水坝坝顶心墙水平位移监测装置及方法与流程

本发明涉及大坝安全监测领域，具体涉及水坝坝顶心墙水平位移监测装置及方法。

背景技术：

近年来，我国建成了包括糯扎渡水电站、长河坝水电站等大型水电工程在内的多个砾石土心墙堆石坝，目前在建的两河口水电站、双江口水电站均属于该类坝型。对于该类大坝，安全监测工程极其重要。

现有技术中，对于砾石土心墙堆石坝而言，坝顶心墙水平位移观测采用传统的混凝土观测墩(如图1)。这种观测墩底座尺寸一般为1.0m*1.0m，墩高1.2m。由于该类结构观测墩高于坝面1.2m以上，且体积较大，建造在坝顶心墙顶部将影响坝顶车辆通行，而且在车辆通行过程中也容易受到碰撞，从而无法准确测得可靠的坝体变形。另外，该结构观测墩建在大坝轴线顶部，也影响坝顶整体美观。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供水坝坝顶心墙水平位移监测装置及方法，以解决现有技术中水坝坝顶的观测墩影响坝顶车辆通行、且观测墩容易受车辆碰撞影响观测精度的问题，实现避免观测墩干扰坝顶车辆正常通行、且观测精度不受通行车辆影响的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

水坝坝顶心墙水平位移监测装置，包括与坝顶心墙固定连接的观测墩、强制对中基座、与强制对中基座相匹配的测绘基座，所述观测墩顶部高程低于坝顶高程，所述强制对中基座固定安装在观测墩顶面，所述测绘基座可拆卸连接在强制对中基座上方，测绘基座上连接测绘组件；还包括用于遮盖观测墩顶部的保护盖，保护盖放置在观测墩顶部时，保护盖顶部高程与坝面高程相同。

现有技术中，砾石土心墙堆石坝的观测墩建造在坝顶心墙顶部将影响坝顶车辆通行，而且在车辆通行过程中也容易受到碰撞，从而无法准确测得可靠的坝体变形，为此本发明提出水坝坝顶心墙水平位移监测装置，与传统的观测墩高于坝面1.2m的设置不同，本申请中观测墩虽仍然与坝顶心墙固定连接，但是其顶部高程低于坝顶高程，即是观测墩的顶面位于坝顶的下方，强制对中基座固定安装在观测墩顶面。测绘基座可拆卸连接在强制对中基座上方，测绘基座用于连接其上方的测绘组件。当测绘基座、测绘组件没有安装在强制对中基座上时，本申请即可通过保护盖来遮盖观测墩的顶部，此时，保护盖顶部高程与坝面高程相同，也就是保护盖的顶面与坝面齐平。本发明在日常使用中，将测绘基座、测绘组件从强制对中基座上取下，利用保护盖遮住观测墩，此时由于保护盖的顶面与坝面齐平，因此坝顶是整体、连续的平面，没有任何向上伸出的观测墩来干扰车辆等在坝顶的通行，更不会出现观测墩受车辆碰撞影响观测精度的现象。当进行坝顶心墙水平位移时，只需打开或移走保护盖，将测绘基座固定连接在强制对中基座上，再将测绘组件固定连接在测绘基座上，调平测绘组件，即可在心墙位移过程中进行正常的观测作业。因此，本装置解决了在砾石土心墙坝心墙顶水平位移观测中存在的坝顶通行受干扰的问题，在该类大坝中可广泛应用，且在其它类型的大坝坝顶观测中也可推广使用。

进一步的，所述测绘组件包括可拆卸连接的a部件、b部件，所述b部件与测绘基座相匹配，能够安装在测绘基座上，所述a部件可拆卸连接在b部件的上方，所述a部件上设置用于安装测绘用棱镜头的棱镜卡槽；当所述b部件安装在测绘基座上时，所述a部件的顶面比坝面高n，其中n≥1.2m。本方案中，由于a部件可拆卸连接在b部件的上方，因此当高度足够时，可以仅使用b部件连接测绘仪，具体的如在b部件顶部直接连接gps天线等测绘仪器即可，可以通过丝扣之间连接，也可以通过转接头进行连接。而当b部件高度不够时，将a部件连接在b部件的上方，再在a部件上安装测绘仪器，即可增大高度，极大的提高本申请的使用灵活性。棱镜卡槽用于安装测绘用的棱镜头，b部件上也可以优选的直接设置一个棱镜卡槽，或是通过连接带棱镜卡槽的转接头的方式来安装棱镜头。此外，分体式的a部件、b部件，能够减少测绘组件的长度，便于运输搬运，减少运输过程中受损变形等的风险。

