二期土石围堰安全监测项目

陈延中　廖勇龙

摘要

二期土石围堰属三峡工程重大关键技术项目，其中上游围堰被列为八个重点研究单项工程之一，围堰运行的状况备受观注。二期上下游围堰的安全监测为设计和施工决策提供了科学依据。

关键词 三峡工程二期围堰安全监测测斜管测压管渗压计应变计。

1、概述

二期围堰平面布置为突向迎水面的折线方案，上、下游围堰轴线长度分别是1439.6m和1075.9m，两轴线相距600～1000m。上下游围堰与纵向围堰共同形成基坑，是三峡二期工程6年施工期重要的安全屏障。上游围堰为Ⅱ级临时建筑物，堰顶高程88.5m，设计洪水标准为1％频率全年最大日平均流量83700m³/s，相应水位85m，拦蓄库容近20亿m³。下游围堰为Ⅲ级临时建筑物，堰顶高程81.5m，设计洪水标准为2％频率全年最大日平均流量79000m³/s。

二期围堰建筑在基础复杂的河床上，岸坡为全强风化带，其风化层厚、透水性强。漫滩上除局部基岩裸露外，还分布有冲积粉细砂及砂砾石层、残积块球体层。河床段有深槽及深风化砂槽，深槽内覆盖层由冲积粉细砂层和砂砾石层组成。围堰采用柔性或塑性混凝土防渗墙下接 帐幕灌浆、上接土工膜进行防渗。上游围堰深槽段为双排防渗墙，墙厚1m，两墙中心距为6m，最大高度74m。下游围堰是单墙方案，墙厚1.1m。二期围堰堰体主要由风化砂、石渣、石渣混合体、过渡料和块石等填筑而成，总填筑量为1032m2，其中80％为水下抛填，最大施工水深为60m。二期围堰的技术难度之高、工程规模之大是一般围堰工程无法比拟的。为全面了解二期围堰的工作状态，建立了较全面的安全监测系统，及时反馈观测资料，确保围堰安全。

2、安全监测项目及观测仪器布置

二期围堰安全监测的主要项目有：外部变形监测、内部变形监测、渗压渗流监测、压力(应力)监测、爆破影响监测、巡视检查等。针对二期围堰的特点，依据有关监测设计规范，围堰监测设计采用突出重点部位兼顾全面的原则，选择具有代表性并能反映堰体性状的部位和断面进行监测，上游围堰选取了0十133、0十320、0十478、0十500、0十930、0十139等六个断面进行重点监测(见图1)，下游围堰选取了0十260、0十490、0十700等三个断面进行重点监测(见图3)。

图1 二期上游围堰安全监测平面布置图

2.1上游围堰

2.1.1堰顶及戗堤顶面

沿上游围堰堰顶迎水侧每隔约80m埋设水平、垂直位移测点各1个，在深槽段的背水侧戗堤顶上埋设水平、垂直位移测点各2个，监测堰体表面水平位移和垂直位移。

2.1.20十133断面

该断面位于长江左岸岸坡段，该段围堰采用高压旋喷墙接帷幔灌浆进行防渗，为监测防渗效果并了解左岸岸坡的绕渗情况，在轴线下游7.5m处的堰体内埋设测压管l根，在管底的基岩覆盖层内埋设渗压计1只。

