申请/专利权人：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司

申请日：2019-07-22

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN110285785B

主分类号：G01B21/32

分类号：G01B21/32;G01M5/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.19#授权;2019.10.29#实质审查的生效;2019.09.27#公开

摘要：本发明提供了一种堆石坝面板挠度监测装置，包括主电缆；所述主电缆埋线于堆石坝面板表面以下并串联有电平器，电平器固定于固定支架上，固定支架固定在由预制盒辅助浇筑而成的凹陷空间中。本发明采用暗埋方式，传感器位于面板混凝土内，自身不受填土铺盖、库水的直接作用，仪器完好率可大幅提高；仅需1～2根电缆就可将所有测点的电平器进行串联连接，然后集中牵引。不仅大大降低电缆牵引工作难度和工作量，而且在不影响混凝土保护层厚度前提下，电缆可以沿面板上层钢筋的下侧布置，有利于电缆的保护；现场施工便捷、安装简单，数据采集、计算分析等工作，一般技术人员均可快速掌握，经济适用性好，推广应用价值高。

主权项：1.一种堆石坝面板挠度监测装置，包括主电缆1，其特征在于：所述主电缆1埋线于堆石坝面板表面以下并串联有电平器4，电平器4固定于固定支架3上，固定支架3固定在由预制盒2辅助浇筑而成的凹陷空间中；所述凹陷空间是通过将预制盒2放置在凹陷空间对应位置，然后在预制盒2外部浇筑并填平后，将预制盒2拆除构成；所述电平器4的倾斜角度与堆石坝面板的倾斜角度一致。

