安全监测技术在大梁水库中的应用

2011-04-02谢永亮

长江工程职业技术学院学报 2011年1期

谢永亮,张信

(长江工程职业技术学院,武汉 430212)

1 工程概况

大梁水库是引黄北干线上的一座调节水库,水库位于朔州市平鲁区井坪镇西北约3 km的下称沟内,水库来水由两部分组成,小部分由区域来洪、大部分由北干线每年10月至次年7月从1#输水隧洞扬水入水库组成。水库总库容2 260万m3,建筑物主要由主坝、进水塔、放空洞、交通桥等组成。

水库主坝为黄土心墙砂砾料混合坝,坝轴线采取直线形布置,横跨下称沟谷地,主坝坝顶高程1 401m,防浪墙顶高程1 402 m,最大坝高26 m,坝顶长1 145 m。

2 工程地质情况

大梁水库位于吕梁山脉高峰虎头山东麓,平鲁向斜西翼的黄土丘陵区,毗邻北坪洼地西部的下称沟中,是一座两岸山梁低矮,山坡平缓,谷地浅宽,库底平坦的黄土丘陵区水库,库区上游有徐辛窑、高家坡及陈掌三条支沟,流域面积约28.8km2。库区下称沟近东西走向,地势西高东低,沟谷宽800～1 400m,沟底高程1 420～1 375m;两岸为黄土山梁,顶部高程1 475～1 414m,山梁平均坡度8°左右,丘陵多为黄土覆盖,少量冲沟底有零星基岩出露。

主坝坝基土层厚度约100m,自上而下为新生界第四系全新统冲洪积(Q4al+p l)砂砾石,近代冲沟分布厚3～6m;上更新统冲洪积(Q3al+pl)黄土状亚砂土,最大厚度27m;中更新统冲洪积(Q2al+pl)砂砾石夹亚黏土,厚度10～19m。第三系上新统坡洪积(N2dl+p l)红黏土和冲洪积(N2al+pl)砂砾石,最大厚度约70m。下伏为奥陶系上马家沟组(O2s)灰岩。

3 施工方案

本工程施工程序为:施工准备→仪器设备采购→仪器设备检验率定→安装埋设→观测→电缆敷设及保护→进入测站。主要施工方法如下:

(1)安全监测仪器的检验率定。

率定检验的内容主要包括力学性能参数、温度性能参数和防水性能三个方面,二次仪表每月定期校验一次。检验率定按照《混凝土坝安全监测技术规范》(DL/T 5178-2003)进行。

①力学性能率定。力学性能参数包括:端基线性度检验、非直线度检验、不重复性误差检验、最小读数(灵敏度)检验。检验结果要求端基线性度误差≤2%;非直线度误差≤1%;不重复性误差≤1%;最小读数f误差≤3%(差动电阻式仪器)或 ≤1%(钢弦式仪器)。

②温度性能率定。仪器温度性能检验率定的主要参数包括:温度检验、温度常数检验、温度绝缘检验。温度检验分档时,温度计分为 0℃、35℃、70℃;渗压计分为 0℃、20℃、40℃;其余仪器分为 0℃、20℃、40℃、60℃。对温度计温度误差要求≤0.3℃,其他仪器≤0.5℃;对绝缘电阻,所有仪器大于50MΩ。

③防水性能检验。所有内部监测仪器都要进行防水性能检验,仪器在0.5MPa水压力下持续时间0.5h以上(渗压计在其规格范围内加压),仪器电缆芯线与压力容器之间的绝缘电阻不小于200MΩ。

(2)监测仪器的安装埋设。仪器的埋设、安装应按规范规定及设计图纸要求,并参照仪器生产厂商提供的说明和资料操作。施工过程中安装区必须保护,填筑的时候,振动碾远离测斜管等1.0～1.5 m,距传感器厚度为1.5m时可用振动碾。

①渗压计。渗压计安装前在水里浸泡2h以上,使其达到饱和状态。在渗压计埋设点处开挖埋设坑或钻孔。用土工布和过滤料包裹渗压计并按设计图纸及规范要求,把渗压计埋入砂中,使仪器进水口通畅,并防止泥浆或水泥浆进入渗压计内部。将包有仪器的砂袋埋入预先完成的坑或孔内,周围回填粗砂,之后回填坝料或砂浆。

