中二工程观测.doc

中级工第二（总七）章 工程观测在初级工工程观测的基础上编写本章。本章重点介绍：堤身沉降观测数据的记录；自记水位计数据的阅读及整理；裂缝开度变化的观测；测压管及渗流的观测、记录；堤岸防护工程沉降与位移的观测记录；以及河道滩岸崩塌、泓道、沙洲等变化的监测。第一节 堤身沉降观测一、学习目标能够测量、记录堤身沉降数据。二、观测作业堤身沉降观测，是通过对沉降标点定期进行水准高程测量、可计算同一标点的累积沉降量、或分析不同标点之间的沉降差；堤身沉降观测时一般采用等级水准高程测量，精度要求不高时也可采用普通水准测量。有关水准测量的操作技能与计算见第四章水文、测量基本知识。进行水准测量外业作业时，观测员读数要准确、迅速、声音清楚，记录员听到读数后必须边记录、边回读，观测员同时对证回读数与仪器读数（原始读数）是否一致，发现不符须立刻纠正；记录员要事先熟悉测量记录表，能将原始数据准确地分类（已知高程、后视读数、间视读数、前视读数）、并对应记入相应行、列位置，如有不清楚适宜必须及时和观测员商议确定；记录字迹要清晰、不容涂改，计算数项确系算错，可在错误数字上划一横线（划去的数码须容易辨认）、将修改数字清晰地书写在上方。普通水准测量的记录计算参见表7-1，在表中：立尺点的点名，记于点号栏，若为已知高程点，需将其高程记入同一行的高程栏内。后视点上的标尺读数为后视读数，记入与后视点同一行的后视栏内，后视点的高程加后视读数为视线高，记入同一行的视线高栏内。前视点上的标尺读数为前视读数，记入与前视点同一行的前视栏内。上行的视线高减去下行的前视读数为前视点的高程，记入与前视点同一行的高程栏内。对于中间点，只有一个标尺读数，记入中间点同一行的间视栏内，用上行的视线高减去下行的间视读数为中间点的高程，记入与中间点同一行的高程栏内。普通水准测量观测手簿 测量地点或测线： 日期： 年 月 日 表7-1 天气： 记录者： 观测者：点 号后 视视线高间 视前 视高 程备 注11.86446.17744.31311.78546.7261.23644.94121.69447.0081.41245.31431.67947.3231.36445.644中间11.22546.09840.86946.6451.54745.776A1.42345.222 检查E7.8916.982O909第二节 水位或潮位观测一、学习目标能够阅读、整理自记水位计数据。二、观测作业（一）自记水位计数据的摘录1. 自记水位计记录数据的摘录应在订正后进行，摘录的成果应能反映水位变化的完整过程，并应满足计算日平均水位、统计特征值和推算流量的需要。2. 一般站水位变化不大且变率均匀时，可按等时距（间隔相等的时间）摘录；水位变化急剧且变率不均匀时，应加摘转折点。摘录的时刻宜选在6分钟的整倍数之处。8时水位和特征值水位必须摘录。当需要用面积包围法计算日平均水位时，零时和24时水位必须摘录。摘录点应在记录线上逐一标出，并应注明水位数值。3. 潮水位站应摘录高、低潮水位及其出现时刻。对具有代表性的大潮以及受洪水影响的最大洪峰，在较大转折点处应选点摘录。当观测憩流时，应摘录断面平均憩流时刻的相应水位。沿海及河口附近测站，应加摘每小时的潮水位。（二）自记水位计数据的误差来源与控制1. 自记水位计的仪器测量误差（1）机械摩阻产生的滞后误差。（2）悬索重量转移改变浮子吃水深度产生的误差。（3）平衡锤入水改变浮子入水深度引起的误差。（4）水位轮、悬索直径公差形成的误差。（5）环境温度变化引起水位轮悬索尺寸变化造成的误差。（6）机械传动空程引起的误差。（7）走时机构的时间误差。（8）记录纸，受环境温度、湿度影响产生伸缩引起的误差。2. 误差控制（1）因记录纸，受环境温、湿度影响所产生的水位误差和时间误差可通过密封、加放干燥剂的方法加以控制。（2） 对由水位变率所引起的测井水位误差，可选取恰当的测井和进水管尺寸予以控制。对由测井内外流体的密度差所引起的水位误差，可在测井的上、下游面对井进出水孔予以控制。（3） 校核水尺水位的观读误差应控制在1.Ocm以内。第三节 堤身表面观测一、学习目标本节只要求能够监视堤身表面观测内容之一的裂缝开度变化。