楊紹興

摘要：為了監(jiān)測(cè)大壩應(yīng)力及應(yīng)變，在大壩上埋設(shè)了很多傳感器，它們對(duì)大壩的性態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。但是隨著傳感器長(zhǎng)期的使用，也會(huì)出現(xiàn)很多質(zhì)量問(wèn)題，本文針對(duì)大壩中測(cè)量?jī)x器和監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行簡(jiǎn)單評(píng)估，探討問(wèn)題及解決措施。

關(guān)鍵詞：大壩安全，檢測(cè)方式，檢測(cè)項(xiàng)目

1引言

隨著大壩在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部安全監(jiān)測(cè)儀器的可靠性和穩(wěn)定性也得到降低。為了找出大壩安全監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)狀，準(zhǔn)確區(qū)分現(xiàn)有儀器和不可用儀器，有必要按照一定的方法對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。檢查和鑒定。

2鋼弦式儀器檢測(cè)

最近十年，鋼弦式儀器在大壩安全監(jiān)測(cè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于鋼弦式儀器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高，具有很好的長(zhǎng)期可靠性及穩(wěn)定性，頻率信號(hào)可以遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)異特性，鋼弦式儀器在許多地方基本取代了電阻式等傳統(tǒng)的傳感器。

2.1采用孔隙水壓計(jì)監(jiān)測(cè)

在中國(guó)的土石壩均采用孔隙水壓計(jì)監(jiān)測(cè)壩體的孔隙水壓力和壩基揚(yáng)壓力。施工期在心墻中設(shè)置孔隙水（滲）壓計(jì)監(jiān)測(cè)心墻的孔隙水壓，以便能通過(guò)調(diào)整相應(yīng)的施工進(jìn)度避免過(guò)高的心墻孔隙水壓。

大多數(shù)土石壩的揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)，主要是將滲（揚(yáng)）壓計(jì)放人標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)壓管中進(jìn)行的。在許多老壩中，現(xiàn)存的測(cè)壓管直徑通常偏小，滲（揚(yáng)）壓計(jì)尺寸的微型化至關(guān)重要，某公司鋼弦式儀器直徑最小可達(dá)lmm，從而無(wú)需掃孔即可直接放人絕大部分工程的測(cè)壓管中。在老土壩中采用鉆孔后埋設(shè)滲（揚(yáng)）壓計(jì)也是一種可用的方法，但應(yīng)注意鉆孔引起壩體中的材料抗?jié)B性破壞。在許多情況下是采用尖頭的貫人式滲壓計(jì)，連接在鉆桿頭上壓人軟土體中。中國(guó)的一些工程中，當(dāng)鉆孔埋設(shè)滲（揚(yáng)）壓計(jì)可能出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，常采用貫人式，或者采用兩種方式結(jié)合。

2.2采用鋼弦式水壓計(jì)檢測(cè)

采用鋼弦式水壓計(jì)對(duì)庫(kù)水位和滲流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)是一種非常簡(jiǎn)單而又可靠的方法。由于鋼弦式水壓計(jì)量程可以做到很大或很小，可為0.10～100m水頭（中國(guó)浙江某大型抽水蓄能電站，采用的某公司鋼弦式滲壓計(jì)亦達(dá)8MPa），而精度卻很高（可達(dá)萬(wàn)分之幾）。在用于庫(kù)水位量測(cè)時(shí)，只需將一只適當(dāng)量程的鋼弦式水壓計(jì)放人庫(kù)內(nèi)即可，比較傳統(tǒng)方法節(jié)省了大量土建費(fèi)用。在進(jìn)行滲流量監(jiān)測(cè)時(shí)，只需將一只微量程的鋼弦式水壓計(jì)放人滲流堰內(nèi)，這種鋼弦式微壓計(jì)通?？梢詼y(cè)出小達(dá)0.lmm（或更?。┑难咚^變化，從而得出滲流量。在微壓量測(cè)中，大氣壓變化的影響是不容忽視的。邊種鋼弦式微壓計(jì)可以消除大氣壓變化的影響。