2.1.30十320断面

该断面位于长江左岸漫滩段，基础覆盖层主要为厚度2～5m架空块球体夹砂层，局部为堆积细砂和砂卵石层，堰基风化壳存在一定深度的强风化砂带。监测项目及内容有：

(1)渗压渗流监测：在轴线下游7.5m和27.5m处的堰体内各埋设测压管l根，在测压管的底部堰基覆盖层内埋设渗压计1只。

(2)爆破影响监测：在该断面两测压管旁各埋设2只动态渗压计和1只速度计，高程分别为57m、58.5m、60m。

(3)防渗墙压应力监测：在防渗墙底部埋设1只压应力计。

2.1.40十478断面

该断面处于左岸河床陡坡段，基岩面倾角约70度，防渗墙施工难度非常大。布置的监测项目及仪器设施有：

(1)防渗墙内部变形监测：在上游防渗墙(桩号0十492)和下游防渗墙(桩号0十483)中埋设测斜兼沉降管各1根。

(2)渗压监测：在两道防渗墙之间及轴线下游(桩号0十480)4m处各埋设测压管1根。

2.1.50十500断面

该断面在长江主河深槽，是围堰监测的关键断面。此处覆盖层厚约20m，堰基承载力差，此段设置两道混凝土防渗墙。监测的项目及仪器设施有(见图2)：

图2二期上游围堰深槽段安全监测布置图

(1)堰体及防渗墙内部变形监测：在上游防渗墙(桩号0十522)和下游防渗墙(桩号0十518)的中心及轴线下游20m处各埋设1根测斜兼沉降管。

(2)渗压渗流监测：在两道防渗墙中间、轴线下游4m和42m处各埋1根测压管，在堰轴线下游4m和42m处测

压管的底部堰基覆盖层内各埋设1只渗压计。

(3)防渗墙应力应变监测：在上游防渗墙(桩号0十512)两内侧埋设应变计和无应力计各4只，应变计的埋设高程分别为15m、25m、35m、45m，无应力计的埋设高程为：13m、27m、37m、·49m，在下游防渗墙(桩号0十510)两内侧各埋设应变计3只。高程分别为23m、38m、53m，在两道防渗墙的底部埋设压应力计各1只。

(4)土压力监测：为了解沿深度方向防渗墙与堰体间土压力的大小及分布规律，在上游防渗墙(桩号0十501)和下游防渗墙(桩号0十507)与堰体的接触面上埋设土压力计和水压力计各4只，上游墙仪器的埋设高程分别为34m、44m、54m、64m，下游墙仪器的埋设高程分别为：40m、50m、60m、70m。

(5)土工膜应变监测：在土工膜的73m、77m、82m高程上各粘贴一组土工膜大应变计。

(6)爆破影响监测：在两测压管旁的堰体内埋设两只动态渗压计(高程为20m、33m)和两只速度计(高程为27m、45m)。

图3 二期下游围堰安全监测平面布置图

2.1.60+930断面

该断面位于右岸深风化槽带，风化壳深约30m，布置的监测项目及仪器设施有：

(1)渗压渗流监测：在轴线下游7.5m和26.5m处的堰体内埋设测压管各l根，在测压管底部堰基覆盖层内埋设渗压计各1只。

(2)防渗墙及堰体内部变形监测：在防渗墙中心及轴线下游(桩号0+941)7.5m的堰体内埋设测斜兼沉降管各1根。

(3)防渗墙与堰体的土压力监测：在防渗墙(桩号0+923)与堰体的两接触面上埋设土压力计和水压力计各5只，高程为：34m、48.5m、61.5m、66.5m、72.5m。

(4)防渗墙应力应变监测：在防渗墙(桩号0十931)两内侧面埋设应变计各5只，高程分别为：37.5m、50m、54m、61m、67m。在防渗墙中心埋设3只无应力计，高程分别为：44m、53m、65m。在防渗墙底部埋设压应力计1只。