二、观测作业（一）堤身裂缝观测目的通过对堤身表面的检查，发现裂缝后有必要进一步观测其发展情况（如长度、宽度、深度的变化，裂缝两侧土体是否有位移等），以便分析裂缝产生原因、发展趋势、以及对工程安全可能产生的影响，以利于采取有效的处理措施。（二）堤身裂缝观测的内容和方法堤身裂缝观测，可根据情况，对全部裂缝观测，或选择重要裂缝区，或选择有代表性的裂缝进行观测。通常，对横向裂缝、缝宽大于5mm或缝宽虽小于5mm但长度较长的纵向裂缝、弧形裂缝、有明显垂直错距的裂缝、以及堤防与混凝土或砌石建筑物结合部裂缝，都应进行观测。堤身裂缝观测的内容主要有位置、走向、长度、宽度、及深度等，具体观测方法如下：1. 裂缝的位置和走向观测：可在裂缝地段按桩号和距坝轴线的距离、用石灰或小木桩划出大小适宜的方格网，并按适当的比例绘制裂缝在方格网中的位置平面图；通过观察、测绘裂缝在方格网中的位置变化，可实现对裂缝位置和走向的观测。2、裂缝长度的观测：可在裂缝的两端分别打上木桩或用石灰做标记，然后用皮尺或钢尺沿缝迹测量缝端到木桩或石灰标记的距离，并注意记录测量日期，根据观测期间定期测量的距离变化可分析裂缝长度的发展情况。3. 裂缝宽度的观测：可选择缝宽最大或有代表性的缝段、在裂缝的两侧用木桩或石灰等作标记（作为观测点），用钢尺分别测量裂缝两侧对应观测点之间的距离；观测期间，定期测量各对应观测点之间的距离，各距离的变化量即为对应位置的裂缝宽度的变化量。4. 裂缝深度的观测：可根据需要在裂缝若干适当位置进行钻孔探测，钻孔可打成垂直孔或斜孔；在报请上级主管机关同意后，也可开挖深坑或竖井，观测其立面裂缝的宽度、深度及裂缝两侧土体的相对位移。进行坑深时，需小心开挖，对缝迹处的坑壁尤应注意，以保持缝迹完整。检查坑应分段开挖，分段测量，并绘制有缝迹的两面坑壁剖面图，直至裂缝尖灭处，并超过裂缝终点0.5m。对钻孔和探坑，必须注意保护，加以遮盖。在取得必要的资料后，应立即按设计要求及时进行回填。（三）测次要求堤身裂缝观测的测次，应视裂缝发展情况而定。在裂缝发生的初期，应每天观测一次；在裂缝有显著发展、上游水位变化较大、以及降雨后，应增加测次；在裂缝发展减缓后，可适当减少测次；对于需要长期观测的裂缝，要与土坝水平位移和垂直位移观测配合进行，其观测时间、次数可一致。第四节 渗透观测一、学习目标能够观测、记录测压管水位，能测量、记录渗流量，能观测水色变化。二、观测作业（一）测压管水位观测 观测测压管水位，即直接观测或利用观测仪器来测量测压管中的水面高程。目前常用的观测仪器有电测水位器、测深钟（相当于闹钟）、遥测水位器等。1、直接观测：该方法适用于测压管中的水面比较接近管口、或水面清晰可见的情况，可观察水面到管口的距离、或丈量水面到管口的距离，通过管口高程计算水面高程（测压管水位）。2、用电测水位器测量测压管水位电测水位器，是根据水能导电的原理制成的；适用于管中水位低于管口高程的情况。 观测时，将仪器的测头徐徐放入管内，测头刚好与水面接触时仪器将做出指示反应，与此同时迅速捏住与管口相平的吊索（吊索上有指示到水面距离的刻度），并量读管口至管中水面的距离，计算测压管水位：测压管水位=测压管管口高程-管口至管中水面的距离。3、用测深钟测量测压管水位最简单形式的测深钟，为一段上端封闭，下端开敝的管子，上系吊索，吊索上每米做一长度标志，自下而上注明米数。观测时，根据钟口与水面接触时测深钟发出的声响，及时捏住与管口相平处的吊索，量读管口至管中水面距离，则可算出测压管水位。4、用遥测水位器观测测压管水位对于测压管的数目较多、测次频繁的情况，采用遥测水位器观测测压管水位可节省人力。其原理主要是利用测压管中水位的升降，由浮子带动传动轮和滚筒，观测时，通过一系列电路带动滚筒一侧的棘轮，追踪量测滚筒的转动量，并反映到室内仪表，即可读出测压管管中水位。5、观测要求测压管水位观测的测次，应根据堤防的偎水、渗流及水位的变化情况而确定。当上游水位在设计正常水位以下时，观测次数可适当减少，但不应少于每10天一次；在汛期，当上游水位上升较快和超过正常水位时，应每天观测一次。