安全監(jiān)測技術在大梁水庫中的應用

謝永亮,張 信

(長江工程職業(yè)技術學院,武漢 430212)

1 工程概況

大梁水庫是引黃北干線上的一座調節(jié)水庫,水庫位于朔州市平魯區(qū)井坪鎮(zhèn)西北約3 km的下稱溝內,水庫來水由兩部分組成,小部分由區(qū)域來洪、大部分由北干線每年10月至次年7月從1#輸水隧洞揚水入水庫組成。水庫總庫容2 260萬m3,建筑物主要由主壩、進水塔、放空洞、交通橋等組成。

水庫主壩為黃土心墻砂礫料混合壩,壩軸線采取直線形布置,橫跨下稱溝谷地,主壩壩頂高程1 401m,防浪墻頂高程1 402 m,最大壩高26 m,壩頂長1 145 m。

2 工程地質情況

大梁水庫位于呂梁山脈高峰虎頭山東麓,平魯向斜西翼的黃土丘陵區(qū),毗鄰北坪洼地西部的下稱溝中,是一座兩岸山梁低矮,山坡平緩,谷地淺寬,庫底平坦的黃土丘陵區(qū)水庫,庫區(qū)上游有徐辛窯、高家坡及陳掌三條支溝,流域面積約28.8km2。庫區(qū)下稱溝近東西走向,地勢西高東低,溝谷寬800～1 400m,溝底高程1 420～1 375m;兩岸為黃土山梁,頂部高程1 475～1 414m,山梁平均坡度8°左右,丘陵多為黃土覆蓋,少量沖溝底有零星基巖出露。

主壩壩基土層厚度約100m,自上而下為新生界第四系全新統(tǒng)沖洪積(Q4al+p l)砂礫石,近代沖溝分布厚3～6m;上更新統(tǒng)沖洪積(Q3al+pl)黃土狀亞砂土,最大厚度27m;中更新統(tǒng)沖洪積(Q2al+pl)砂礫石夾亞黏土,厚度10～19m。第三系上新統(tǒng)坡洪積(N2dl+p l)紅黏土和沖洪積(N2al+pl)砂礫石,最大厚度約70m。下伏為奧陶系上馬家溝組(O2s)灰?guī)r。

3 施工方案

本工程施工程序為:施工準備→儀器設備采購→儀器設備檢驗率定→安裝埋設→觀測→電纜敷設及保護→進入測站。主要施工方法如下:

(1)安全監(jiān)測儀器的檢驗率定。

率定檢驗的內容主要包括力學性能參數(shù)、溫度性能參數(shù)和防水性能三個方面,二次儀表每月定期校驗一次。檢驗率定按照《混凝土壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》(DL/T 5178-2003)進行。

①力學性能率定。力學性能參數(shù)包括:端基線性度檢驗、非直線度檢驗、不重復性誤差檢驗、最小讀數(shù)(靈敏度)檢驗。檢驗結果要求端基線性度誤差≤2%;非直線度誤差≤1%;不重復性誤差≤1%;最小讀數(shù)f誤差≤3%(差動電阻式儀器)或 ≤1%(鋼弦式儀器)。

②溫度性能率定。儀器溫度性能檢驗率定的主要參數(shù)包括:溫度檢驗、溫度常數(shù)檢驗、溫度絕緣檢驗。溫度檢驗分檔時,溫度計分為 0℃、35℃、70℃;滲壓計分為 0℃、20℃、40℃;其余儀器分為 0℃、20℃、40℃、60℃。對溫度計溫度誤差要求≤0.3℃,其他儀器≤0.5℃;對絕緣電阻,所有儀器大于50MΩ。

③防水性能檢驗。所有內部監(jiān)測儀器都要進行防水性能檢驗,儀器在0.5MPa水壓力下持續(xù)時間0.5h以上(滲壓計在其規(guī)格范圍內加壓),儀器電纜芯線與壓力容器之間的絕緣電阻不小于200MΩ。