(5)爆破影响监测：在两测压管旁的堰体内各埋设两只动态渗压计(高程为：30m、33m)和两只速度计(高程为31.5m、45m)。

(6)土工膜应变监测：在高程为80m、83m的土工膜上各粘贴一组土工膜大应变计。

2.1.71+139断面

该断面为与混凝土纵向围堰的结合处，布置的监测项目及仪器设施有：

(1)渗压渗流监测：在轴线下游7*5m和30m处理设测压管各1只，在测压管底部堰基覆盖层内各埋设渗压计1只。

(2)土位移监测：在与混凝土纵向围堰的结合面上，高程为81m轴线上游6m和下游8m处各埋设1只TW型土

位移计，监测土石围堰与混凝土纵向围堰间的水平位移；在轴线下游4m高程为81m处埋设1只沉降板。

2.1.8其他部位和项目

(1)0+908断面：该断面为防渗墙51拐点处，在防渗墙顶一期混凝土与二期混凝土之间的接缝上埋设两只测缝计。

(2)0+490、0+545、0+585、0+605断面的两道防渗墙之间、0十545断面轴线下游20m处各埋设1根测压管。

(3)临时监测项目：在围堰未完成的汛期内，在堰体表面建立临时的外观标点。

2.2下游围堰

2.2.1堰顶及戗堤顶

在堰顶沿轴线每间隔80m埋设水平位移、垂直位移测点各1个，在轴线背水侧戗堤深槽段顶部埋设水平位移、垂直位移测点各2个。

2.2.20+260断面

该断面位于左岸漫滩段，堰基风化层厚，基础透水性强。在该断面轴线背水侧2m、15m、32m处埋设测压管各1根，监测堰体浸润线。在每根测压管底部堰基覆盖层内埋设一只渗压计，监测覆盖层内渗透压力。

2.2.30+490断面

该断面位于长江主河床深槽段，是下游围堰的关键监测断面，布置的监测项目及仪器设施有(见图4)：

图4 二期下游围堰深槽段安全监测布置图

(1)渗压渗流监测：在轴线背水侧15m、42m处的堰体内埋设测压管各1根，在测压管底部堰基覆盖层内埋设渗压计各1只。

(2)内部变形监测：在防渗墙中心及轴线背水侧(桩号0十472)15m处埋设测斜兼沉降管各l根。

(3)防渗墙应力应变监测：在防渗墙(桩号0十485)的两内侧各埋设3只应变计，在中心埋设3只无应力计，高程分别为35m、50m、65m。在防渗墙底部埋设1只压应力计。

(4)防渗墙与堰体的土压力监测：在防渗墙与堰体的接触面上(桩号0十500)埋设土压力计和水压力计各3只，高程分别为20m、35m、50m。

(5)土工膜应变监测：在土工膜71m、75m的高程上各粘贴1组土工膜大应变计。

(6)爆破影响监测：在两测压管旁的堰体中各埋设2只速度计(高程为33m、43m)和2只动态渗压计(高程为30m、36m)。

2.2.40+700断面

该断面位于长江右岸漫滩段，在轴线背水侧2m、15m、35.5m处的堰体中埋设测压管各l根，监测堰体浸润线。在每根测压管底部堰基覆盖层内埋设一只渗压计，监测覆盖层内渗透压力。

3、安全监测项目的实施

3.1外部变形监测

二期围堰水平位移监测采用边交汇法进行观测，垂直位移监测采用精密水准法观测。

3.2内部变形监测

3.2.1 堰体及防渗墙内部分层水平及沉降监测

堰体及防渗墙内部分层水平及沉降监测采用在堰体和防渗墙内埋设测斜兼沉降管。墙体内测斜兼沉降管采用拔管成孔法，即在浇筑防渗墙时预埋钢管，当混凝土达到初凝时将钢管拔出成孔，在孔内埋设测斜兼沉降管；堰体内测斜兼沉降管采用清水钻孔埋设。分层水平位移使用滑动式测斜仪观测，分层沉降使用沉降仪观测。

3.2.2土工膜应变监测

土工膜应变监测采用在土工膜上粘贴土工膜大应变计进行监测。取一块约2m2的土工膜在室内将土工膜大应变计粘贴压紧、干固后再与现场的土工膜粘接。

3.2.3 土石围堰与混凝土纵向围堰的相对位移监测

土石围堰与混凝土纵向围堰的相对位移监测采用埋设TW土位移计和沉降板监测。TW土位移计监测水平位移，沉降板监测垂直位移。I、W土位移计的一端焊接在混凝土纵向围堰内的钢筋上，另一端焊接一钢板后埋设在堰体内。