所述测绘基座上设置第一水平仪，所述a部件上设置第二水平仪。

所述a部件、b部件为同轴的杆体，a部件的底端与b部件的顶端通过螺纹连接；所述b部件的底端设置与测绘基座相匹配的连接器底座；所述连接器底座与测绘基座可拆卸连接。b部件顶部优选设置外螺纹，不仅能够用于与a部件连接，还能够用于与测绘仪器等通用设备的快速安装连接。

所述a部件上固定凸台，所述第二水平仪设置在所述凸台上。通过凸台为第二水平仪提供稳定可靠的安装工位。

所述观测墩顶面设置凹槽，强制对中基座设置在凹槽内；还包括扣在凹槽顶部拐角处的角钢，所述角钢的一侧嵌设在凹槽侧壁、另一侧嵌设在观测墩顶面。保护盖用于遮盖所述凹槽的敞口端，使得强制对中基座有专门且充足的安装空间，同时通过角钢的设置，使得在拆卸或安装测绘基座时，不会对凹槽侧壁造成磕碰，进一步的提高对观测墩顶部的保护能力，避免观测墩顶部受损影响观测精度的情况。

所述保护盖由镀锌钢板制作而成，保护盖侧面套设防水胶圈，保护盖顶部设置提手。通过提手便于将保护盖提起移走。

水坝坝顶心墙水平位移监测方法，包括以下步骤：

(a)使观测墩顶部高程低于坝顶高程，强制对中基座固定安装在观测墩顶面，使用保护盖盖住观测墩，使得保护盖顶部高程与坝面高程相同，坝顶进行正常交通通行；

(b)当进行坝顶心墙水平位移时，打开保护盖，将测绘基座固定连接在强制对中基座上；

(c)将测绘组件固定连接在测绘基座上，调平测绘组件，在心墙位移过程中进行观测。

优选的，所述步骤(c)中测绘组件的具体连接方法为：将b部件底端的连接器底座固定在测绘基座上，再通过螺纹将a部件连接在b部件之上，再在a部件上安装带棱镜头的测绘仪器。

优选的，所述步骤(c)中调平测绘组件的方法为：调整测绘基座的脚螺旋，通过第一水平仪确定测绘基座水平；之后通过第二水平仪检查a部件是否水平：若a部件水平，开始水平移动心墙并进行观测；若a部件不水平，校正至水平后，再开始水平移动心墙并进行观测。

a部件顶部距坝面的高度应至少1.2m，以满足现行测量规范的要求，保证测量精度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明水坝坝顶心墙水平位移监测装置及方法，在日常使用中，将测绘基座、测绘组件从强制对中基座上取下，利用保护盖遮住观测墩，此时由于保护盖的顶面与坝面齐平，因此坝顶是整体、连续的平面，没有任何向上伸出的观测墩来干扰车辆等在坝顶的通行，更不会出现观测墩受车辆碰撞影响观测精度的现象。

2、本发明水坝坝顶心墙水平位移监测装置及方法，当进行坝顶心墙水平位移时，只需打开或移走保护盖，将测绘基座固定连接在强制对中基座上，再将测绘组件固定连接在测绘基座上，调平测绘组件，即可在心墙位移过程中进行正常的观测作业。因此本申请解决了在砾石土心墙坝心墙顶水平位移观测中存在的坝顶通行受干扰的问题，在该类大坝中可广泛应用，且在其它类型的大坝坝顶观测中也可推广使用。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有技术的结构示意图；

图2为本发明具体实施例中观测墩的立面图；

图3为图2中c处的局部放大图；

图4为本发明具体实施例中测绘基座的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中b部件的侧视图；

图6为本发明具体实施例中a部件的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中监测典型剖面的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-强制对中基座，2-测绘基座，3-观测墩，4-保护盖，5-a部件，6-b部件，7-棱镜卡槽，8-第一水平仪，9-第二水平仪，10-连接器底座，11-凸台，12-凹槽，13-坝顶，14-心墙，15-角钢。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图2所示的水坝坝顶心墙水平位移监测装置，包括与坝顶心墙固定连接的观测墩3、强制对中基座1、与强制对中基座1相匹配的测绘基座2，所述观测墩3顶部高程低于坝顶高程，所述强制对中基座1固定安装在观测墩3顶面，所述测绘基座2可拆卸连接在强制对中基座1上方，测绘基座2上连接测绘组件；还包括用于遮盖观测墩3顶部的保护盖4，保护盖4放置在观测墩3顶部时，保护盖4顶部高程与坝面高程相同。

本实施例中，测绘基座2为徕卡gdf322基座，其余等效的现有测绘基座也可适用；观测墩基础与坝顶心墙通过钢筋联系，观测墩顶面安装专用强制对中基座，基座顶部高程低于坝顶高程50mm。

