考证表:测压管管口高程随建筑物本身的垂直位移变化而变化,也可结合垂直位移观测进行,并将校测成果填入本表。

   (4)测压管水位统计表:观测或计算所得的测压管内水位,填入本表,并填入同步观测的工程上、下游水位。

    3.3.2 测压管水位的观测应绘制下列图形:

    测压管水位过程线图:将测压管水位统计表内数据按时间顺序点绘而成。一般在同一断面内的一组测压管的水位过程线绘在同一幅图内,并同时绘出上、下游水位过程线,以便于比较分析。

    3.3.3 在测压管水位资料整编后,应及时分析测压管所在位置的渗透稳定情况,发现问题,应及时采取措施。

4 裂缝及应力应变观测

    4.1 一般规定

    4.1.1  应力应变观测范围包括混凝土防渗墙内应力应变、泄洪洞引水洞出口钢板应力观测。

    4.1.2 建筑物表面产生裂缝后,应对裂缝的分布、位置、长度、宽度、深度以及是否形成贯穿缝,作出标记,进行观测。对于影响结构安全的重要裂缝,应选择有代表性的位置,设置固定观测标点(裂缝计或不锈钢测桩),对其变化和发展情况,定期进行观测。

    缝观测时,应同时观测气温、上下游水位等,并了解结构荷载情况。

    4.1.3 观测时间与测次:

    4.1.3.1 采用自动化数据采集的测点设置在每天早上8点。观测频次:日常观测每天1次,发现库水位突变或者应立即进行加测并及时进行整理;库水位新高或其他特殊情况下可视情况调整至2-4次。

    4.1.3.2 裂缝观测:在混凝土建筑物裂缝发展初期,应每月观测一次。当裂缝发展缓慢后,可适当减少测次,但至少应在每年气温较高和较低时各观测一次。

    在出现历史最高(低)水位、最高(低)气温、发生强烈震动、超标准运用或裂缝有显著发展时,均应增加测次。

    在判明裂缝已不再发展后,可停止观测。

    4.2 观测设施的布置和观测方法

    4.2.1 裂缝的位置和长度的观测:可在裂缝两端用油漆画线作标志,或在混凝土表面绘制方格座标,进行测量。

    4.2.2 裂缝宽度的观测:通常可用刻度显微镜测定。对于重要裂缝,一般可采用在裂缝两侧的混凝土表面各埋设一组金属标点,用游标卡尺测定。

    4.2.3 裂缝深度的观测:必要时,超声波探伤仪测定或钻孔取样等方法测量。

    4.3 资料整理与初步分析

    4.3.1 混凝土建筑物裂缝的观测应填写下列表格:

   (1)混凝土建筑物裂缝观测标点考证表:裂缝观测标点埋设之后,将首次观测的记录记入本表。

   (2)混凝土建筑物裂缝观测成果比较表:将每次观测的混凝土建筑物裂缝的长度、宽度记录下来,并与原始记录相比较,以了解其发展情况,同时应记录相应的气温、水位差和荷载等情况。

   (3)填表规定:

  ①裂缝长度:精确至0.01m

  ②裂缝宽度:精确至0.1mm

    4.3.2 对于混凝土建筑物裂缝的观测应摄取相应的资料:

   (1)裂缝分布状况:将裂缝位置在影像上注明、编号。

   (2)对于重要的的裂缝,辅以大比例尺的平面图或剖面展视图,便于分析比较。

5 其它观测

    5.1 泄水水流形态观测

    5.1.1 水流形态观测包括水流平面形态和水跃观测,可根据溢洪道、泄洪洞、引水洞运用方式、上游水位、下泄流量等组合情况下不定期进行。在发生超标准运用时应加强观测。如发现不正常的流态,应详细记录水流形态、上下游水位及闸门启闭情况,检查、分析产生的原因,并采取适当调整闸门开度的方法以改善不良流态。

    5.1.2 水流平面形态观测内容包括:泄水时上下游的流向、漩涡、回流、水跃、折冲水流、近岸冲涮等。

    5.1.3 水流平面形态的观测,一般采用目测法。首先应缩绘观测范围的建筑物平面图,观测时持图立于能清晰看见水流平面形态的位置;直接将水流平面形态用符号描绘于平面图上。如水面较宽,目测有困难时,可辅以浮标法,用经纬仪或平板仪交会测定浮标位置,定出流向等水流形态出现的位置,点绘在缩绘的平面图上。

    5.1.4 水跃形式有远驱水跃、临近水跃、淹没水跃和波状水跃。目前由于条件限制,无法进行水跃高度、收缩断面水深、跃长等观测,但因远驱式水跃对工程安全影响较大,故应详细记录水跃的位置、上下游水位及闸门启闭等情况,分析其产生的原因,并采取适当调整闸门开启高度的办法,避免产生远驱式水跃。

    5.1.5 水流形态观测应整理如下成果:

   (1)水流平面形态分布图;

   (2)水跃形态示意图。

    5.2 混凝土碳化深度观测

    5.2.1 观测时间:可视工程检查情况不定期进行。

    5.2.2 测点布置:可按建筑物不同部位均匀布置,每个部位同一表面不应少于三点。对于受力较大或应力较复杂的部位,测点应加密。观测时应在构件顶面、底面、侧面等多方位进行。测点宜选在通气、潮湿的部位,但不应选在角、边或外形突变部位。

    5.2.3 观测方法:目前一般采用凿孔的方法,用酚酞试剂(用100毫升无水酒精加入2克酚酞溶解而成)试验,如颜色不变,则说明该处混凝土已碳化,如颜色变为粉红色,则说明混凝土尚未碳化。用测深尺量得该处混凝土碳化的深度,并将试验结果填入混凝土碳化试验成果表。

    5.2.4 观测结束后应用高标号水泥砂浆将试验孔封堵。如碳化深度大于或接近钢筋保护层,应采取保护措施,防止钢筋进一步锈蚀。

    5.2.5 混凝土碳化深度观测应填制如下成果:

    混凝土碳化深度观测成果表

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