鋼弦式儀器被廣泛采用的其他原囚是其令人滿意的耐惡劣環(huán)境和快速反應(yīng)能力以及便于自動(dòng)化接口。中國(guó)的某工程采用了三支某鋼弦式水壓計(jì)用于監(jiān)測(cè)調(diào)壓井高達(dá)175m的水位變幅，水位變化高達(dá)0.80m/s，要求每秒一次自動(dòng)監(jiān)測(cè)并實(shí)時(shí)圖形顯示，精度要求在175m量程內(nèi)達(dá)到3cm，這些要求對(duì)傳統(tǒng)的傳感器無(wú)疑是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，然而，鋼弦式儀器卻可以勝任。

3碾壓混凝土及混凝土壩

3.1鋼弦式測(cè)縫計(jì)及溫度計(jì)檢測(cè)

碾壓混凝土是一種較新型的筑壩方法，在全世界均得到廣泛采用。在碾壓混凝土中，通常會(huì)產(chǎn)生一些施工裂縫，可以采用防止混凝土過(guò)熱及灌漿方法進(jìn)行控制。對(duì)碾壓混凝土壩的監(jiān)測(cè)通常采用鋼弦式測(cè)縫計(jì)及溫度計(jì)（鋼弦式儀器通常均帶測(cè)溫功能），較大部分其他類型的僅器，鋼弦式儀器更適應(yīng)碾壓混凝土的惡劣工作條件而無(wú)需改造，通常只需對(duì)電纜加以特殊保護(hù)以防止施工機(jī)械帶來(lái)的破壞。南非的一個(gè)碾壓混凝土壩中，采用了10多只測(cè)縫計(jì)沿壩軸線串聯(lián)在一起，用于監(jiān)測(cè)壩體的裂縫狀態(tài)。

3.2變形與應(yīng)變檢測(cè)

混凝土壩的變形與應(yīng)變是在施工期將位移計(jì)和應(yīng)變計(jì)預(yù)埋于測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。在已建成的壩中，有關(guān)裂縫的觀測(cè)是將測(cè)縫計(jì)安裝在裂縫表面進(jìn)行的。測(cè)縫計(jì)也用于壩體鉆孔中以監(jiān)測(cè)由于化學(xué)作用而產(chǎn)生的混凝土膨脹，鋼弦式測(cè)縫計(jì)也用于量測(cè)在大壩改造中新老混凝土接合處的監(jiān)測(cè)。

在許多混凝土壩中，壩的變形與偏轉(zhuǎn)是采用垂線式引張線來(lái)監(jiān)測(cè)，然而，這些措施通常采用其他一些技術(shù)措施來(lái)強(qiáng)化，最常采用的一種方法是鉆孔多點(diǎn)位移計(jì)，直接從壩內(nèi)廊道貫穿到基礎(chǔ)。多點(diǎn)位移計(jì)也用于基礎(chǔ)的變位，在研究壩的長(zhǎng)期性態(tài)時(shí)，采用數(shù)據(jù)記錄儀自動(dòng)記錄的多點(diǎn)位移計(jì)將非常有用。典型的鉆孔位移計(jì)主要山不銹鋼或溫度系數(shù)最低的碳纖測(cè)桿以及錨頭，采用鋼弦式電測(cè)頭精度可高達(dá)0.01mm?？偠灾?，鋼弦式儀器的發(fā)展已經(jīng)使其可適應(yīng)絕大部分的大壩安全監(jiān)測(cè)，在今天，鋼弦式儀器深受歡迎并在不少地方取代傳統(tǒng)的電阻式等儀器，其原因在于價(jià)格低廉、種類齊全、具有優(yōu)秀的長(zhǎng)期穩(wěn)定性、可靠性、耐久性及高精確度。

3.3倒垂線檢測(cè)