每次观测应固定观测路线、按同一顺序进行；在进行测压管水位观测时，应同时观测上、下游水位；测压管管口高程，在工程运用初期至少每月进行一次测量，在沉降趋向稳定后，测量次数可逐渐减少，但每年至少进行一次；吊索长度标志每隔13个月应进行一次校测。测压管水位观测的精度：用电测水位器观测时，两次读数差应不大于l；用测深钟观测时，两次读数差应不大于2。测压管水位观测记录表参见表7-2。表72 测压管水位观测记录表部位： 名称： 测压管编号： 观测者： 计算者： 校核者： 日 期管口高程(m)管口至水面距离(m)管中水面高程(m)上游水位(m)下游水位(m)天气情况备 注一次二次平均（二）渗流量观测和记录1. 渗流量观测目的通过渗流量的观测，可以计量渗流量的大小、分析比较渗流量的变化，进而了解工程的防渗效果、计算水量损失、观察分析防渗措施的可靠性，以便于及时发现和处理防渗措施出现的问题、或及时采取新的防渗措施，确保工程防渗安全和减少水量损失。2、渗流量观测方法通过堤防的渗流量由堤身的渗流量、及堤基的渗流量两部分组成（通过挡水坝的渗流量还包括沿两岸绕渗的渗流量）；一般是对通过堤身的渗流量进行观测，渗流量的观测常采用容积法、量水堰法、或测流速法（用流速仪测定渗透水流的流速、根据过水面积与流速的乘积计算流量）；在进行渗流量观测时，应结合进行上下游水位、气温、水温及降雨量的观测。（1）容积法已知容器的容积，测记用渗透水流充满容器的时间，从而计算渗透流量；该方法适用于渗流量小于1LS的情况。测量时，将渗水引入已知容积的容器内，用秒表测定充水时间(不得小于lOs)，求得渗流量。（2）量水堰法修筑挡水溢流堰（有三角堰、梯形堰、矩形堰），读取堰上水头（水尺读至毫米、采用水位测针时可读至0.1mm），用水力学公式计算过堰流量，即为渗透流量；量水堰法适用于渗流量1300LS的情况，其中三角堰适用于渗流量170Ls、梯形堰适用于渗流量10300Ls、矩形堰适用于渗流量大于50Ls。量水堰一般布置在下游坝脚附近以测定总渗流量，或在不同渗透部位分别设堰以量测局部渗流量（即分区观测渗流量）。在下游坝脚附近设堰观测渗流量时：一般应在坝脚附近能汇集渗流的地方设置集水沟，在集水沟的出口处布置量水堰，如在集水沟后接有排水沟，量水堰也可设在排水沟内，这种布置观测的渗流量为从堤身出逸的渗流量(明流)；一般认为从堤基内向下游排泄的渗流量(潜流)为常数，将观测的堤身渗流量加潜流流量即为堤防的总渗流量；如果透水堤基的厚度在5m以内，可以考虑在下游用不透水或弱透水材料（如土工膜、粘性土、水泥粘土等）截断潜流，然后再开挖一条横向排水沟，量水堰设在排水沟内，这样便可以直接观测到总渗流量。量水堰应设置在排水沟的直线段上；为避免因漏水影响渗流量观测结果，应将量水堰上下游排水沟加以护砌或建造专门的混凝土引槽（见图7-1）。为使堰上水流稳定，以取得较准确的成果，应使量水堰的堰板与引槽和来水流向垂直、并且直立，堰板可以采用钢板；堰口边缘应制成薄片、并水平，堰口靠下游边缘制成45角，使水流与堰口接触为一直线；量水堰的出流应不被淹没（即量水堰的下游水位应低于堰顶高程），使经过堰顶的水舌为自由水舌；为使量水堰槽内水流的行进流速可以忽略不计，堰顶离槽底的高度应大于堰顶以上水头的5倍(见图7-1)；堰槽应采用矩形断面，堰底做成水平；堰槽长度应大于7倍的堰上最大水头、且不得小于2m，堰板上游的堰槽长度应大于5倍堰上最大水头、且不得小于1.5m，堰板下游的槽身应大于2倍堰上最大水头、且不得小于O.5m；量水堰水尺或测针应设在堰口上游，离堰口的距离为35倍堰上最大水头，水尺刻度为毫米；为使量水堰上游的水流稳定，可在设水尺或测针的上游安装类似栅栏的稳流设备；量水堰安装后，应将其位置、形式、尺寸、安装过程等资料记录在考证表内(见表73)。表73 量水堰考证表编 号位 置尺 寸流量计算公式水尺位置水尺型式水尺零点高程考证图安设日期备 注堰顶高程 (m)堰口底宽(m)堰口底角(度)或坡度年月日校核者： 填表者： 填表日期： 年 月 日 图7-1 量水堰结构示意图 l.水尺或测针 2.堰板三角堰采用底角90的等腰三角形（见图7-2），堰上水头宜在O.05O.3 m；梯形堰的边坡采用10.25（见图7-3），堰口保持水平，缺口底宽应不大于3倍堰上最大水头，一般在O.251.5m范围内；矩形堰有侧收缩矩形堰和无侧收缩的矩形堰两种，矩形堰堰板顶部应保持水平，顶宽一般应为25倍堰上最大水头、且至少为O25m，但最宽不宜大于2m。 