(2)監(jiān)測儀器的安裝埋設。儀器的埋設、安裝應按規(guī)范規(guī)定及設計圖紙要求,并參照儀器生產(chǎn)廠商提供的說明和資料操作。施工過程中安裝區(qū)必須保護,填筑的時候,振動碾遠離測斜管等1.0～1.5 m,距傳感器厚度為1.5m時可用振動碾。

①滲壓計。滲壓計安裝前在水里浸泡2h以上,使其達到飽和狀態(tài)。在滲壓計埋設點處開挖埋設坑或鉆孔。用土工布和過濾料包裹滲壓計并按設計圖紙及規(guī)范要求,把滲壓計埋入砂中,使儀器進水口通暢,并防止泥漿或水泥漿進入滲壓計內部。將包有儀器的砂袋埋入預先完成的坑或孔內,周圍回填粗砂,之后回填壩料或砂漿。

②測斜管。鉆孔終孔直徑為 Φ150mm;鉆孔位置、孔深和傾角按設計圖紙所示施鉆;鉆孔鉛直度偏差在50m內不得大于3°,孔位偏差不得大于20cm;測斜管的連接要使導槽對齊,防止扭偏;測斜管采用鋁合金管,安裝時其每3m管長垂直角不得超過1°。

測斜管安裝完畢,屬混凝土結構內的,用水泥砂漿進行全孔灌漿,采用標號不低于425#的普通硅酸鹽水泥,其參考水、砂、水泥之比為0.6∶1∶0.5,待水泥漿凝固后安裝孔口裝置。屬黃土邊坡內的,則采用0.6∶1(水∶泥)泥漿用灌漿機自下而上進行全孔灌漿,或采用干凈粗砂兼孔口灌水的方法進行填充,要求孔內填充料必須密實。若用砂料封孔時,孔口2～3m必須用水泥漿或泥漿封孔。鉆孔傾斜導管的接頭及底部管帽必須密封牢靠,防止灌漿時漿液進入管內。安裝時應使導管的一對導槽平行或垂直于邊坡傾斜方向。

③溫度計。按設計要求,先測量放樣,確定溫度計的高程、埋設位置。在壩基面按設計深度鉆孔或挖坑安裝,將電纜引出后回填鉆孔。

(4)倒垂線。首先是造孔,按設計要求的孔位、孔徑和孔深鉆孔,采用巖芯鉆,開孔直徑220mm,終孔有效孔徑應大于80mm。應將巖芯盡量取全,特別對于斷層、軟弱夾層(帶)應盡量取出,按工程地質規(guī)范進行詳細描述,作出鉆孔巖芯柱狀圖。鉆孔時,應選擇性能好的鉆機,應在鉆孔處用混凝土澆筑鉆機底盤,預埋緊固螺栓。嚴格調平鉆機滑軌(或轉盤),其傾斜度應小于0.1%。然后將鉆機緊固在混凝土底座上?？卓诼裨O長度3m的導向管,導向管必須調整垂直,其傾斜度應小于0.1%,并用混凝土加以固結。鉆具上部應裝設導向環(huán),導向環(huán)外徑可略小于導向管內徑2～4mm。鉆進時,宜采用低轉速、小壓力、小水量。必須經(jīng)常檢查鉆孔偏斜值,每鉆進0.5～1m應檢測一次。檢測可采用倒垂浮體組配合彈性置中器進行,測定鉆孔不同高程處鉆孔中心線位置與孔口中心位置的偏心距。在鉆孔過程中,一旦出現(xiàn)偏斜,應首先分析原因,同時采取切實可行的糾斜措施。

其次是保護管(套管)的埋設。保護管應保持平直,底部加以焊封。底部以上0.5m范圍內,內壁應加工為粗糙面,以便用水泥漿固結錨塊。保護管采用絲口連接,接頭處應精細加工,保證連接后整個保護管的平直度,安裝保護管時全部絲口聯(lián)接縫用防滲漏材料密封。下保護管前,可在鉆孔底部先放入水泥砂漿(高于孔底約0.5m)。保護管下到孔底后略提高,但不得提出水泥砂漿面,并用鉆機或千斤頂進行固定。然后準確測定保護管的偏斜值,若偏斜過大,應加以調整,直到滿足設計要求,方可用M 15水泥砂漿固結。待水泥砂漿凝固后,拆除固定保護管的鉆機或千斤頂。

