郭富權(quán) ,譚大基, 邢怡芳

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

某工程水下壩面平整度測量系統(tǒng)設(shè)計及實施

郭富權(quán) ,譚大基, 邢怡芳

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司,西安 710065)

根據(jù)某工程閘門槽缺陷修復(fù)的工程實踐，介紹了水下混凝土平整度測量方法及系統(tǒng)布置，并對測量框結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵部位的細(xì)部布置做了詳細(xì)介紹。實施效果證明，采用大截面水封橡皮在進(jìn)行隨形處理后，對不平整度較高的表面實施封水能夠滿足需要，達(dá)到了封水效果。關(guān)鍵詞：水下測量;測量系統(tǒng)；平整度；活動吊耳;隨形水封;測量分析

1 工程概況

某水電站采用混凝土重力壩。溢洪道布置在河床中間，兩側(cè)各設(shè)1個深式泄水底孔，承擔(dān)樞紐工程的泄洪和水庫放空任務(wù)。泄水底孔采用短管壓力流后接明渠方式，進(jìn)水口為喇叭形，壓力段孔口尺寸5 m×8 m(寬×高)，設(shè)有5 m×9.6 m平板式事故檢修閘門，出口處設(shè)弧形工作閘門。在日常檢查中發(fā)現(xiàn)泄水底孔事故檢修閘門左側(cè)門槽鋼襯板和閘門鋼軌之間嚴(yán)重開裂，開裂處出現(xiàn)較大范圍混凝土掏空破壞，危機(jī)大壩安全。業(yè)主委托作者單位進(jìn)行底孔事故檢修閘門的門槽修復(fù)設(shè)計。

2 問題提出

本工程中正常蓄水位距離事故檢修閘門底坎水頭為45 m，屬于中壓水頭，潛水員工作時間不宜過長。經(jīng)向業(yè)主了解以前修復(fù)的狀態(tài)，由于均為水下作業(yè)修復(fù)，效果不太理想。根據(jù)現(xiàn)場實際情況和前期經(jīng)驗，通過綜合評價法[1]最終確認(rèn)事故檢修閘門門槽修復(fù)采用旱地修復(fù)方案。如需創(chuàng)造旱地施工條件，必須設(shè)置專用設(shè)備將上游水擋住。事故檢修閘門為最靠近上游側(cè)的門槽。門槽體形平面布置見圖1。

圖1 事故檢修閘門槽體形平面圖 單位：mm

確定旱地施工的方案后，根據(jù)水庫實際情況，無法把水位降至事故門槽底坎以下，經(jīng)多方案綜合比較后，決定采用一個浮體門[2]在45 m水頭下將上游側(cè)孔口外側(cè)完全覆蓋，達(dá)到封水目的。

浮體門采用大截面橡膠水封[3]作為封水材料并兼作支承。由于沒有現(xiàn)成的封水面，只能以混凝土壩面作為封水面。大壩混凝土為大塊混凝土澆筑，考慮止水橡皮是直接作用在8.7 m×15 m(寬×高)的混凝土面上，如閘門橡皮止水面在一個平面內(nèi)，由于受混凝土壩面不平整度的影響，可能一處橡皮已壓縮30 mm，另外一處還沒壓縮，造成局部橡皮壓應(yīng)力過大和止水效果不好的情況。為了達(dá)到理想的封水效果，需先測量止水范圍內(nèi)混凝土平面的平整度，根據(jù)混凝土壩面的實際平整度設(shè)置隨形水封橡皮，減小壩面混凝土不平整度對閘門止水橡皮的壓應(yīng)力，達(dá)到止水效果。

3 設(shè)計方案

大壩混凝土面的平整度測量原理是將上千個可上下游移動的尼龍棒[4]在測量前先調(diào)整到同一個基準(zhǔn)面，并和大壩面保持一定距離，依次推動尼龍棒和大壩混凝土面接觸，所有尼龍棒推出的端點(diǎn)將形成一個平面，認(rèn)為此平面就是大壩混凝土的實際平面。這樣的端點(diǎn)越多，測量的結(jié)果越精確。

