蔣茂利，陳 濤

（中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙410014）

1 概 述

1.1 工程簡(jiǎn)介

錦屏一級(jí)水電站位于四川省鹽源縣與木里縣交界的雅礱江干流，是雅礱江水能資源最富集的水電站。電站工程等級(jí)為Ⅰ等，工程規(guī)模巨大，地處深山峽谷地區(qū)，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，兩岸為近千米的高陡邊坡，基巖裸露，巖壁聳立，為典型的深切“V”型谷。大壩為目前世界上最高雙曲拱壩，其壩頂高程1 885m，建基面高程1 580m，最大壩高305 m，拱冠梁頂厚16m，拱冠梁底厚63m，最大中心角93.12°，頂拱中心線弧長(zhǎng)552.23m，厚高比0.207，弧高比1.811。設(shè)置25條橫縫，將大壩分為26個(gè)壩段，橫縫間距20～25m，平均壩段寬度為22.6m，施工不設(shè)縱縫。拱壩體型復(fù)雜，高差大，測(cè)量點(diǎn)、線、面幾何關(guān)系復(fù)雜。兩岸地形地質(zhì)條件差，測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)布設(shè)困難，形體質(zhì)量控制難度大。

1.2 雙曲拱壩特征

雙曲拱壩是指在水平方向和豎直方向上都存在彎曲的拱壩，它是拱壩中最具有代表性的壩型。雙曲拱壩的水平方向彎曲可以發(fā)揮拱的作用，豎直方向彎曲可實(shí)現(xiàn)變中心、變半徑以調(diào)整拱壩上下部的曲率和半徑。鑒于雙曲拱壩幾何特性，提高大壩形體質(zhì)量，需采取特定的施工測(cè)量及檢測(cè)方法。

2 控制網(wǎng)布設(shè)、測(cè)量及維護(hù)

根據(jù)控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則，采用兩級(jí)控制的方案，即大壩施工控制網(wǎng)及大壩加密控制網(wǎng)，測(cè)量控制網(wǎng)層次圖見(jiàn)圖1。平面基準(zhǔn)采用錦屏建設(shè)單位發(fā)布的錦屏一級(jí)水電站二等邊角網(wǎng)成果，高程基準(zhǔn)采用錦屏西端平洞基點(diǎn)組水準(zhǔn)點(diǎn)成果。

圖1 測(cè)量控制網(wǎng)層次

由于大壩高達(dá)305m，為了保證施工測(cè)量的精度和大壩形體的質(zhì)量，在大壩澆筑每上升50m左右布設(shè)一層大壩加密控制網(wǎng)，每層布置4～5點(diǎn)，分布在大壩左右岸，共布設(shè)5層控制點(diǎn)。各種平面控制網(wǎng)均設(shè)計(jì)為邊角網(wǎng)，嚴(yán)格按照建設(shè)流程進(jìn)行實(shí)施，其流程圖見(jiàn)圖2。

圖2 控制測(cè)量流程

高程控制網(wǎng)采用三等水準(zhǔn)聯(lián)測(cè)2個(gè)平面控制點(diǎn)，其余網(wǎng)點(diǎn)采用光電測(cè)距方法聯(lián)測(cè)三等三角高程，隨平面控制網(wǎng)網(wǎng)形結(jié)構(gòu)布設(shè)，為所有平面控制點(diǎn)提供三等水準(zhǔn)精度的高程。

按規(guī)范選擇滿足精度要求的儀器進(jìn)行觀測(cè)、選擇經(jīng)過(guò)鑒定和校核的軟件預(yù)處理、平差計(jì)算、精度分析等，確保合格后才能進(jìn)行下一步處理解算。

為確?？刂瞥晒目煽啃裕匆?guī)范要求并結(jié)合工程建設(shè)的實(shí)際情況，大壩首級(jí)控制網(wǎng)由建設(shè)單位組織復(fù)測(cè)并發(fā)布成果，其中二等網(wǎng)每年復(fù)測(cè)一次、三等網(wǎng)半年復(fù)測(cè)一次；加密控制網(wǎng)由監(jiān)理單位組織復(fù)測(cè)并發(fā)布成果，同時(shí)抄報(bào)建設(shè)單位。由施工單位負(fù)責(zé)施工區(qū)內(nèi)的控制點(diǎn)的維護(hù)，有異常向監(jiān)理單位、建設(shè)單位及時(shí)報(bào)告，據(jù)情況商討采取相應(yīng)的處理措施。

