洪家渡水電站面板堆石壩監(jiān)測儀器的埋設(shè)與安裝

1、洪家渡水電站面板堆石壩監(jiān)測儀器的埋設(shè)與安裝余德平(中國水電顧問集團貴陽勘測設(shè)計研究院巖土工程及大壩安全監(jiān)測中心,貴州 貴陽 55002摘 要:洪家渡水電站面板堆石壩屬200m級高壩,堆石體的變形和應(yīng)力監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝是大壩安全監(jiān)測的基礎(chǔ)工作。本文結(jié)合該工程壩體監(jiān)測儀器埋設(shè)安裝的施工特點,具體介紹壩體監(jiān)測儀器的埋設(shè)與安裝方法。關(guān)鍵詞:水利工程施工;面板堆石壩監(jiān)測儀器埋設(shè)與安裝;電測水管式沉降儀;電測引張線式水平位移計;土壓力計;縱向位移計;洪家渡水電站中圖分類號:TV698 1 文獻標(biāo)識碼:B 文章編號:1007 0133(200504 0089 030 前言洪家渡水電站攔河大壩為混凝土面板堆

2、石壩,最大壩高179 5m,壩頂長427 79m,壩頂寬10 95m,上游壩坡1 1 4,下游平均坡比1 1 4;水庫為多年調(diào)節(jié)水庫。因此,對大壩進行安全監(jiān)測是十分重要和必要的。1 壩體監(jiān)測儀器的布置面板堆石壩堆石體壩體的沉降、水平位移和堆石體應(yīng)力等是最終判斷大壩填筑質(zhì)量和確保大壩安全運行的重要指標(biāo)。因此,洪家渡水電站設(shè)計布置了相當(dāng)完善的壩體變形及應(yīng)力監(jiān)測安全監(jiān)測系統(tǒng),包括電測水管式沉降儀、電測引張線式水平位移計、縱向桿式位移計、橫向桿式位移計及土壓力計。電測水管式沉降儀和電測引張線式水平位移計,布置在R0 085,L0+005,L0+085m斷面的1002m高程(僅L0+005m、1030m

3、高程(僅L0 +005m、1055m高程、1080m高程及1105m 高程,共埋設(shè)有DC J 1型電測水管式沉降儀62套和DSP 1型電測水平位移計48套?？v向桿式位移計布置在壩軸線偏上游側(cè)的1080m高程和1105m高程,每層有7套共14套,其中1080m高程還埋設(shè)有3支配套溫度計。壩頂橫向桿式位移計布置在1141 5m高程的R0 085、L0+005m斷面上,每斷面各4套共8套。土壓力計的布置部位分別為:在壩軸線上的河床建基面有1組;1002,1055m和1105m高程各有3組,分別布置在河床中心線和左右岸建基面處。土壓力計共埋設(shè)10組,共30支。2 壩體監(jiān)測儀器的主要技術(shù)指標(biāo)在洪家渡水電

4、站大壩壩體監(jiān)測儀器主要技術(shù)指標(biāo)選取時,借鑒了天生橋一級水電站的成功經(jīng)驗,水管式沉降儀、引張線式水平位移計采用南京水利水電科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的在天生橋一級水電站成功應(yīng)用的改進型儀器,縱向桿式位移計和壩頂橫向桿式位移計采用南京水利水電科學(xué)研究院研制的儀器,土壓力計采用美國基康GK4800和GK4810(界面儀器。這些儀器的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。3 壩體監(jiān)測儀器埋設(shè)安裝及施工特點洪家渡水電站大壩壩體監(jiān)測儀器的埋設(shè)與安裝時,除沉降儀和水平位移計、土壓力計的埋設(shè)有天生橋一級水電站大壩壩體儀器埋設(shè)安裝的成功經(jīng)驗可借鑒外,而縱向和橫向桿式位移計的埋設(shè)安裝無經(jīng)驗可借鑒;并且在1080和1105m高程同時埋設(shè)安裝