全文数据：一种堆石坝面板挠度监测装置技术领域本发明涉及一种堆石坝面板挠度监测装置，属于水利水电工程领域。背景技术面板堆石坝具有良好的工程适应性和经济性，是一种被广泛采用的坝型。面板堆石坝主要由面板、趾板、垫层、过渡层、主堆石区、次堆石区组成，其中，面板为其重要的防渗结构之一。通常，面板与堆石体之间变形的不协调，会引起面板的开裂、脱空、挠度变形等问题，影响大坝整个防渗体系的正常工作，从而对大坝的长期稳定安全运行构成威胁。因此，为掌握面板的工作状态，对面板的挠度变形进行监测，是必要的工作。面板挠度最初一般采用斜面测斜仪进行监测，但是当变形较大时，探头无法在测斜管内自由通过，观测即无法进行。而且，测斜管施工繁琐、安装质量不易保证、难以实现自动化，耗费人力和时间。另外，斜测斜仪为适应面板斜坡面的倾角，需将其内置的加速度计旋转一定角度，导致其在大角度测量时不能进行正反测自校，需要通过现场标定消除误差，工作效率低，成果精度也不理想。国内在天生桥一级电站率先引进巴西的电平器对面板挠度进行观测，取得了一些有益的效果。之后，很多类似工程陆续采用在面板表面布置电平器的方法观测面板挠度，但是多年应用的效果不够理想，主要问题是：传统方式电平器安装在面板表面，传感器外套保护罩且采用混凝土封闭，但在铺盖回填及蓄水后，铺盖以下仪器仍然极易损坏失效，导致整条测线报废，无法计算面板挠度值；布置测点较多，而每支仪器均有一根电缆，集中后成束电缆直径大，沿面板表面或内部牵引均不易保护，且对面板有一定影响。近年来，国内有些工程陆续采用固定式测斜仪监测面板挠度变形。与斜面测斜仪相比，其易于实现自动化，且可以根据结构计算成果，将传感器布置在预计变形位置，针对性较强。但是需要沿面板安装多个传感器才能够较为完整的反映面板变形，成本高，安装时对仪器与连接杆的连接方式、角度的控制等质量要求高。但与表面布置电平器相比，铺盖回填及蓄水对其影响较小，仪器存活率较高。随着科学技术的发展，国内一些高校、科研院所及设计单位也在堆石体及面板变形监测方面做了大量的试验和探索。四川大学开发的《高土石坝变形监测的光纤传感技术与系统》申请公布号CN105910545A、深圳大学开发的《一种面板堆石坝内部形变监测方法及监测系统》申请公布号CN109059845A、中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司开发的《用于混凝土面板堆石坝的变形监测系统及方法》申请公布号CN109764823A均具有监测面板挠度的功能，但仍存在一些不足：1上述申请公布的专利技术在原理上可行，但实际应用效果未知。譬如光纤传感技术虽较先进，但是从水利水电工程安全监测行业多年应用效果来看，光纤在布设时易被破坏、测值易被干扰、长期使用后的光损耗不易控制，系统的实用性、耐久性、稳定性与现实需求存在差异；采用管道机器人或光纤陀螺均存在测量路线不唯一、管道尺寸大而占用空间、管道材料差异大而变形不协调等问题。2光纤、管道机器人、光纤陀螺的成本均很高，仅一套数据采集设备就需耗费数十万，甚至上百万。由于对管道的耐水压、耐磨损、耐腐蚀等均有特殊要求，管道需要定制，价格高。与埋设安装相关的土建工程量大，费用高。3数据解算复杂，后处理分析难度大，对人员的专业素质要求高。发明内容为解决上述技术问题，本发明提供了一种堆石坝面板挠度监测装置，该堆石坝面板挠度监测装置通过采用暗埋方式依次串联布置多个MEMS电平器，以达到监测面板挠度变形的目的。本发明通过以下技术方案得以实现。本发明提供的一种堆石坝面板挠度监测装置，包括主电缆；所述主电缆埋线于堆石坝面板表面以下并串联有电平器，电平器固定于固定支架上，固定支架固定在由预制盒辅助浇筑而成的凹陷空间中。所述固定支架所在凹陷空间由微膨胀混凝土填平封闭。所述预制盒由底板、左侧板、右侧板、前活动板、后活动板、顶板组成，底板、左侧板、右侧板、前活动板、后活动板、顶板组装构成封闭盒体，左侧板和右侧板上有垂直的槽使得前活动板和后活动板卡装在槽中。所述凹陷空间是通过将预制盒放置在凹陷空间对应位置，然后在预制盒外部浇筑并填平后，将预制盒拆除构成。所述电平器的倾斜角度与堆石坝面板的倾斜角度一致。所述电平器在固定支架上固定后由沥青覆盖封闭。所述固定支架由第一膨胀螺栓、第二膨胀螺栓、第三膨胀螺栓固定在凹陷空间中，第一膨胀螺栓固定于固定支架的侧壁，第二膨胀螺栓、第三膨胀螺栓固定于固定支架的底部。所述电平器通过紧固螺栓固定在固定支架上。本发明的有益效果在于：采用暗埋方式，传感器位于面板混凝土内，自身不受填土铺盖、库水的直接作用，仪器完好率可大幅提高；仅需1～2根电缆就可将所有测点的电平器进行串联连接，然后集中牵引。不仅大大降低电缆牵引工作难度和工作量，而且在不影响混凝土保护层厚度前提下，电缆可以沿面板上层钢筋的下侧布置，有利于电缆的保护；现场施工便捷、安装简单，数据采集、计算分析等工作，一般技术人员均可快速掌握，经济适用性好，推广应用价值高。附图说明图1是本发明中预制盒的安装结构示意图；图2是本发明的结构示意图；图3是图1中预制盒的结构示意图；图4是图2中固定支架的结构示意图；图5是图4的俯视图；图6是图4的侧视图。图中：1-主电缆，2-预制盒，20-底板，21-左侧板，22-右侧板，23-前活动板，24-后活动板，25-顶板，3-固定支架，33-紧固螺栓，4-电平器，51-第一膨胀螺栓，52-第二膨胀螺栓，53-第三膨胀螺栓。具体实施方式下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。如图1至图6所示的一种堆石坝面板挠度监测装置，包括主电缆1；所述主电缆1埋线于堆石坝面板表面以下并串联有电平器4，电平器4固定于固定支架3上，固定支架3固定在由预制盒2辅助浇筑而成的凹陷空间中。所述固定支架3所在凹陷空间由微膨胀混凝土填平封闭。所述预制盒2由底板20、左侧板21、右侧板22、前活动板23、后活动板24、顶板25组成，底板20、左侧板21、右侧板22、前活动板23、后活动板24、顶板25组装构成封闭盒体，左侧板21和右侧板22上有垂直的槽使得前活动板23和后活动板24卡装在槽中。所述凹陷空间是通过将预制盒2放置在凹陷空间对应位置，然后在预制盒2外部浇筑并填平后，将预制盒2拆除构成。所述电平器4的倾斜角度与堆石坝面板的倾斜角度一致。所述电平器4在固定支架3上固定后由沥青覆盖封闭。所述固定支架3由第一膨胀螺栓51、第二膨胀螺栓52、第三膨胀螺栓53固定在凹陷空间中，第一膨胀螺栓51固定于固定支架3的侧壁，第二膨胀螺栓52、第三膨胀螺栓53固定于固定支架3的底部。所述电平器4通过紧固螺栓33固定在固定支架3上。本发明在安装时，先在混凝土面板浇筑前，先预埋主电缆1和预制盒2，所述预制盒2位于设计布置有电平器4的位置，所述预制盒2通过扎丝固定在面板钢筋上，所述预制盒2由底板20，左右侧板21、22，前后活动板23、24，顶板25组成，所述底板20，左右侧板21、22，前后活动板23、24均为不锈钢材料，所述顶板25为敲击易碎的材料定制。所述左右侧板21、22与所述底板20采用合页链接，且规定只能往内侧活动，所述前后活动板23、24插入所述左右侧板21、22上预留的扣槽内，然后将所述顶板25直接放置于所述前后活动板23、24上，由此构成一个稳固的封闭空间。所述主电缆1为整根电缆，预埋时不能截断，且应提前在所述预制盒2内盘绕约0.5m，然后用棉絮将所述预制盒2填满，盖上顶板25。面板混凝土浇筑后，待混凝土终凝，找到埋设预制盒2的位置，轻击混凝土，然后敲碎顶板25，移除预制盒2，即可形成一个规则的混凝土坑。首先对混凝土坑各面进行凿毛处理，然后将固定支架3通过第一膨胀螺栓51、第二膨胀螺栓52、第三膨胀螺栓53固定在面板上，确保其与面板连接稳定可靠，然后将电平器4与固定支架3初步连接，调整电平器4的角度，直到读数仪测量电平器4的读数与面板坡度基本一致时即可旋紧固定螺栓33，然后用沥青将电平器4完全封闭在固定支架3上。将电平器4的电缆与预埋主电缆1串联后置于坑内，测读电平器4的读数无误后采用微膨胀混凝土将坑填满。实施例1以上述方案，采用如下步骤安装：步骤A：根据面板坡度，定制电平器，仪器到货后要进行严格的检验率定。步骤B：加工预制盒和固定支架。步骤C：预埋主电缆和预制盒。特别注意，主电缆沿面板上层钢筋的下侧牵引，从低高程往高高程牵引至面板顶部。主电缆在每个预制盒内均要提前盘绕0.5m。预制盒绑扎固定时，盒顶面要与面板的坡度平行且基本与面板表面持平，严禁凸出于面板表面。预制盒内要填塞棉絮，防止混凝土浇筑时浆液进入盒内。步骤D：电平器埋设安装。在混凝土终凝后，敲开预制盒顶板，取出预制盒。预制盒的取出方式为：先抽出前后活动板，然后将左右侧板往内侧收，提出预制盒。固定支架前，对坑的各面均要凿毛处理，利于后续回填混凝土时，新旧混凝土的良好结合。电平器不应直接固定在支架上，应初步固定后，通过连续测读电平器读数来调节安装角度，达到要求后才能旋紧固定螺栓。为加强仪器的防水密封以及稳固，应用沥青将电平器完全封闭在固定支架上。步骤E：电缆的串联。将该部位的主电缆截断，然后两端分别与电平器自带的两根电缆连接，连接完成后，应将电缆盘绕好后放置于坑内，然后在主电缆的端头牵引至面板顶部处进行测读，确保读数满足要求，否则应重新埋设。步骤F：回填混凝土。上述五个步骤均完成且确认无误后，即可用混凝土对坑进行回填。特别注意：回填混凝土中的粗粒径骨料应剔除。回填混凝土可适当添加膨胀剂，回填后要对表面进行抹平处理。步骤G：依次按照上述六个步骤完成各个测点电平器的埋设安装工作，及时取得基准值，对面板挠度变形进行计算。本发明仅需1～2根电缆就可将所有测点的电平器进行串联连接，然后集中牵引，而且传感器位于面板混凝土内，自身不受填土铺盖、库水的直接作用，仪器完好率可提高50％，综合经济效益对比结果参见表1：表1本发明与现有技术的技术经济效益对比表

