蘇阿皮蒂項(xiàng)目鉆孔涌水下多點(diǎn)位移計(jì)的埋設(shè)安裝方法

曹景陽，張順利，劉 彬

(1.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550000；2.中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水利樞紐項(xiàng)目是西非幾內(nèi)亞共和國孔庫雷河梯級開發(fā)的第二級電站，距首都科納克里135 km。本工程水庫正常蓄水位210 m對應(yīng)庫容63.17億m3，裝機(jī)容量450 MW，工程等別為Ⅰ等，工程規(guī)模為大(1)型。主要建筑物有碾壓混凝土重力壩、壩后廠房、進(jìn)場公路及橋梁等。大壩正常蓄水位210 m，壩頂高程215.5 m，碾壓混凝土重力壩最大壩高120 m，壩軸線長1 164 m。

考慮到壩址區(qū)巖體主要為厚層狀的輝綠巖和薄層與極薄層互層的砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。輝綠巖巖體中發(fā)育的裂隙密集帶內(nèi)易形成深層風(fēng)化卸荷帶，故設(shè)計(jì)主要選取了13個壩段作為典型監(jiān)測斷面，共計(jì)鉆孔布置29套多點(diǎn)位移計(jì)對壩基變形進(jìn)行永久監(jiān)測。典型監(jiān)測斷面(23號壩段)多點(diǎn)位移計(jì)布置情況見圖1。

圖1 23號壩段壩基多點(diǎn)位移計(jì)布置圖

現(xiàn)場施工壩基多點(diǎn)位移計(jì)鉆孔時，29個鉆孔中有21個孔均出現(xiàn)不同程度的涌水現(xiàn)象，平均涌水量約220 L/min，部分達(dá)到300 L/min以上，且主要集中在19～36號壩段區(qū)域。采用常規(guī)的灌漿方法對多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行灌漿，出現(xiàn)漿液流失嚴(yán)重、難以固定錨頭等問題。因此，現(xiàn)場對施工工藝進(jìn)行優(yōu)化，以確保安裝質(zhì)量。

1 鉆孔涌水下埋設(shè)安裝工藝

1.1 多點(diǎn)位移計(jì)原理

多點(diǎn)位移計(jì)(三點(diǎn)式)主要由3支振弦式位移傳感器、灌漿安裝基座、儀器安裝基座、儀器保護(hù)罩、傳遞桿及灌漿錨頭、傳遞桿保護(hù)管等組成(見圖2)。

圖2 基本結(jié)構(gòu)組件示意圖

多點(diǎn)位移計(jì)安裝于孔內(nèi)，將錨頭按設(shè)計(jì)要求依次布置于監(jiān)測位置。灌漿回填后，錨頭與其周邊的基巖凝為一體。當(dāng)巖體沿安裝孔軸向位移時，變化通過傳遞桿傳遞至孔口位置的傳感器，使得傳感器的鋼弦發(fā)生應(yīng)力變化，進(jìn)而改變鋼弦的振動頻率。測讀時，利用傳感器自身的電磁圈激撥鋼弦并量測其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，結(jié)合傳感器自身溫度計(jì)測得溫度變化，經(jīng)換算即可得到被測巖體的相對位移變化量。

1.2 造孔施工

壩基多點(diǎn)位移計(jì)采用垂直鉆孔安裝，安裝孔入巖20.5 m。根據(jù)測頭的數(shù)量及各類預(yù)埋管管徑確定孔徑為110 mm，孔口1 m段擴(kuò)孔至130～150 mm。

為不影響土建作業(yè)，在基礎(chǔ)找平完成后開始造孔并取芯，確保入巖深度符合設(shè)計(jì)要求。完成后，檢查孔底位置巖層完整性，如遇破碎帶，繼續(xù)深入，直至孔底位置巖層完好為止(測桿相應(yīng)加長)。

1.3 埋設(shè)安裝

在場地平整干凈的地點(diǎn)組裝位移傳感器、灌漿安裝基座、儀器安裝基座、儀器保護(hù)罩、錨頭、連接桿、保護(hù)管、灌漿管、回漿管、排水管等，并完成傳感器預(yù)拉。

將組裝好的整套儀器放進(jìn)孔內(nèi)，并對孔口進(jìn)行封堵。

針對安裝孔涌水現(xiàn)象，在常規(guī)工藝基礎(chǔ)上做出以下調(diào)整(見圖3)。

圖3 施工示意圖

1)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，增設(shè)1根φ50 mm PVC排水管，用以減小孔內(nèi)涌水壓力；若條件允許，可選用直徑80～100 mmPVC管(根據(jù)涌水流量大小自定)作為回漿管，此時則不必增設(shè)排水管；