5、3條垂直、水平位移計和1條縱向位移計時要將高峰期填筑的大壩切割成8塊,因此為了既要保證大壩填筑施工進度,又要確保儀器埋設(shè)安裝質(zhì)量,在施工中就必需精心組織。3 1 壩體監(jiān)測儀器的埋設(shè)安裝3 1 1 電測垂直、水平位移計的埋設(shè)安裝洪家渡水電站垂直、水平位移計的埋設(shè)借鑒了天生橋一級水電站的施工經(jīng)驗。天生橋一級水電站由于沉降儀埋設(shè)是按一定的坡比埋設(shè)的,而水平位移計則是水平埋設(shè)的,所以2種儀器在靠近測站端會形成較大的高差,導(dǎo)致基床制作必須分2次進行,故施工難度較大,占直線工期也長。因此,洪家渡水電站吸取了天生橋一級水電站的施工經(jīng)驗,在垂直、水平位移計埋設(shè)安裝時,在同一個高程上同時按一定的坡比(壩軸線以上

6、1%,壩軸線以下89第19卷第4期貴州水力發(fā)電GU IZ HOU W ATER POW ER2005年8月收稿日期:2005 06 03作者簡介:余德平(1964 ,男,貴州省余慶縣人,工程師,從事水利水電工程及大壩監(jiān)測施工與管理工作。表1 洪家渡水電站大壩監(jiān)測儀器主要技術(shù)指標(biāo)儀器主要技術(shù)指標(biāo)量程分辨率系統(tǒng)精度DCJ 1型電測水管式沉降儀02000mm1.0mm100400m小于!(27mm DSP 1型電測水平位移計01000mm0.02mm100400m小于!(2.525mm TSD型縱向桿式位移計0300mm0.01mm小于!0.05mmTSD型橫向桿式位移計0300mm0.01mm小于

7、!0.05mmGK4800型土中土壓力計1.7,3.5,5.0M Pa0.001M Pa0.1M P aGK4810型界面土壓力計1.7,3.5M Pa0.001M Pa0.01M P a2%進行垂直、水平位移計的埋設(shè)安裝。儀器的埋設(shè)安裝方法一般有挖溝槽埋設(shè)法和表面埋設(shè)法,但這2種方法可根據(jù)大壩填筑施工進度結(jié)合使用。在大壩填筑達到儀器埋設(shè)建基面高程之后,不管采用哪種方法均按如下程序進行垂直、水平位移計的埋設(shè)和安裝:(1觀測房修建:永久觀測房的修建必須搶在儀器埋設(shè)安裝之前建成。(2垂直、水平位移計基床的制作:由于洪家渡水電站大壩的垂直、水平位移計是埋設(shè)在同一高程上,因此基床的寬度至少要在5m以上

8、?；仓谱髑耙M行測量放樣,隨后在建基面上按設(shè)計坡比(壩軸線前為1%,壩軸線后為2%先填筑1層寬5m、厚40c m的A料,再填筑1層等寬的厚20c m的#A料,分層碾壓到滿足大壩填筑要求;然后再鋪1層30c m的人工砂,在進行人工找坡、碾壓密實后可進入下道工序施工。(3修建沉降儀測頭基墩和人工精確挖槽找坡:從沉降儀測頭基墩的穩(wěn)定性考慮,沉降儀測頭基墩應(yīng)修建在建基面上,故必須在基墩位置挖除人工砂使建基面達到#A料頂面上;同時,根據(jù)測量放樣在人工砂面挖出埋設(shè)沉降儀和水平位移計的溝槽各1條,挖槽的寬度以沉降儀和水平位移計管線能夠輕松擺放為宜,挖槽深度約15c m。(4管線鋪設(shè)及儀器埋設(shè)安裝:在儀器基

