李 江 華， 肖 仕 進(jìn)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司勘測(cè)設(shè)計(jì)院工程安全監(jiān)測(cè)中心，四川 成都 610072)

0 引 言

壩體沉降量是土石壩的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于監(jiān)測(cè)土石壩壩體沉降的方法有許多，最常見(jiàn)的方法是采用水管式沉降儀和電磁式沉降管。然而，水管式沉降儀所測(cè)沉降只能代表壩體某個(gè)點(diǎn)的沉降，并不能代表整個(gè)壩體的沉降量，而且，水管式沉降儀由于施工原因及觀測(cè)房修建不能同步等因素，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺測(cè)、漏測(cè)現(xiàn)象。而采用電磁沉降管能夠避免水管式沉降儀中出現(xiàn)的不足。

混凝土面板堆石壩是一種普遍常見(jiàn)的水電站壩型，沉降數(shù)據(jù)對(duì)于堆石壩運(yùn)行狀況又至關(guān)重要。特別是面板下部的沉降與面板變形有著密不可分的關(guān)系。常規(guī)的電磁沉降管都是由大壩基坑開(kāi)始豎直上至大壩頂部，為有效、連續(xù)、永久監(jiān)測(cè)到大壩面板下部的沉降，提出一種沉降管彎管的施工方法。

本文通過(guò)老撾南湃水電站的實(shí)例應(yīng)用，介紹了電磁式沉降管彎管段采用弦長(zhǎng)代替弧長(zhǎng)的沉降管彎管施工工藝及取得的效果。

1 工程概況

南湃(Nam Phay)水電站位于老撾萬(wàn)象省北部Phoun區(qū)，壩址位于南俄河(Nam Ngum)支流南湃河(Nam Phay)上游峽谷，南俄河(Nam Ngum)又是湄公河的Ⅰ級(jí)支流。電站廠房位于南噶河左岸。

電站為高水頭、長(zhǎng)引水式電站，主要任務(wù)是發(fā)電，水庫(kù)正常蓄水位1 140.00 m，總庫(kù)容2.059億m3，電站額定水頭721 m，設(shè)計(jì)引用流量14.03 m3/s，總裝機(jī)容量86 MW。廠房下游接南俄2水庫(kù)。

工程為大Ⅱ型，混凝土面板堆石壩為Ⅱ級(jí)水工建筑物，泄洪和引水發(fā)電系統(tǒng)為Ⅲ級(jí)水工建筑物。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、埡口溢洪洞等、電站進(jìn)水口、11.5 km長(zhǎng)的長(zhǎng)引水隧洞、電站廠房及開(kāi)關(guān)站等組成。

壩址區(qū)50 a超越概率10%的基巖地震動(dòng)峰值加速度為0.10 g，相應(yīng)場(chǎng)地地震基本烈度按Ⅵ度考慮，擋水建筑物設(shè)防烈度為Ⅶ度。

2 電磁式沉降儀原理

電磁式沉降儀是安裝埋設(shè)在堤壩、土石壩、地基內(nèi)部或外表面，用來(lái)監(jiān)測(cè)豎直向不同高程垂直位移變化。電磁式沉降儀通過(guò)測(cè)讀測(cè)頭經(jīng)過(guò)測(cè)體內(nèi)鐵環(huán)(板)或磁環(huán)時(shí)，測(cè)頭距離沉降管管口的距離來(lái)計(jì)算測(cè)點(diǎn)高程變化，進(jìn)而計(jì)算出壩體內(nèi)的固結(jié)度和沉降量的儀器。

電磁沉降儀適用于土石壩、邊坡、填土的分層沉降監(jiān)測(cè)。常用的電磁式沉降儀儀器由含有導(dǎo)線的鋼帶尺、不銹鋼磁性探頭、聲光指示器電路及平尺卷軸等組成。當(dāng)探頭接近安裝有磁性沉降環(huán)的區(qū)域時(shí)，將感應(yīng)到磁信號(hào)并通過(guò)導(dǎo)線傳遞至卷軸內(nèi)的聲光指示器指示。

平尺的截面采用狗骨形設(shè)計(jì)，防止粘附在潮濕的測(cè)井或鉆孔的表面，高質(zhì)量鋁合金卷軸及烤漆涂層的增強(qiáng)型支架具有良好的防腐特性，適合在安裝有沉降磁環(huán)、或磁性沉降盤(pán)的沉降管、測(cè)斜管、測(cè)壓管及其類似裝置一起使用。

3 觀測(cè)儀器布置

壩體內(nèi)部位移采用電磁式沉降儀和桿式水平位移計(jì)監(jiān)測(cè)，共布設(shè)三個(gè)監(jiān)測(cè)斷面(典型監(jiān)測(cè)斷面見(jiàn)圖1)，分別位于壩體DL0+81.0 m、DL0+125.0 m和DL0+150.0 m位置處。三個(gè)斷面共布設(shè)沉降管9套(壩基設(shè)基準(zhǔn)環(huán)，壩體內(nèi)部每隔6～7 m高程設(shè)置一沉降磁盤(pán))，其中DL0+81.0 m共2套沉降管存在彎管段，DL0+125.0 m和DL0+150.0 m分別有1套電磁沉降管存在彎管段。累計(jì)共83個(gè)電磁沉降盤(pán)和9個(gè)沉降基準(zhǔn)環(huán)，桿式水平位移計(jì)共計(jì)30個(gè)測(cè)點(diǎn)。

圖1 老撾南湃水電站大壩DL0+81.0 m電磁沉降管布置圖

4 儀器安裝埋設(shè)