实施例2：

如图2至图7所示的水坝坝顶心墙水平位移监测装置，在实施例1的基础上，所述测绘组件包括可拆卸连接的a部件5、b部件6，所述b部件6与测绘基座2相匹配，能够安装在测绘基座2上，所述a部件5可拆卸连接在b部件6的上方，所述a部件5上设置用于安装测绘用棱镜头的棱镜卡槽7；当所述b部件6安装在测绘基座2上时，所述a部件5的顶面比坝面高1.2m。所述测绘基座2上设置第一水平仪8，所述a部件5上设置第二水平仪9。所述观测墩3顶面设置凹槽12，强制对中基座1设置在凹槽12内；还包括扣在凹槽12顶部拐角处的角钢15，所述角钢15的一侧嵌设在凹槽12侧壁、另一侧嵌设在观测墩3顶面。所述保护盖4由镀锌钢板制作而成，保护盖4侧面套设防水胶圈，保护盖4顶部铰接提手。

其中，第一水平仪8、第二水平仪9均为气泡水平仪；且本实施例中第一水平仪8是徕卡gdf322基座自带的。

优选的，所述a部件5、b部件6为同轴的杆体，a部件5的底端与b部件6的顶端通过螺纹连接；所述b部件6的底端设置与测绘基座2相匹配的连接器底座10；所述连接器底座10与测绘基座2可拆卸连接。所述a部件5上固定凸台11，所述第二水平仪9设置在所述凸台11上。本实施例中，由于a部件可拆卸连接在b部件的上方，因此当高度足够时，可以仅使用b部件连接测绘仪，具体的如在b部件顶部直接连接gps天线等测绘仪器即可，可以通过丝扣之间连接，也可以通过转接头进行连接。而当b部件高度不够时，将a部件连接在b部件的上方，再在a部件上安装测绘仪器，即可增大高度，极大的提高本申请的使用灵活性。棱镜卡槽用于安装测绘用的棱镜头，b部件上也可以优选的直接设置一个棱镜卡槽，或是通过连接带棱镜卡槽的转接头的方式来安装棱镜头。

本实施例中，a部件、b部件用丝扣连接组成一个整体，要求组装后在调平徕卡gdf322基座的水准气泡时，a部件上的水准气泡也居中，确保a、b杆件处于竖直状态。其中a部件设计时顶部棱镜卡槽与现行测绘仪器棱镜头通用，杆件丝扣也与现行仪器通用，为验证杆件垂度，在a部件距顶部400mm处安装第二水平仪的水准气泡；b部件底部的连接器底座与徕卡gdf322基座或者现行类似测绘产品通用，连接杆顶部为与gps天线等测绘仪器通用的丝扣。a部件、b部件材料均选用白钢加工而成。

本发明中，除了能够正常监测坝顶心墙的水平位移外，还能够以强制对中基座上的水准标点为测点，采用精密水准测量的方法监测坝顶心墙的垂直位移，相较于现有技术中需要在1.2m高的观测墩基础上设置水准点的监测方式而言，不再需要单独安装水准标点，节约了成本。优选的，该水准点采用一等水准精度观测。

优选的，如图7所示，坝顶两侧的观测墩由于本就对车辆通行的干扰较小，可以设置为传统结构，而位于坝顶中心的观测墩，则申请为本申请中的观测墩。

本实施例中，强制对中基座1安装对中精度应小于0.1mm，水平倾斜度不得大于4′。

实施例3：

水坝坝顶心墙水平位移监测方法，包括以下步骤：

(a)使观测墩3顶部高程低于坝顶高程，强制对中基座1固定安装在观测墩3顶面，使用保护盖4盖住观测墩3，使得保护盖4顶部高程与坝面高程相同，坝顶进行正常交通通行；

(b)当进行坝顶心墙水平位移时，打开保护盖4，将测绘基座2固定连接在强制对中基座1上；

(c)将b部件6底端的连接器底座10固定在测绘基座2上，再通过螺纹将a部件5连接在b部件6之上，再在a部件5上安装带棱镜头的测绘仪器；调整测绘基座2的脚螺旋，通过第一水平仪8确定测绘基座2水平；之后通过第二水平仪9检查a部件5是否水平：若a部件5水平，开始水平移动心墙并进行观测；若a部件5不水平，校正至水平后，再开始水平移动心墙并进行观测。

本实施例中，观测墩及观测装置安装于心墙坝顶面高程以下，既保证了坝面平整美观，也不干扰坝顶交通。采用活动式观测装置代替坝面观测墩部分，通过安装第二水平仪确保装置垂度。装置总高度为距坝面1.2m，满足现行测量规范的要求，保证了测量精度。本方法解决了在砾石土心墙坝心墙顶水平位移观测中存在的问题，在该类大坝中可广泛应用，其他类大坝坝顶观测也可参照使用。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。