9、床制作的同時,根據(jù)儀器埋設(shè)樁號到觀測房的距離,安排人員對沉降儀的進水管(須加壓檢查是否漏氣,不漏氣方可使用、排水管和氣管進行下料,并穿好塑料保護管備用;對水平位移計的鋼絲以同樣方法下料,并進行相應(yīng)的配件準(zhǔn)備和檢查。沉降儀的安裝:首先將穿好塑料保護管的沉降儀管線放入已挖好的管線槽內(nèi)并按順序擺放好,對土壓力較大的部位要套鋼管保護;然后連接沉降儀測頭,進行充水和水位校測,同時檢查管線接頭有無滲漏現(xiàn)象(有滲漏,重新連接;最后澆注沉降儀測頭保護混凝土,并以人工砂覆蓋管線。水平位移計的安裝:在人工精確找坡的管溝內(nèi)準(zhǔn)備好水平位移計的保護鋼管,用引線器將銦鋼絲穿入鋼管引至各測點與錨固板連接,待調(diào)直保護鋼管后,

10、在錨固板處澆筑混凝土保護墩,同時以人工砂覆蓋管線。(5保護料覆蓋:儀器埋設(shè)安裝完成后,在人工砂覆蓋的條帶上覆蓋1層20c m厚的#A料,再在條帶上覆蓋1層40c m厚的A料,并分層碾壓密實后可恢復(fù)大壩正常填筑施工。3 1 2 縱向桿式位移計埋設(shè)安裝洪家渡水電站大壩除了監(jiān)測壩體填筑料的沉降及上下游方向的位移外,還要監(jiān)測其左右岸方向的位移,縱向桿式位移計就是為了觀測壩體填筑料的左右岸方向的位移而埋設(shè)的。縱向桿式位移計的埋設(shè)安裝有以下4個步驟:(1錨固端錨桿施工:在大壩填筑高程與縱向桿式位移計埋設(shè)高程相差56m時,進行左右岸錨固端錨桿施工。根據(jù)洪家渡水電站壩址工程地質(zhì)條件,左岸錨固端錨固在永寧鎮(zhèn)灰?guī)r

11、中,錨固深度9m,右岸錨固在九級灘頁巖內(nèi),錨固深度15m。(2基床制作:由于縱向桿式位移計與橫向垂直、水平位移計處在同一高程上,形成立體交叉,因此應(yīng)嚴格進行高程控制?；仓谱鞯墓ば蚺c垂直、水平位移計基本相同,在建基面上先填筑(水平填筑,無坡比1層5m寬40c m厚的A料,再填筑1層20c m厚的#A料,并分層碾壓到滿足大壩填筑要求。這2層料的填筑高程與該部位的垂直、水平位移計的相應(yīng)的2層料的高程相同。(3儀器埋設(shè)安裝及觀測電纜牽引:基床制作完成后,用人工在儀器埋設(shè)管線的相應(yīng)位置挖1條水平的15c m15c m溝槽,人工找平后即可自儀器錨固端向測點錨固板處安裝測桿和保護管,待調(diào)直管線后在錨固板處

12、澆筑混凝土保護墩,待該岸坡錨固端有關(guān)的所有測點均安裝完成之后,將錨固端所有的儀器電纜穿上保護管沿其中1條管線引入與垂直、水平位移計立交處,沿垂直、水平位移計條帶引入永久觀測房,儀器安裝完成。90第19卷第4期 貴州水力發(fā)電 2005年8月(4保護料覆蓋:儀器埋設(shè)管線內(nèi)首先填滿人工砂,再在上面覆蓋1層20c m厚的#A料和1層40c m厚的A料,待分層碾壓密實即可恢復(fù)大壩正常填筑。3 1 3 壩頂橫向桿式位移計埋設(shè)安裝壩頂橫向桿式位移計埋設(shè)安裝是在大壩填筑完成之后用挖槽法進行的。大壩填筑達到填筑高程之后用施工機械挖1條底寬3m的溝槽,制作基床和儀器管線埋設(shè)安裝方法都與縱向桿式位移計相同,儀器安裝