再次是倒垂線的埋設。浮體組采用恒定浮力式。測線采用強度較高的不銹銦瓦絲,其直徑的選擇應保證極限拉力大于浮子浮力的3倍。浮體組浮力可按規(guī)范要求確定。埋設錨塊時,在測線下端固定好錨塊,鋼絲應位于保護管中心,將錨塊慢慢放至孔底,沉入水泥漿深處。浮體組安裝,應使浮子水平、連桿垂直,浮子應位于浮桶中心,處于自由狀態(tài)。若采用恒力浮子,應使整個浮子沒入液體中,但不可觸及浮桶底部;若采用其它類型浮子,則應調整到設計浮力。在倒垂孔附近的合適位置建倒垂線觀測墩,在墩面上用二期混凝土埋設垂線坐標儀的基座底板。

⑤土位移計。其一,安裝在壩體與圍巖交接處的土位移計。在儀器安裝高程的圍巖鉆孔,孔口填充保護物以防壩體填筑料進入孔中。當壩體填筑面高于安裝高程20 cm并碾壓密實后,挖槽至安裝高程,將儀器和護管按設計長度連接,然后將部分儀器與灌漿管一并放入鉆孔內,部分儀器放在壩體內,待位移計就位后,對鉆孔進行回填灌漿,灌漿水灰比為1∶0.5,灌漿壓力以0.5 MPa為宜,待鉆孔漿液凝固,把放入儀器的挖槽回填壩料,施工中應加強保護,避免直接對安裝位置振搗。其二,安裝在壩體內的土位移計。當壩體填筑面高于安裝高程20 cm并碾壓密實后,在安裝位置挖槽至安裝高程。將儀器和護管按設計長度連接后放入槽內,回填壩料并人工碾壓密實,施工過程中要對儀器嚴加保護。大型機械設備施工時,要求距離土位移計的距離0.5～1.0m。

⑥電纜的連接和保護。監(jiān)測儀器至監(jiān)測站的電纜盡可能少用接頭,電纜的連接和測試應嚴格按規(guī)范DL/T5178-2003執(zhí)行。在儀器引線安放和連接后,回填之前,應立即對監(jiān)測儀器及電纜進行測試。在每支儀器電纜上均按20 m間隔設置標識,電纜末端應設一個鋁制標簽,上刻儀器永久編號,在電纜的端部應提供防水、防濕的保護套管。監(jiān)測儀器電纜進入監(jiān)測站墻體或地板時應有2 m以上的鍍鋅電纜鋼套管。埋入隧洞襯砌中的電纜必須加鋼管保護。鋼管管徑根據(jù)電纜束直徑確定,要求鋼管壁厚大于5mm。對于外露電纜,需沿電纜牽引線路挖槽形成電纜溝,電纜應埋設于電纜溝中,并穿管保護,保護管采用鍍鋅管(Φ50mm～Φ120 mm,厚大于5mm),周圍回填。電纜一時不能引入監(jiān)測站時,要設臨時測站,可采用設置電纜保護箱作為臨時測站。電纜跨施工縫或結構縫時,應按設計圖紙要求設穿管過縫的保護措施,防止由于縫面張開而拉斷電纜。電纜跨縫保護管直徑應足夠大(為電纜束直徑的1.5～2.0倍),使得電纜在管內可以松弛放置段,跨縫管段應設伸縮管。電纜應用布條包扎,其包扎長度應延伸至保護管外,管口用涂有瀝青的棉紗或麻絲封口。