3.2.4防渗墙接缝监测

防渗墙接缝监测采用在防渗墙顶一期混凝土与二期混凝土的接缝处埋设测缝计监测。在接缝处理设一只平行接缝和一只垂直接缝的测缝计，分别监测接缝的张合和错移。

3.3渗流渗压监测

3.3.1堰体浸润线监测

堰体浸润线采用在堰体内埋设测压管进行监测。测压管采用在堰体表面钻孔埋设，钻孔时使用清水钻进并用钢管护壁。测压管的进水段埋于堰基覆盖层顶面以上2—5m。

3.3.2堰基覆盖层渗流压力监测

堰基覆盖层渗流压力采用渗压计监测。渗压计与测压管同孔埋设，渗压计埋设在测压管底覆盖层内约3m深处。

3.3.3渗流量的监测

渗流量的监测结合现场情况在堰体背水侧根据渗漏水量制定渗流量的监测方案。可用量水堰法和积水坑法观测，对大的渗流出水还要定期进行水质监测分析。

3.4压力(应力)监测

3.4.1 防渗墙两侧的土压力监测

防渗墙两侧的土压力采用在防渗墙的两外侧埋设土压力计和水压力计进行监测。土压力计和水压力计使用挂布法埋设，即将土压力计和水压力计固定在土工布上，防渗墙槽孔施工完成后若槽内预埋灌浆管则将挂有土压力计和水压力的土工布挂在固定灌浆管钢筋架的两侧随灌浆管一起下放到槽内，若槽内不预埋灌浆管则将挂有土压力计和水压力的土工布的底部悬挂一与槽孔宽度相当的重块一起放入槽内，土工布从槽口一直至孔底并紧贴槽壁，仪器就位后浇筑混凝土防渗墙。

3.4.2防渗墙应力应变监测

防渗墙应力应变采用在防渗墙两内侧埋设应变计进行监测。应变计的埋设有两种情况：若防渗墙内预埋灌浆管则在固定灌浆管钢筋架的两内侧从上至下栓一根尼龙绳，将应变计绑在尼龙绳上随灌浆管一起放人槽内；若防渗墙内无预埋灌浆管则用钢丝绳底端悬挂一与槽孔宽度相当的重块，在重块上系一根尼龙绳，应变计绑在尼龙绳上一起随重块放入槽内。应变计在槽内就位后浇筑混凝土防渗墙。

3.4.3压应力监测

防渗墙底的压应力采用埋设压应力计进行监测。压应力计在室内预制在一块与防渗墙材料一样的混凝土内，埋设时将包含有压应力计的混凝土块固定在一块钢板上，用钢丝绳将混凝土块吊起后放人防渗墙槽底，然后再浇筑混凝土防渗墙。

3.5爆破影响监测

基坑内开挖爆破对堰体的影响监测有两种形式：堰体表面监测和堰体内部监测。堰体内部采用埋设动态渗压计和速度计监测动水压力和振动波速度，动态渗压计和速度计的埋设采用清水钻孔钢管护壁，成孔后将动态渗压计和速度计绑在一钢管上放人孔内然后拔起护壁钢管；堰体表面监测根据基坑爆破点的位置在就近的堰体表面临时布置速度计、拾震器、哈林传感器等仪器监测振动波速度及衰减特性。

3.6巡视检查

巡视检查有日常检查和特别检查。日常检查在正常周期观测时进行，特别检查在汛期和围堰出现险情时进行。

4、结语

(1)二期围堰安全监测项目的全面实施，为及时了解围堰性状起到了重大作用，监测资料的及时反馈为修改设计和重大施工决策提供了依据。

(2)有些监测项目的实施国内外尚无先例，如防渗墙深槽70m水下埋设应变计、土压力计、渗压计等技术。这些项目的成功实施可为同类工程所借鉴。

(3)设计、业主、监理和实施单位以及安全监测监理与实施单位的密切配合是二期围堰安全监测项目得以顺利实施的重要原因。