3 施工測(cè)量過(guò)程控制

3.1 放樣前的準(zhǔn)備

為保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣工作正常、有序、順利地進(jìn)行，各參建單位先從人員、儀器設(shè)備和技術(shù)上做好準(zhǔn)備工作并由建設(shè)單位監(jiān)督、考核；承包商編制施工測(cè)量方案，報(bào)監(jiān)理單位審核后按監(jiān)理批復(fù)意見(jiàn)實(shí)施；再?gòu)膱D紙讀審、放樣程序編制、放樣參數(shù)計(jì)算、放樣精度估算等方面做好室內(nèi)準(zhǔn)備工作，與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、建設(shè)單位的相關(guān)人員的成果進(jìn)行比對(duì)、比算，確定無(wú)誤后才能用于現(xiàn)場(chǎng)施工放樣測(cè)量工作。

3.2 放樣測(cè)站點(diǎn)的建立

放樣測(cè)站點(diǎn)選在建設(shè)單位提供的測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)或大壩加密控制網(wǎng)點(diǎn)上，如點(diǎn)位無(wú)法直接用于倉(cāng)面放樣時(shí)，測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)采用自由設(shè)站或全站儀極坐標(biāo)法按四等控制網(wǎng)測(cè)量技術(shù)要求測(cè)設(shè)站點(diǎn)，可在倉(cāng)面外或倉(cāng)面內(nèi)。無(wú)論哪種方式建立的測(cè)站點(diǎn)，均需要用至少2個(gè)檢查點(diǎn)控制站點(diǎn)的精度。

3.3 放樣方法

施工放樣的目的是將圖上所設(shè)計(jì)的建筑物的位置、形狀、大小與高低，在實(shí)地標(biāo)定出來(lái)，以作為施工的依據(jù)。對(duì)于錦屏一級(jí)水電站雙曲拱壩而言，可以采用輕巧方便的Casio fx4850／5800計(jì)算器編制施工測(cè)量放樣和測(cè)量檢測(cè)的計(jì)算程序。

3.3.1 放樣點(diǎn)位選擇

錦屏一級(jí)水電站大壩壩體橫向、縱向都是曲線，現(xiàn)場(chǎng)使用平面模板代替曲面，放樣點(diǎn)位選擇模板的交匯處，每隔3m放樣一個(gè)立模點(diǎn)。

3.3.2 放樣測(cè)量方法

采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行混凝土上、下游面任意點(diǎn)的放樣。全站儀極坐標(biāo)法是利用數(shù)學(xué)中的極坐標(biāo)原理，以兩個(gè)控制點(diǎn)的連線作為極軸，以其中一個(gè)點(diǎn)作為極點(diǎn)建立極坐標(biāo)系，將架設(shè)儀器控制點(diǎn)（即:極點(diǎn)）的坐標(biāo)和極軸的方位角輸入儀器中，在放樣部位任意測(cè)點(diǎn)，計(jì)算測(cè)量點(diǎn)至放樣點(diǎn)的橫向和縱向的偏距，指揮司尺員移動(dòng)，直到滿足放樣要求。

3.3.3 放樣基本程序

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和壩體上升時(shí)縱向的傾斜方向，預(yù)先確定放樣點(diǎn)至預(yù)設(shè)某高程設(shè)計(jì)邊線的距離，通常選擇0m、0.2m、0.5m、1m。

2）對(duì)于基巖倉(cāng)的上、下游面要對(duì)模板的上邊線和下邊線分別放樣，見(jiàn)圖3，其中圖中黑線框?yàn)槟０澹瑢?shí)心點(diǎn)為放樣點(diǎn)，空心點(diǎn)為模板上邊線點(diǎn)；對(duì)于上升倉(cāng)，先檢測(cè)前一層砼澆筑形體，模板下邊線以已有混凝土邊線為準(zhǔn)，只對(duì)模板上邊線進(jìn)行放樣，見(jiàn)圖4。