⑦其它儀器和設備。其它儀器設備的安裝和埋設應根據(jù)儀器的使用說明書、施工圖紙的要求和監(jiān)理人員的指示進行。

本工程中內部監(jiān)測儀器隨土建施工進度進行,電纜隨著澆筑引入觀測站,儀器安裝完成后進入觀測;外部觀測儀器,倒垂線在大壩蓄水前必須完成。

4 監(jiān)測

在監(jiān)測儀器設備安裝埋設完畢后及時按照批準的規(guī)程對儀器設備進行測試、校正,并記錄儀器設備在工作狀態(tài)下的初始讀數(shù),開展施工期監(jiān)測。

4.1 觀測工作應遵循的原則

觀測工作應遵循“三固定”、“四隨”、“四無”的原則,“三固定”即人員固定、儀器設備固定、觀測時間固定;“四隨”即隨觀測、隨紀錄、隨計算、隨校核;“四無”即無缺測、無漏測、無不符合精度、無違時。

4.2 觀測及資料整理

(1)滲壓計埋設后,15min/次連測一小時后7日內2次/天,溫度計在填筑的24h內,每隔4h測1次,之后每天觀測3次,直至混凝土達到最高水化熱溫升為止;以后每天觀測1次,持續(xù)2周;再后每周觀測2次,觀測頻次可隨施工進度適當調整。充水檢查期應每1～2天觀測1次。

(2)其它監(jiān)測儀器安裝后7日內每日觀測2次;隨后7日內每天觀測一次;以后每周觀測2次。

(3)垂直位移測點可每個月測1～2次。各測值穩(wěn)定后可2～3個月測一次。蓄水初期應每周觀測1次。

(4)測斜管應在安裝完工后1周開始觀測,最初每2天觀測1次,待儀器讀數(shù)達到穩(wěn)定狀態(tài),并取得初始值后,每月觀測2～3次。工程蓄水運行初期每周觀測2～3次;

(5)觀測記錄要準確﹑清晰﹑完整,原始觀測記錄裝訂成冊,并妥善保管。

4.3 施工期巡視檢查

施工期巡視檢查至少每周一次并有巡視檢查記錄,汛前、汛后、充水實驗時還應按發(fā)包人的要求縮短巡視間隔時間和加強巡視。巡視檢查分日常巡視檢查、年度巡視檢查和特別巡視檢查。年度巡視檢查在每年汛期、汛后全面進行,巡視檢查結束后及時向監(jiān)理工程師提交簡要報告,內容包括發(fā)現(xiàn)的問題及擬采取的措施。若遇到特殊情況,如發(fā)生暴雨、大洪水、有感地震、庫水位驟升驟降、持續(xù)高水位以及建筑物出現(xiàn)異常等情況,將進行特別巡視檢查。各種巡視檢查的記錄、圖件和報告等均整理歸檔。

4.4 觀測資料的反饋

觀測資料的反饋采取以下幾種形式。

(1)觀測簡報。以不定期的形式,將觀測和巡視過程中發(fā)現(xiàn)的問題,資料分析后發(fā)現(xiàn)的異常情況及時通報給有關各方,特殊情況下加密。

(2)觀測月報。以定期(每月一次)的形式,將當月觀測對象的情況、出現(xiàn)的問題、工作意見或建議及時通報有關各方。

(3)觀測年報。對當年觀測結果進行初步的總結和分析,將結果及時反饋有關各方。

(4)觀測成果綜合分析報告。當工程竣工或某一階段時(如試通水),做觀測成果綜合分析報告。

在遇到緊急情況下,可采取口頭、電話等手段及時通報。

6 結 語

大梁水庫安全監(jiān)測規(guī)程,是根據(jù)技術條款和監(jiān)測規(guī)范的要求,對儀器的安裝、埋設、率定以及監(jiān)測方法、頻率等方面而編制的監(jiān)測規(guī)程。本文主要是對土壩的滲透水壓力、壩體變形壩體溫度等儀器的安裝和埋設以及監(jiān)測頻率和方法進行簡介,其中的儀器都是土壩中比較常見的儀器,希望可為以后土壩儀器的監(jiān)測提供一些參考和借鑒。