②测斜管。钻孔终孔直径为 Φ150mm;钻孔位置、孔深和倾角按设计图纸所示施钻;钻孔铅直度偏差在50m内不得大于3°,孔位偏差不得大于20cm;测斜管的连接要使导槽对齐,防止扭偏;测斜管采用铝合金管,安装时其每3m管长垂直角不得超过1°。

测斜管安装完毕,属混凝土结构内的,用水泥砂浆进行全孔灌浆,采用标号不低于425#的普通硅酸盐水泥,其参考水、砂、水泥之比为0.6∶1∶0.5,待水泥浆凝固后安装孔口装置。属黄土边坡内的,则采用0.6∶1(水∶泥)泥浆用灌浆机自下而上进行全孔灌浆,或采用干净粗砂兼孔口灌水的方法进行填充,要求孔内填充料必须密实。若用砂料封孔时,孔口2～3m必须用水泥浆或泥浆封孔。钻孔倾斜导管的接头及底部管帽必须密封牢靠,防止灌浆时浆液进入管内。安装时应使导管的一对导槽平行或垂直于边坡倾斜方向。

③温度计。按设计要求,先测量放样,确定温度计的高程、埋设位置。在坝基面按设计深度钻孔或挖坑安装,将电缆引出后回填钻孔。

(4)倒垂线。首先是造孔,按设计要求的孔位、孔径和孔深钻孔,采用岩芯钻,开孔直径220mm,终孔有效孔径应大于80mm。应将岩芯尽量取全,特别对于断层、软弱夹层(带)应尽量取出,按工程地质规范进行详细描述,作出钻孔岩芯柱状图。钻孔时,应选择性能好的钻机,应在钻孔处用混凝土浇筑钻机底盘,预埋紧固螺栓。严格调平钻机滑轨(或转盘),其倾斜度应小于0.1%。然后将钻机紧固在混凝土底座上。孔口埋设长度3m的导向管,导向管必须调整垂直,其倾斜度应小于0.1%,并用混凝土加以固结。钻具上部应装设导向环,导向环外径可略小于导向管内径2～4mm。钻进时,宜采用低转速、小压力、小水量。必须经常检查钻孔偏斜值,每钻进0.5～1m应检测一次。检测可采用倒垂浮体组配合弹性置中器进行,测定钻孔不同高程处钻孔中心线位置与孔口中心位置的偏心距。在钻孔过程中,一旦出现偏斜,应首先分析原因,同时采取切实可行的纠斜措施。

其次是保护管(套管)的埋设。保护管应保持平直,底部加以焊封。底部以上0.5m范围内,内壁应加工为粗糙面,以便用水泥浆固结锚块。保护管采用丝口连接,接头处应精细加工,保证连接后整个保护管的平直度,安装保护管时全部丝口联接缝用防渗漏材料密封。下保护管前,可在钻孔底部先放入水泥砂浆(高于孔底约0.5m)。保护管下到孔底后略提高,但不得提出水泥砂浆面,并用钻机或千斤顶进行固定。然后准确测定保护管的偏斜值,若偏斜过大,应加以调整,直到满足设计要求,方可用M 15水泥砂浆固结。待水泥砂浆凝固后,拆除固定保护管的钻机或千斤顶。

再次是倒垂线的埋设。浮体组采用恒定浮力式。测线采用强度较高的不锈铟瓦丝,其直径的选择应保证极限拉力大于浮子浮力的3倍。浮体组浮力可按规范要求确定。埋设锚块时,在测线下端固定好锚块,钢丝应位于保护管中心,将锚块慢慢放至孔底,沉入水泥浆深处。浮体组安装,应使浮子水平、连杆垂直,浮子应位于浮桶中心,处于自由状态。若采用恒力浮子,应使整个浮子没入液体中,但不可触及浮桶底部;若采用其它类型浮子,则应调整到设计浮力。在倒垂孔附近的合适位置建倒垂线观测墩,在墩面上用二期混凝土埋设垂线坐标仪的基座底板。