整個施工分3步實施：

第1步，測量止水橡皮止水范圍內(nèi)的混凝土平整度，考慮誤差影響，測量范圍比實際止水范圍稍大。

第2步，根據(jù)測量結(jié)果制做隨形水封、加工鋼結(jié)構(gòu)件。

第3步，落門封堵孔口止水，創(chuàng)造旱地施工條件。

4 測量試探框設(shè)計

壩面平整度測量系統(tǒng)主要由測量試探框、壩前鋼平臺[5]、導(dǎo)向支架、重錘錨、壩頂支承架[6]、手動葫蘆、固定卷揚(yáng)機(jī)及測深裝置等組成。測量鋼平臺作為啟閉測量試探框的固定卷揚(yáng)機(jī)的支撐平臺。壩頂支承架和導(dǎo)向支架約束測量試探框向上游側(cè)運(yùn)動，重錘錨提供鉛直導(dǎo)向?；炷翂蚊嫫秸葴y量布置如圖2。

4.1 設(shè)計原則

測量試探框的作用是測量止水范圍內(nèi)混凝土平整度，因此本體質(zhì)量應(yīng)越輕越好，可減輕啟閉設(shè)備容量。測量框大小為9.3 m×15.63 m，測量狀態(tài)為直立式，讀取數(shù)據(jù)狀態(tài)為平躺在壩頂。本測量框需考慮吊裝[7]的因素，構(gòu)件應(yīng)有一定剛度，避免在改變狀態(tài)時出現(xiàn)高度方向上撓度過大的現(xiàn)象。

圖2 混凝土壩面平整度測量布置圖 單位：mm

4.2 測量框結(jié)構(gòu)設(shè)計

為減輕測量框本體的質(zhì)量，經(jīng)比較，采用桁架結(jié)構(gòu)[8]形式，除固定尼龍棒處采用大塊鋼板外，其他部分均采用工字鋼、角鋼和連接鋼板，在設(shè)計中截面高度的選擇主要考慮測量試探框吊裝時從平躺到直立過程中對剛度的要求。 測量試探框由吊耳裝配、側(cè)部結(jié)構(gòu)、中部桁架、頂部結(jié)構(gòu)和底部結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

整個測量框進(jìn)入水中后對垂直度要求很高，否則影響測量結(jié)果。通過理論計算的重心位置會因?qū)嶋H各方面原因存在誤差，因此平衡梁上吊耳[9]宜設(shè)置為活動式，通過實際情況調(diào)整吊耳的位置，保證測量框在水中的垂直度?；顒拥醵烧{(diào)整范圍為1 m。在平衡梁上焊接“丁”形板，鋼板與平衡梁面板形成空腔，允許吊耳板在內(nèi)部沿水流方向滑動，并在板上開“U”形孔，用于確定位置后通過螺栓擰緊鎖定吊耳位置?；顒拥醵┕と鐖D3。

圖3 活動吊耳施工圖 單位：mm

側(cè)部結(jié)構(gòu)上游側(cè)為整鋼板，主要為固定尼龍棒提供支撐位置，并可增加側(cè)向剛度。下游側(cè)為垂直“工”字鋼，通過圓鋼管連接上下游側(cè)，面板距離“工”字鋼距離1.55 m，主要是考慮吊裝后整體構(gòu)件沿長度方向變形的抗變形能力。在高度方向相隔1.2 m設(shè)置斜桿連接，增加整體剛度。側(cè)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 側(cè)部結(jié)構(gòu)圖 單位：mm

頂部結(jié)構(gòu)、中部桁架結(jié)構(gòu)和底部桁架結(jié)構(gòu)采用同樣思路和尺寸進(jìn)行設(shè)計，在頂部結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置1個導(dǎo)向裝置，使試探框可按系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)置的導(dǎo)向繩方向行進(jìn)。

尼龍棒按左右岸方向間距200 mm，高程方向間距100 mm布置，尼龍棒采用直徑23 mm、長度500 mm的MC-6尼龍。在面板焊接內(nèi)徑24 mm、外徑42 mm、長度70 mm的鋼管，并在鋼管下游側(cè)安裝帶手柄螺栓，起到放松和固定尼龍棒的作用，測量試探框共設(shè)置尼龍棒1 220個。