圖3 基巖倉(cāng)放樣示意

圖4 上升倉(cāng)放樣示意

3）放樣過(guò)程中，在模板交匯處徑向方向附近置鏡，用編制好的程序計(jì)算置鏡點(diǎn)至預(yù)設(shè)高程設(shè)計(jì)邊線的徑向距離，與預(yù)先選擇的距離進(jìn)行比較，當(dāng)差值小于1cm時(shí)，指揮置鏡員按差值的大小和方向確定點(diǎn)位并用帶紅色膠帽的鋼釘做點(diǎn)。

4）當(dāng)敲鋼釘時(shí)，如發(fā)現(xiàn)點(diǎn)位可能不在正確位置時(shí)，要再置鏡在鋼釘頂部，重新測(cè)量鋼釘?shù)钠矫孀鴺?biāo)并計(jì)算設(shè)計(jì)邊線的徑向距離，判斷是否滿足要求，否則拔出鋼釘重新進(jìn)行立模點(diǎn)的放樣。

3.4 模板檢測(cè)

壩面模板檢測(cè)的方法與放樣過(guò)程相似，直接測(cè)量每塊模板上邊線的端點(diǎn)，計(jì)算模板端點(diǎn)徑向偏差。因上、下游面是曲面，在水平方向和垂直方向上均為曲線，而實(shí)際采用平面模板代替曲面。對(duì)于基巖倉(cāng)模板檢測(cè)時(shí)，需對(duì)模板的上、下邊線分別進(jìn)行檢測(cè)，而上升倉(cāng)只檢測(cè)上邊線，模板下邊線以已澆混凝土邊線為準(zhǔn)。由于水平方向上用直線代替曲線，檢測(cè)時(shí)對(duì)每塊模板的接縫處都要檢查，基本上每3m檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)。考慮到混凝土澆筑對(duì)模板產(chǎn)生影響，一般當(dāng)模板相對(duì)設(shè)計(jì)位置大于10mm或小于20mm時(shí)，應(yīng)指導(dǎo)作業(yè)人員調(diào)整模板，直至模板相對(duì)設(shè)計(jì)位置的偏差在［－20mm，＋10mm］內(nèi)。

4 模板擬合精度分析及施工測(cè)量

4.1 模板擬合精度分析

由壩面拋物線方程可知:在同一高程面上，拱冠梁處曲率最大，等長(zhǎng)直線的平面模板在拱冠梁處擬合的壩面形體偏差最大；拱端處曲率最小，等長(zhǎng)直線的平面模板擬合的壩面形體偏差最小。

根據(jù)施工方案得知:大壩上、下游面使用3.3m×3m的懸臂模板，其中建基面以上4.5m左右采用組合鋼模板。為了全面反映每個(gè)高程面上以平面代曲面的最大偏差，選取拱冠梁處橫向3m，縱向每3m高差的上、下游曲面共386組數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算模板的擬合誤差，擬合計(jì)算示意圖見(jiàn)圖5（該圖為多卡模板立面投影圖，為計(jì)算方便，設(shè)定投影后模板高和寬均為3m不變）。計(jì)算時(shí)，假設(shè)模板角點(diǎn)（1#、3#、7#、9#）均在設(shè)計(jì)位置，2#、4#、6#、8#點(diǎn)的坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)兩角點(diǎn)坐標(biāo)的平均值；5#點(diǎn)的坐標(biāo)為1#、9#兩點(diǎn)或3#、7#兩點(diǎn)坐標(biāo)平均值。擬合精度統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1。

表1 模板擬合精度統(tǒng)計(jì)表

從表1中可看出，下游面擬合偏差較大，超過(guò)規(guī)范要求；上游面擬合差雖沒(méi)有超過(guò)規(guī)范要求，但對(duì)大壩形體的影響也大。

4.2 施工測(cè)量措施

以平面代曲面的擬合誤差較大，為了確保成型混凝土與設(shè)計(jì)面相對(duì)吻合并滿足規(guī)范對(duì)大壩形體的要求，在施工模板校核時(shí)模板的調(diào)校位置采用折中方法控制，見(jiàn)圖6，即模板端點(diǎn)相對(duì)設(shè)計(jì)位置向上游（下游模板）或下游（上游模板）方向偏離模板最大擬合差值的1／2，于是對(duì)于表1的最大偏差和擬合中誤差均減半，即模板總體擬合中誤差為±5.3mm。