⑤土位移计。其一,安装在坝体与围岩交接处的土位移计。在仪器安装高程的围岩钻孔,孔口填充保护物以防坝体填筑料进入孔中。当坝体填筑面高于安装高程20 cm并碾压密实后,挖槽至安装高程,将仪器和护管按设计长度连接,然后将部分仪器与灌浆管一并放入钻孔内,部分仪器放在坝体内,待位移计就位后,对钻孔进行回填灌浆,灌浆水灰比为1∶0.5,灌浆压力以0.5 MPa为宜,待钻孔浆液凝固,把放入仪器的挖槽回填坝料,施工中应加强保护,避免直接对安装位置振捣。其二,安装在坝体内的土位移计。当坝体填筑面高于安装高程20 cm并碾压密实后,在安装位置挖槽至安装高程。将仪器和护管按设计长度连接后放入槽内,回填坝料并人工碾压密实,施工过程中要对仪器严加保护。大型机械设备施工时,要求距离土位移计的距离0.5～1.0m。

⑥电缆的连接和保护。监测仪器至监测站的电缆尽可能少用接头,电缆的连接和测试应严格按规范DL/T5178-2003执行。在仪器引线安放和连接后,回填之前,应立即对监测仪器及电缆进行测试。在每支仪器电缆上均按20 m间隔设置标识,电缆末端应设一个铝制标签,上刻仪器永久编号,在电缆的端部应提供防水、防湿的保护套管。监测仪器电缆进入监测站墙体或地板时应有2 m以上的镀锌电缆钢套管。埋入隧洞衬砌中的电缆必须加钢管保护。钢管管径根据电缆束直径确定,要求钢管壁厚大于5mm。对于外露电缆,需沿电缆牵引线路挖槽形成电缆沟,电缆应埋设于电缆沟中,并穿管保护,保护管采用镀锌管(Φ50mm～Φ120 mm,厚大于5mm),周围回填。电缆一时不能引入监测站时,要设临时测站,可采用设置电缆保护箱作为临时测站。电缆跨施工缝或结构缝时,应按设计图纸要求设穿管过缝的保护措施,防止由于缝面张开而拉断电缆。电缆跨缝保护管直径应足够大(为电缆束直径的1.5～2.0倍),使得电缆在管内可以松弛放置段,跨缝管段应设伸缩管。电缆应用布条包扎,其包扎长度应延伸至保护管外,管口用涂有沥青的棉纱或麻丝封口。

⑦其它仪器和设备。其它仪器设备的安装和埋设应根据仪器的使用说明书、施工图纸的要求和监理人员的指示进行。

本工程中内部监测仪器随土建施工进度进行,电缆随着浇筑引入观测站,仪器安装完成后进入观测;外部观测仪器,倒垂线在大坝蓄水前必须完成。

4 监测

在监测仪器设备安装埋设完毕后及时按照批准的规程对仪器设备进行测试、校正,并记录仪器设备在工作状态下的初始读数,开展施工期监测。

4.1 观测工作应遵循的原则

观测工作应遵循“三固定”、“四随”、“四无”的原则,“三固定”即人员固定、仪器设备固定、观测时间固定;“四随”即随观测、随纪录、随计算、随校核;“四无”即无缺测、无漏测、无不符合精度、无违时。

4.2 观测及资料整理

(1)渗压计埋设后,15min/次连测一小时后7日内2次/天,温度计在填筑的24h内,每隔4h测1次,之后每天观测3次,直至混凝土达到最高水化热温升为止;以后每天观测1次,持续2周;再后每周观测2次,观测频次可随施工进度适当调整。充水检查期应每1～2天观测1次。

(2)其它监测仪器安装后7日内每日观测2次;随后7日内每天观测一次;以后每周观测2次。

(3)垂直位移测点可每个月测1～2次。各测值稳定后可2～3个月测一次。蓄水初期应每周观测1次。

(4)测斜管应在安装完工后1周开始观测,最初每2天观测1次,待仪器读数达到稳定状态,并取得初始值后,每月观测2～3次。工程蓄水运行初期每周观测2～3次;

(5)观测记录要准确﹑清晰﹑完整,原始观测记录装订成册,并妥善保管。

4.3 施工期巡视检查

施工期巡视检查至少每周一次并有巡视检查记录,汛前、汛后、充水实验时还应按发包人的要求缩短巡视间隔时间和加强巡视。巡视检查分日常巡视检查、年度巡视检查和特别巡视检查。年度巡视检查在每年汛期、汛后全面进行,巡视检查结束后及时向监理工程师提交简要报告,内容包括发现的问题及拟采取的措施。若遇到特殊情况,如发生暴雨、大洪水、有感地震、库水位骤升骤降、持续高水位以及建筑物出现异常等情况,将进行特别巡视检查。各种巡视检查的记录、图件和报告等均整理归档。