5 測量試探框施工

在進(jìn)行試探框測量時，首先用壩頂門機(jī)回轉(zhuǎn)吊將試探框吊出壩面，移動至壩面的鋼平臺附近，將鋼平臺上固定卷揚(yáng)機(jī)與試探框連接后，脫開回轉(zhuǎn)吊與試探框的連接。安裝導(dǎo)向裝置和2套測深裝置。2套測深裝置：一套主要測量試探框的高程，另一套主要測量試探框本身的平行度。當(dāng)試探框就位并鎖定后。潛水員下水，在試探框左右上角做明顯的標(biāo)記，為以后浮體門落門提供基準(zhǔn)。隨后潛水員通過2 d時間將各個尼龍棒向上游推動，緊緊貼合壩面，并用鎖定螺栓鎖緊。在所有尼龍棒全部鎖定后，解除對試探框的鎖定，將其吊出水面，再利用回轉(zhuǎn)吊吊離水面，放置在壩頂成平躺狀態(tài)。

6 測量試探框數(shù)據(jù)分析

在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析前，我們對試探框選取頂部5排、底部5排、左右側(cè)各5列進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，測點(diǎn)數(shù)共1 220個。數(shù)據(jù)分析[10]結(jié)果如下：

頂部混凝土止水面中部略凸，左右側(cè)基本等高，整個頂止水帶全長范圍內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)差為44 mm。底部混凝土止水面中部略凹，左右側(cè)基本等高，整個底止水帶全長范圍內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)差為43 mm。左側(cè)混凝土止水面有2處局部凹坑，數(shù)據(jù)差值為35 mm。右側(cè)混凝土止水面中部略凸，頂?shù)讉?cè)基本等高，有局部凸臺和凹坑。全長范圍內(nèi)最高點(diǎn)和最低點(diǎn)差為103 mm。整個混凝土止水面(寬8.7 m、高15 m)基本在一個平面內(nèi)，4個角點(diǎn)平均值最高與最低相差20 mm?；静淮嬖谂でF(xiàn)象。

7 浮體閘門隨形水封

根據(jù)上述測量結(jié)果，對浮體門水封進(jìn)行設(shè)計和加工[11]，并在現(xiàn)場進(jìn)行水封局部修補(bǔ)，使水封接觸面盡可能接近壩面實體。

8 結(jié) 語

通過修補(bǔ)后的水封在經(jīng)過最后的復(fù)測無誤后，開始進(jìn)行浮體閘門的落門封堵，整個過程順利。封堵閘門就位后，開啟弧門放水。

在出口弧門處觀測無水流0.5 h后，人下到流道內(nèi)檢查。此封水效果良好，沒有看到漏水，達(dá)到了設(shè)想的設(shè)計目標(biāo)。

根據(jù)試探框數(shù)據(jù)分析，在同一直線段上，最高點(diǎn)和最低點(diǎn)高程差103 mm。采用常規(guī)水封的實際封水效果將不容樂觀。通過本工程的實施，實際證明采用大截面水封橡皮在進(jìn)行隨形處理后，對不平整度較高的表面實施封水是能夠達(dá)到的。

底孔進(jìn)口成功封堵，為事故檢修閘門槽修復(fù)提供了旱地施工的條件，結(jié)果表明，底孔進(jìn)口周邊壩面混凝土不平整度的水下測量系統(tǒng)設(shè)計思路新穎，有一定的創(chuàng)新性， 為以后水利水電工程或類似水下流道孔口封堵的設(shè)計與施工提供了一次有益的探索。

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Design and Implementation of Measurement System for Flatness of Dam Surface under Water

GUO Fuqua, TAN Daji, XING Yifang

(Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065,China)

Based on the engineering practice of the gate slot repair, the measurement method and the measurement system arrangement for the concrete flatness measurement under water are introduced. Furthermore, design of the measurement frame structure and detailed arrangement of key positions are described in detail. The practice proves that the sealing rubber in a large section, after being treated for profile following, can satisfying requirement of the water sealing on the surface where unevenness is high, realizing the water sealing effect. Key words: measurement under water; measurement system; flatness; moveable lug; profile-followed water seal; measurement analysis

1006—2610(2016)06—0066—03

2016-08-02

郭富權(quán)(1972- )，男，河南省鄧州市人，高級工程師，主要從事機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計、研究及運(yùn)用工作.

TV738

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10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.017