圖5 模板擬合示意

圖6 下游模板折中定位法控制示意

由于多卡模板在混凝土澆筑過(guò)程中受力單一，整體性好，其引起的形體誤差帶有明顯的系統(tǒng)性和變形值的先驗(yàn)性，一般情況下模板位移量為0～10 mm，在模板調(diào)校和檢測(cè)時(shí)可對(duì)模板進(jìn)行控制，另外再預(yù)留該部分變形引起的誤差，能明顯提高大壩混凝土的最終形體質(zhì)量。

5 精度估算

大壩形體測(cè)量誤差包括:模板定位測(cè)量誤差、模板架立誤差、模板以平代曲擬合誤差。模板定位測(cè)量誤差指模板檢測(cè)時(shí)測(cè)量點(diǎn)相對(duì)于鄰近基本控制點(diǎn)的誤差。通常采用全站儀極坐標(biāo)法進(jìn)行模板檢測(cè)，根據(jù)采用的全站儀標(biāo)稱精度，測(cè)量中誤差用下式進(jìn)行估算:

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，倉(cāng)位離臨近基本控制點(diǎn)的距離一般不大于300m，取S＝300m，ρ＝206.625，ms＝±（2＋2×10－6D），mβ＝±2″，代入式（1），得

根據(jù)模板驗(yàn)收測(cè)量資料統(tǒng)計(jì)，按照測(cè)量放樣點(diǎn)位架立模板的中誤差Mj＝±2.2mm。模板以平代曲擬合中誤差Md＝±5.3mm。

根據(jù)誤差傳遞原理，由測(cè)量誤差、模板以平代曲擬合誤差和模板架立誤差引起的大壩外觀形體中誤差為

將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入式（2），得

取2倍中誤差作為混凝土形體誤差的限差，則為±13.8mm，滿足規(guī)范±20mm的要求。

6 形體檢測(cè)及質(zhì)量評(píng)價(jià)

針對(duì)錦屏一級(jí)高拱壩特殊體型結(jié)構(gòu)，且拱壩高305m，如采用傳統(tǒng)作業(yè)方法，待大壩竣工后再進(jìn)行斷面形體測(cè)量難度極大。在每倉(cāng)倉(cāng)面澆筑收倉(cāng)后至下倉(cāng)開(kāi)始立模放樣前，使用全站儀坐標(biāo)法或免棱鏡全站儀坐標(biāo)法進(jìn)行上倉(cāng)成型混凝土的形體測(cè)量。測(cè)量完成后，計(jì)算形體偏差，編制形體測(cè)量報(bào)告，對(duì)于偏差較大的測(cè)重報(bào)告及時(shí)分析原因，為以后大壩形體控制提供借鑒，并采取積極有效的措施避免偏差累積。

利用測(cè)量中心從2010－11－09～2013－11－25記錄50次812個(gè)檢測(cè)點(diǎn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形體檢測(cè)偏差分析情況見(jiàn)表2。

表2 形體檢測(cè)偏差分析表

從表2分析數(shù)據(jù)看，雙曲拱壩的形體偏差中誤差最大為±14.7mm，優(yōu)于規(guī)范要求的±20mm，完全滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

1）對(duì)于結(jié)構(gòu)垂直高差較大的建筑物，為了保證施工測(cè)量精度，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采取分層布設(shè)施工控制網(wǎng)；

2）對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑物，施工放樣前，必須先結(jié)合施工方案進(jìn)行精度分析，根據(jù)精度情況編制施工測(cè)量方案；

3）施工測(cè)量時(shí)必須按照確定的施工測(cè)量方案進(jìn)行作業(yè)。4）為了保證結(jié)構(gòu)物的整體性和美觀性，當(dāng)精度分析成果不能滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí)，采取必要的措施。例如，在模板定位時(shí)，雙曲拱壩采取折中的方法確定模板的位置，不僅為成型拱壩流暢的輪廓線條、美觀的造型提供基礎(chǔ)，而且為最終整個(gè)大壩的形體完全滿足設(shè)計(jì)要求提供保證。

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