水利工程管理技术
IIII
职业教育水利水电建筑工程专业
《水利工程管理技术》
垂线法测定坝体挠度
《水利工程管理技术》项目组
2015年4月
垂线法测定坝体挠度
混凝土及砌石坝体水平位移沿坝体高程不同会不一样，一般是坝顶水平位移最大，近坝基处最小，测出坝体水平位移沿高程的分布并绘制分布图，即为坝体的挠度。
因此，测定坝体挠度实为测量坝体相对坝基的水平位移。
测定坝体挠度的垂线法分倒垂线与正垂线两种，分述如下。
（一）倒垂线观测
1．倒垂线原理与设备
倒垂线是将一根不锈钢丝的下端埋设在大坝地基深层基岩内，上端连接浮体，浮体漂浮于液体上。
由于浮力始终铅直向上，故浮体静止的时候，必然与连接浮体的钢丝向下的拉力大小相等，方向相反，亦即钢丝与浮力同在一条铅垂线上。
由于钢丝下端埋于不变形的基岩中，因此钢丝就成为空间位置不变的基准线。
只要测出坝体测点到钢丝距离的变化量，即为坝体的水平位移。
倒垂线装置由浮体组、垂线和观测台构成。
2．现场观测
观测前，首先应检查钢丝的张紧程度，使钢丝的拉力每次基本一致。
达到这一要求的做法，是在钢丝长度不变的情况下，观测油箱的油位指示，使油位每次保持一致，浮力即一致，钢丝的拉力也就一致了。
其次要检查浮筒是否能在油箱中自由移动，做到静止时浮筒不能接触油箱。
浮筒重心不能偏移，人为拨动浮筒后应回复到原来位置。
还要检查防风措施，避免气流对浮筒和钢丝的影响。
检查完毕后，应待钢丝稳定一段时间才进行观测。
观测时，将仪器安放在底座上，置中调平，照准测线，分别读取x与y轴（即左右岸与上下游）方向读数各两次，取平均值作为测回值。
每测点测两个测回，两测回间需要重新安置仪器。
读数限差与测回限差分别为0.1mm与0.15mm。
观测中照明灯光的位置应固定，不得随意移动。
用于倒垂线观测的仪器有很多种，分为光学垂线仪、机械垂线仪与遥测垂线仪三类。
不同仪器的操作方法，读数系统也略有差异，可参见仪器的使用说明进行。
每次观测前，对光学垂线仪还应在专用检查墩上进行零点检查。
计算坝体测点的水平位移要根据规定的方向、垂线仪纵横尺上刻划的方向和观测员面向方向三个因素决定。
一般规定位移向下游和左岸为正，反之为负；上下游方向为纵轴y，左右岸方向为横轴x。
垂线仪安置的坐标方向应和大坝坐标方向一致。
3．观测精度
进行挠度观测时，一般应观测两测回。
自上而下（或自下而上）逐点观测为第一测回，而自下而上（或自上而下）逐点观测为第二测回。
每测回应照准两次分别进行读数，一测回中的两次读数差应不大于O.lOmm，取平均值作为该测回的观测值。
当两测回不大于O.15mm时，可取其平均值
作为本次观测成果。
（二）正垂线观测
1．观测原理与正垂线布置形式
图2-7 正垂线多点支承和一点支承示意图
(a)多点支承关系示意图；(b)多点支承结构示意图；
(c) 一点支承关系示意图；(d) 一点支承结构示意图；
1-悬挂装置；2-夹线装置；3-坝体观测点；
4-坝底观测点；5-观测墩；6-重锤；7-油箱；
1．观测原理与正垂线布置形式
正垂线是在坝的上部悬挂带重锤的不锈钢丝，利用地球引力使钢丝铅垂这一特点，来测量坝体的水平位移。
若在坝体不同高程处设置夹线装置作为测点，从上到下顺次夹紧钢丝上端，即可在坝基观测站测得测点相对坝基的水平位移，从而求得坝体的挠度，这种形式称为多点支承一点观测的正垂线，如图2-7（a）、（b）。
如果只在坝顶悬挂钢丝，在坝体不同高程处设置观测点，测量坝顶与各测点的相对水平位移来求得坝体挠度的，称为一点支承多点观测正垂线，如图2-7（c）、（d）。
2．正垂线装置的构成
不论是多点支承还是一点支承正垂线，一般由以下几部分构成。
（1）悬挂装置。
供吊挂垂线之用，常固定支撑在靠近坝顶处的廊道壁上或观测井壁上。
（2）夹线装置。
固定夹线装置是悬挂垂线的支点，在垂线使用期间，应保持不变。
即使在垂线受损折断后，支点亦能保证所换垂线位置不变。
活动夹线装置是多点支承一点观测时的支点，观测
时从上到下依次夹线。
当采用一点支承多点观测形式时，取消活动夹线装置，而在不同高程取观测台。
（3）不锈钢丝。
为直径1mm的高强度不锈钢丝。
观测仪器为接触式仪器时，需配的重锤较重，钢丝直径一般为2mm左右。
（4）重锤。
为金属或混凝土块，其上设有阻尼叶片，重量一般不超过垂线极限拉应力的30%。
但对接触式垂线仪，重锤需达200～500kg。
（5）油箱。
为高50cm、直径大于重锤直径20cm的圆柱桶。
内装变压器油，使之起阻尼作用，促使重锤很快静止。
（6）观测台。
构造与倒垂线观测台相似。
也可从墙壁上埋设型钢安装仪器底座，特别是一点支承多点观测，是在观测井壁的测点位置埋设型钢安置底座。
3．现场观测
正垂线观测使用的仪器和观测方法与倒垂线相同。
观测步骤首先是挂上重锤，安好仪器，待钢丝稳定后才进行观测。
观测顺序是自上而下逐点观测为第一测回，再自下而上观测为第二测回。
每测回测点要照准两次，读数两次。
两次读数差小于0.1mm，测回差小于0.15mm。
由于正垂线是悬挂在本身产生位移的坝体上，只能观测与最低测点之间的相对位移。
为了观测坝体的绝对位移，可将正垂线与倒垂线联合使用，即将倒垂线观测台与正垂线最低测点设在一起，测出最低点正垂线至倒垂线的距离，即可推算出正垂线各测点的绝对位移。