附图73 梯形量水堰堰板示意图附图72 三角形量水堰堰板示意图 （3）测流速法测流速法适用于渗水能汇集到具有比较规则的平直段排水沟内的情况；测量时，先用流速仪测量流速，然后根据过水断面计算渗流量。3、渗流量观测要求观测渗流量时，应连续观测两次，取两次观测的平均值作为观测成果；两次测得渗流量的误差不得超过平均值的510，两次测得堰上水头的误差不得超过lmm；观测过程中，及时、准确地填写观测记录表（见表74表76），并记录相关情况。表74 渗透流量观测记录表（容积法）主管： 校核者： 填表计算者： 观测者： 观测时间观测地点充水容积(l)充水时间(s)渗透流 量(l/s)水位(m)最近一次降雨情况天气情况气温()备注年月日时上游下游起 止时 间降雨量(mm)表75 渗透流量观测记录表（量水堰法）主管： 校核者： 计算者： 观测者： 观测时间量水堰编 号堰上水头(m)渗透流量(l/s)渗水透明 度水位(m)最近一次降雨情况天气情况气温()备 注年月日时上游下游起止时间降雨量(mm)表7-6 渗透流量观测记录表（测流速法）主管： 校核者： 计算者： 观测者： 观测时间观测地点水深(m)断面积(m2)观测时间(s)信号数流速(m/s)断面平均流速(m/s)渗流量(l/s)最近一次降雨情况渗水透明度渗水温度()备注年月日时起止时间降雨量(mm)（三）水色变化的观测对渗透水的颜色及其变化情况，可直接进行定性观察（如清、浑等），也可根据需要定期取水样进行透明度、及水质等观测分析。第五节 堤岸防护工程变位观测一、学习目标能够识别堤岸防护工程位移观测标识，能记录沉降、位移观测数据。二、观测作业 （一）位移观测标识堤岸防护工程上的位移标点，一般是把标点头直接埋设在工程上如图74（a）所示；也可以把标点头埋设在专门浇筑的混凝土墩上如图74（b）所示。标点头一般由2020cm的钢板制成，钢板上刻画有十字丝、用以标定测量水平位移的位置，钢板上还附设有铜球测点、以标定测量高程（沉降位移）的位置。 （）图74 混凝土建筑物位移标点结构示意图l.铁板 2.铜球点 3.混凝土 4.长20020钢筋 5.十字线混凝土建筑物上的位移标点，一般可埋入一个直径15mm及其以上、长约80mm的铜螺栓，螺栓头露出混凝土面510mm，观测位移时再在螺栓上安设觇标。只观测水平位移的觇标可采用图75（a）所示的形式；如需夜间观测，可采用图75（b）所示的形式；平时将觇标卸下，盖上保护罩，见图75（c）所示。 （a） (b) (c)附图75 混凝土建筑物水平位移(三角网法)标点结构示意图1.金属标点头 2.底座 3.玻璃标点头 4.灯泡 5.电线 6.保护罩（二）沉降、位移观测数据的记录 沉降位移，实际就是测定标点不同时间的高程值，以计算同一点的累积沉降总量、或不同点之间的沉降差，所以观测数据的记录也就是水准高程测量的记录。水平位移观测数据的记录参见表77。水平位移观测记录表（视准线法） 表77 （单位：mm）测点观 测日 期正镜位移量反镜位移量正反镜平 均位移量埋设偏距累计位移 量上次位移量间隔位移量位移方向观测基点编号备注月日第一次第二次平均位移量第一次第二次平均位移量测站后视校核者： 观测者： 记录者： 第六节 近岸河床冲淤变化观测一、学习目标能够标记泓道、沙洲、滩地的变化，并能监测河道滩岸崩塌情况。二、观测作业（一）标记泓道、沙洲、滩地的变化泓道：每个河道横断面上的最低点（河床最低点），称为该断面的深泓点；沿河道流程各个横断面的深泓点连线，称为河道的深泓线；从平面上看，深泓线所在的位置称为泓道，泓道也就是主流所在的位置。沙洲：河流淤积、冲积造成的水中沙滩。出水的叫“心滩”，水面以下的叫“浅滩”。滩地：河道中水流一侧或两侧的陆地，统称为滩地；通常将输送枯水或中小水的河槽称为主河槽，而将主河槽以外的中滩和高滩称为滩地。对于泓道、沙洲、滩地的位置和变化，可以用经过查勘、并在河道图上绘制的河势图来标记和反映。河势图是反映河道在观测时段的水流、岸线、沙洲、滩地分布形态的地图