倒垂線孔可說(shuō)是巖心鉆探中最難施工的一種鉆孔，鉆孔雖說(shuō)不算深，一般在30～50m之間，孔徑在中168mm～300mm之間，但垂直精度要求很高，鉆孔偏斜距一般在20mm～40mm以內(nèi)，要達(dá)到這一指標(biāo)是很難的。目前鉆進(jìn)倒垂孔鉆進(jìn)方法大致有兩種：一種是無(wú)巖心鉆探，用沖擊鉆頭或牙輪鉆頭鉆進(jìn);另一種是有巖心鉆探，用鋼粒、硬質(zhì)合金、金剛石鉆進(jìn)。本文認(rèn)為，這兩種鉆進(jìn)方法稍有不慎很難達(dá)到精度要求，有些鉆孔曾鉆幾次都達(dá)不到要求，工程造價(jià)每米超過(guò)數(shù)千元，甚至有些鉆孔報(bào)廢。經(jīng)過(guò)4個(gè)倒垂孔的鉆探施工，現(xiàn)就如何鉆進(jìn)好大壩倒垂孔談些見(jiàn)解，供同行業(yè)參考。

倒垂線浮體裝置采用恒定浮力式，浮子的要求浮力按下式確定：

浮子浸入油中的體積V為：

浮子的實(shí)際浮力P為：

式中：G為浮子自重。

根據(jù)到垂線所承受的拉力（浮力P）計(jì)算鋼絲的實(shí)際應(yīng)力σ：

式中：d為鋼絲的直徑cm，S為鋼絲截面積cm2。

不銹鋼絲的極限強(qiáng)度為σ0（取13000㎏f/cm2），鋼絲抗拉安

全系數(shù)K為：

根據(jù)混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T5178-2016）的規(guī)定：倒垂線線體強(qiáng)度應(yīng)大于浮子浮力的3倍，即K≥3。

通過(guò)測(cè)量結(jié)果顯示鋼絲平均安全系數(shù)為3.18，但是超出標(biāo)準(zhǔn)也不達(dá)到10%，在使用中也不是非常有儲(chǔ)備能量。由于倒垂線在使用時(shí)，長(zhǎng)期承受荷載作用下，如果承受的浮力過(guò)大、而且垂線維護(hù)不合理導(dǎo)致生銹時(shí)，垂線橫斷面變小，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，此時(shí)的鋼絲原有的安全系數(shù)會(huì)發(fā)生急劇下降，易發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

4定向側(cè)鉤埋設(shè)垂線

埋設(shè)倒垂線有兩種方法：一種是常規(guī)埋設(shè)，用錨桿插人護(hù)管底內(nèi)的水泥漿里。這種方法埋設(shè)誤差大，一般為20mm，牢固性也差，時(shí)間長(zhǎng)，有時(shí)會(huì)造成埋設(shè)失敗。另一種是采用定向倒鉤埋設(shè)垂線新技術(shù)，用正鉤、倒鉤來(lái)完成垂線埋設(shè)。倒鉤根據(jù)鉆孔側(cè)斜資料，確定好最佳位置后，將倒鉤事先焊在護(hù)管底內(nèi)，定向下好護(hù)管，正鉤連同垂線牢牢地鉤住，這樣既簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，又省時(shí)、省力。如有效口徑偏小，可實(shí)現(xiàn)“抓下保上”，充分利用孔內(nèi)的有效口徑，準(zhǔn)確無(wú)誤地將垂線固定在所需要的位置上，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)示意圖。

定向倒鉤埋設(shè)垂線有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）成功率為100%;

2）對(duì)下護(hù)管調(diào)試，護(hù)管回填起到監(jiān)控作用;

3）可以克服磁性干擾，提高埋設(shè)質(zhì)量;

4）垂線固定點(diǎn)若不夠理想，還可以通過(guò)正鉤在地表進(jìn)行調(diào)整;

5）垂線埋設(shè)后，用1：1水泥砂漿捏成直徑20mm的球，從孔口慢慢投人，省時(shí)省力。

6結(jié)束語(yǔ)

大壩鋼弦式檢測(cè)和倒垂孔鉆進(jìn)檢測(cè)技術(shù)在水電部門(mén)發(fā)展很快，施工隊(duì)伍越來(lái)越多，隨著水利資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)檢測(cè)要求越來(lái)越高，也提出更高更精的要求。一定保障安全的檢測(cè)，并且技術(shù)過(guò)硬，才能給大壩提供安全保障。

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