4.1 無(wú)彎管段電磁沉降管埋設(shè)

(1)在清基完畢后鉆孔，孔深比基準(zhǔn)環(huán)深度超1.5 m以上，預(yù)留施工過(guò)程中碎石等雜質(zhì)調(diào)入管中的沉積空間。成孔及清孔后，將沉降管底部做密封處理，然后裝有爪式沉降磁基準(zhǔn)環(huán)的沉降管下入孔內(nèi)，用水泥漿回填封孔，孔口以上約0.5 m回填筑壩材料并予以夯實(shí)。埋設(shè)完成后需要做一個(gè)保護(hù)架把沉降管圍在中間，并在保護(hù)架外圍貼上反光條；

(2)隨著壩體填筑，同步連接沉降管，連接管處用PVC膠及鉚釘加固好。當(dāng)填筑至需要安裝電磁沉降環(huán)時(shí)，需用細(xì)料整平，沉降環(huán)(板)需水平放置且與沉降管鉛直，人工回填細(xì)料夯實(shí)，避免沖擊管身，保持沉降管順直，并需要在填筑過(guò)程中定期校正，調(diào)整其鉛直度。埋設(shè)過(guò)程中要高度注意，勿將石塊或者雜物掉入管內(nèi)，堵塞測(cè)管；

(3)壩體填筑過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備較多，測(cè)管保護(hù)工作難度非常大，需與施工單位做好協(xié)調(diào)配合，并派專人24 h看守；

(4)重復(fù)以上操作，直至埋設(shè)至設(shè)計(jì)高程，做好孔口保護(hù)裝置。

4.2 有彎管段電磁沉降管埋設(shè)

一般位于大壩橫軸線上游位置的沉降管當(dāng)填筑至一定高程時(shí)，鉛直往上施工就要與面板相交，從面板表面穿出，這樣后期就無(wú)法采集到沉降數(shù)據(jù)，因此，就需要采用彎曲埋設(shè)與面板平行施工至大壩頂部。

(1)豎直段埋設(shè)方法與無(wú)彎管段埋設(shè)方法一致；

(2)沉降管彎管技術(shù)目前在監(jiān)測(cè)行業(yè)還不是很普遍，因?yàn)槌Ｓ贸两倒転锳BS管，管材脆性度較大，柔韌度較低，弧形彎曲程度很難控制。因此，在這里提出一種用弦長(zhǎng)代替弧長(zhǎng)的方法，根據(jù)沉降管的規(guī)格而定。采用每根沉降管彎曲少許角度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)沉降管的彎曲；

(3)彎管段完成后，沉降管與大壩擠壓邊墻處于平行狀態(tài)。此時(shí)需要用一個(gè)與擠壓邊墻坡度一致的保護(hù)架支撐起沉降管，隨著壩體的填筑和擠壓邊墻的施工，電磁式沉降管安裝至大壩頂部，在孔口處設(shè)置保護(hù)裝置進(jìn)行觀測(cè)。

老撾南湃水電站大壩電磁沉降管彎曲段示意圖如圖2。

圖2 老撾南湃水電站大壩電磁沉降管彎曲段示意圖

通過(guò)老撾南湃水電站監(jiān)測(cè)室的探索，使用一種用弦長(zhǎng)代替弧長(zhǎng)的方法進(jìn)行施工埋設(shè)。首先根據(jù)廠家提供的一根長(zhǎng)3 m的沉降管，在CAD軟件中計(jì)算并畫(huà)出圖形，由圖中可以看出第一根彎曲的沉降管與豎直面偏差近6°，根據(jù)沉降管及接頭材質(zhì)是可以做到的(管子自身也可以彎曲一部分)，第二根管子及后面管子相對(duì)需要偏差近11°多，在ES1管上進(jìn)行了試驗(yàn)。即每根進(jìn)入彎管段的管子施工時(shí)，都根據(jù)填筑高程，作出一定計(jì)算，并在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)用全站儀準(zhǔn)確進(jìn)行測(cè)管角度校正。每加長(zhǎng)一根管子，都用電磁沉降儀檢測(cè)測(cè)管的有效孔徑是否能保證探頭靈活下放，并能準(zhǔn)確檢測(cè)到下部沉降數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)人員的共同努力下，最終ES1號(hào)管安全度過(guò)彎管段，此后沉降管與大壩擠壓邊墻處于平行狀態(tài)。

南湃水電站共設(shè)計(jì)4套有彎管段的沉降管。目前大壩已經(jīng)填筑完成，裝入彎管段的電磁式沉降管中的活動(dòng)式電磁式沉降儀，能順利進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)，通過(guò)對(duì)采集到的沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)可信度高，與土石壩沉降規(guī)律相符，由此判斷沉降管的成活率100%。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩9套電磁式沉降管(其中5套不帶彎管，4套存在彎管段)的施工，當(dāng)前均已投入運(yùn)行，彎管段電磁式沉降儀能順利放入并采集數(shù)據(jù)，彎管段的施工工藝效果良好。

該工程采用弦長(zhǎng)代替弧長(zhǎng)的電磁式沉降管彎管施工工藝，很好地解決了電磁式沉降管彎管段的施工難題，避免了面板施工采集不到面板以下壩體沉降數(shù)據(jù)的情況。通過(guò)對(duì)4套彎管的施工，取得了很好的施工效果，為以后老撾南俄3水電站200多m高混凝土面板堆石壩等項(xiàng)目電磁式沉降管施工打下了良好的基礎(chǔ)。