13、是在壩后坡進行的,觀測電纜沿壩頂引入左右岸觀測房。3 14 土壓力計埋設(shè)安裝壩體土壓力計的埋設(shè)安裝是采用挖坑、#A料保護的方法進行埋設(shè)的。先在儀器埋設(shè)部位的主堆石料中用施工機械挖1個23m3的坑,倒入#A 料并分層碾壓密實,然后再人工挖1個80c m80c m80c m左右的坑,在坑內(nèi)埋設(shè)上下游方向、左右岸方向、水平方向的3支土中壓力計(岸坡側(cè)換成界面土壓力計埋于岸坡上,傾角與岸坡相同,靠近儀器部位用少量人工砂保護后用#A料覆蓋,待碾壓密實后即可恢復(fù)大壩正常填筑。土壓力計電纜用電纜管保護后沿主堆石料挖溝埋設(shè)、用人工砂保護引至垂直、水平位移計條帶,再沿條帶引入永久觀測房中。3 2 施工特點3 2

14、 1 1002m高程儀器的分段施工1002m高程的垂直、水平位移計是靠近河床底部的且是整個大壩儀器埋設(shè)安裝中管線最長(長度達402m的1條,也是儀器埋設(shè)安裝成敗與否的關(guān)鍵。鑒于天生橋一級水電站垂直、水平位移計埋設(shè)安裝的成功經(jīng)驗,該部位的垂直、水平位移計埋設(shè)安裝以一次全段面埋設(shè)為最好。但是,結(jié)合洪家渡水電站大壩填筑在此高程分三期施工的特點,儀器的埋設(shè)安裝也只能分三段進行。為此,在儀器埋設(shè)安裝過程中建了2個臨時觀測房,致使最長的沉降儀管線有2個管接頭,最長的水平位移計也有2個鋼絲接頭。由于成功的應(yīng)用了鋼絲連接技術(shù),打破了以往水平位移計分段埋設(shè)中臨時測站不能觀測的紀錄。3 2 2 1030m及105

15、5m高程的所有儀器一次性全斷面施工1030m和1055m高程儀器埋設(shè)安裝時,根據(jù)大壩當(dāng)時的填筑特點具備整條儀器全線施工的條件。1030m高程的垂直、水平位移計前半段的埋設(shè)采用挖溝槽埋設(shè)法,后半段采用表面埋設(shè)法進行埋設(shè)安裝。1055m高程的3條垂直、水平位移計均采用表面埋設(shè)法進行安裝,但是,3個條帶基床的制作是分段進行的,即先制作后半段儀器埋設(shè)安裝的基床,修建永久觀測房,待前半段大壩填筑達到儀器埋設(shè)高程后再進行基床制作,并一次全線埋設(shè)安裝儀器。為儀器埋設(shè)安裝和永久觀測房的修建提供了寶貴的時間。3 2 3 1080m和1105m高程儀器的縱橫向施工1080m和1105m高程同時有垂直、水平位移計和

16、縱向桿式位移計。在儀器埋設(shè)安裝過程中1080m高程先埋設(shè)安裝前半段3條垂直、水平位移計和縱向桿式位移計,1105m高程安裝3條垂直、水平位移計和1條縱向桿式位移計。該兩高程的壩體儀器埋設(shè)安裝同時具有以下特點:(1儀器埋設(shè)安裝時,正好是大壩填筑的高峰期,儀器埋設(shè)安裝的施工工期短(1080m高程僅安排10d時間、任務(wù)重。(2垂直、水平位移計和縱向桿式位移計同時進行基床制作和儀器埋設(shè)安裝,1條縱向水平位移計和3條垂直、水平位移計將正在填筑施工的大壩工作面切割成大小不等的8塊。這樣既要保證大壩填筑的交通不中斷,又要保護好埋設(shè)安裝好的儀器不受損壞,故施工難度極大。(3儀器埋設(shè)安裝用工量大,最多時達到120人。4 壩體監(jiān)測儀器的運行工況洪家渡水電站大壩于2002年5月1日開始垂直、水平位移計安裝,至2005年4月上旬全部監(jiān)測儀器埋設(shè)安裝完成,完好率見表2,并建成臨時觀測房5座、永久觀測房11座。表2 洪家渡水電站大壩壩體監(jiān)測儀器的完好率儀器名稱儀器型號設(shè)計數(shù)量/套完好數(shù)量/套完好率/%沉降儀DCJ 16262100水平位移計D