2)布置2根φ30 mmPVC灌漿管，用專用卡環(huán)將灌漿管與連接桿及保護(hù)管固定為一束放入安裝孔內(nèi)，1號灌漿管固定至安裝孔底部，2號灌漿管固定至安裝孔中間位置；

3)在儀器組裝完成后、安裝進(jìn)行前，完成傳感器預(yù)拉；待儀器放入安裝孔后，及時檢測傳感器預(yù)拉值的變化，若變化量過大，則需立即取出進(jìn)行調(diào)整；

4)將組裝好的儀器放入安裝孔內(nèi)，在儀器保護(hù)罩周邊用止水材料(土工布、碎布片)進(jìn)行封堵，使涌水只能通過預(yù)設(shè)的管路排出；

5)在孔口位置澆筑與周圍同等標(biāo)號的混凝土保護(hù)墩(不小于30 cm×30 cm×30 cm，必要時可進(jìn)行植筋加固)對預(yù)設(shè)管線進(jìn)行保護(hù)，避免孔口止水材料被水壓沖出或機(jī)械、人為破壞。

1.4 回填灌漿

待孔口混凝土保護(hù)墩達(dá)到一定強(qiáng)度、灌漿設(shè)備準(zhǔn)備就緒后，使用統(tǒng)一配比漿液進(jìn)行回填灌漿。漿液最佳配比為：水0.6、水泥1、減水劑0.3﹪。灌漿壓力0.3～0.5 MPa。

1)將1號灌漿管接至灌漿泵進(jìn)行灌漿，直至各管回漿漿液與灌漿漿液濃度相同，封堵2號灌漿管、排水管與回漿管；若1號灌漿管在灌漿過程中出現(xiàn)停止進(jìn)漿現(xiàn)象，且其余各管均未回漿或回漿漿液濃度小于灌漿漿液濃度時，則封堵1號灌漿管，由2號灌漿管以相同的灌漿壓力進(jìn)行補(bǔ)灌，直至回漿管、排水管回漿漿液與灌漿漿液濃度相同，封堵排水管、回漿管。

2)繼續(xù)由1號或2號灌漿管以0.5 MPa的灌漿壓力進(jìn)行補(bǔ)灌，直至不再進(jìn)漿后，屏漿30 min。

3)拆除連接的灌漿泵管路，封堵灌漿管。

4)待漿液初凝后切除外露管路，清理工作面。

2 效果檢驗(yàn)

從典型監(jiān)測斷面(23號壩段)壩基多點(diǎn)位移計(jì)2017-07-11日完成安裝至今1年多的觀測數(shù)據(jù)成果來看(見圖4、圖5)：

1)多點(diǎn)位移計(jì)最深處測點(diǎn)基本無變形，表明錨固牢靠，灌漿效果好；

2)各測點(diǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)成果變化過程線連續(xù)、平滑、規(guī)律性好，表明儀器工作狀況良好，測值真實(shí)可靠；

3)實(shí)測壩基有微小沉降變形，最大壓縮變形在3 mm以內(nèi)，且逐步趨于穩(wěn)定，表明壩基當(dāng)前處于穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測儀器發(fā)揮了應(yīng)有的作用。

圖4 壩基多點(diǎn)位移計(jì)BX23-1(壩踵)位移時序變化過程線

圖5 壩基多點(diǎn)位移計(jì)BX23-3(壩趾)位移時序變化過程線

蘇阿皮蒂樞紐工程壩基鉆孔存在涌水現(xiàn)象的21套多點(diǎn)位移計(jì)均按照該方法安裝埋設(shè)，目前各套儀器工作正常，測得的基巖變形與當(dāng)前工況一致。因此，鉆孔涌水情況下，采用增設(shè)排水管、控制灌漿壓力、調(diào)整灌漿砂漿配合比的綜合處理措施，埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)是可行的。

3 結(jié) 語

本工程在實(shí)施壩基多點(diǎn)位移計(jì)安裝過程中，針對安裝孔涌水且流量大的問題，從造孔、安裝、灌漿等方面進(jìn)行了有效改進(jìn)，經(jīng)過近1年多的觀測，目前效果較好，可為類似工程項(xiàng)目提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。