权利要求：1.一种堆石坝面板挠度监测装置，包括主电缆1，其特征在于：所述主电缆1埋线于堆石坝面板表面以下并串联有电平器4，电平器4固定于固定支架3上，固定支架3固定在由预制盒2辅助浇筑而成的凹陷空间中。2.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述固定支架3所在凹陷空间由微膨胀混凝土填平封闭。3.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述预制盒2由底板20、左侧板21、右侧板22、前活动板23、后活动板24、顶板25组成，底板20、左侧板21、右侧板22、前活动板23、后活动板24、顶板25组装构成封闭盒体，左侧板21和右侧板22上有垂直的槽使得前活动板23和后活动板24卡装在槽中。4.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述凹陷空间是通过将预制盒2放置在凹陷空间对应位置，然后在预制盒2外部浇筑并填平后，将预制盒2拆除构成。5.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述电平器4的倾斜角度与堆石坝面板的倾斜角度一致。6.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述电平器4在固定支架3上固定后由沥青覆盖封闭。7.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述固定支架3由第一膨胀螺栓51、第二膨胀螺栓52、第三膨胀螺栓53固定在凹陷空间中，第一膨胀螺栓51固定于固定支架3的侧壁，第二膨胀螺栓52、第三膨胀螺栓53固定于固定支架3的底部。8.如权利要求1所述的堆石坝面板挠度监测装置，其特征在于：所述电平器4通过紧固螺栓33固定在固定支架3上。

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