老挝南湃面板堆石坝电磁沉降管弯管施工工艺

2019-08-27李江华，肖仕进

四川水力发电 2019年3期

李江华，肖仕进

(中国水利水电第十工程局有限公司勘测设计院工程安全监测中心，四川成都 610072)

0 引言

坝体沉降量是土石坝的一个重要指标，对于监测土石坝坝体沉降的方法有许多，最常见的方法是采用水管式沉降仪和电磁式沉降管。然而，水管式沉降仪所测沉降只能代表坝体某个点的沉降，并不能代表整个坝体的沉降量，而且，水管式沉降仪由于施工原因及观测房修建不能同步等因素，可能导致数据缺测、漏测现象。而采用电磁沉降管能够避免水管式沉降仪中出现的不足。

混凝土面板堆石坝是一种普遍常见的水电站坝型，沉降数据对于堆石坝运行状况又至关重要。特别是面板下部的沉降与面板变形有着密不可分的关系。常规的电磁沉降管都是由大坝基坑开始竖直上至大坝顶部，为有效、连续、永久监测到大坝面板下部的沉降，提出一种沉降管弯管的施工方法。

本文通过老挝南湃水电站的实例应用，介绍了电磁式沉降管弯管段采用弦长代替弧长的沉降管弯管施工工艺及取得的效果。

1 工程概况

南湃(Nam Phay)水电站位于老挝万象省北部Phoun区，坝址位于南俄河(Nam Ngum)支流南湃河(Nam Phay)上游峡谷，南俄河(Nam Ngum)又是湄公河的Ⅰ级支流。电站厂房位于南噶河左岸。

电站为高水头、长引水式电站，主要任务是发电，水库正常蓄水位1 140.00 m，总库容2.059亿m3，电站额定水头721 m，设计引用流量14.03 m3/s，总装机容量86 MW。厂房下游接南俄2水库。

工程为大Ⅱ型，混凝土面板堆石坝为Ⅱ级水工建筑物，泄洪和引水发电系统为Ⅲ级水工建筑物。枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、垭口溢洪洞等、电站进水口、11.5 km长的长引水隧洞、电站厂房及开关站等组成。

坝址区50 a超越概率10%的基岩地震动峰值加速度为0.10 g，相应场地地震基本烈度按Ⅵ度考虑，挡水建筑物设防烈度为Ⅶ度。

2 电磁式沉降仪原理

电磁式沉降仪是安装埋设在堤坝、土石坝、地基内部或外表面，用来监测竖直向不同高程垂直位移变化。电磁式沉降仪通过测读测头经过测体内铁环(板)或磁环时，测头距离沉降管管口的距离来计算测点高程变化，进而计算出坝体内的固结度和沉降量的仪器。

电磁沉降仪适用于土石坝、边坡、填土的分层沉降监测。常用的电磁式沉降仪仪器由含有导线的钢带尺、不锈钢磁性探头、声光指示器电路及平尺卷轴等组成。当探头接近安装有磁性沉降环的区域时，将感应到磁信号并通过导线传递至卷轴内的声光指示器指示。

平尺的截面采用狗骨形设计，防止粘附在潮湿的测井或钻孔的表面，高质量铝合金卷轴及烤漆涂层的增强型支架具有良好的防腐特性，适合在安装有沉降磁环、或磁性沉降盘的沉降管、测斜管、测压管及其类似装置一起使用。

3 观测仪器布置

坝体内部位移采用电磁式沉降仪和杆式水平位移计监测，共布设三个监测断面(典型监测断面见图1)，分别位于坝体DL0+81.0 m、DL0+125.0 m和DL0+150.0 m位置处。三个断面共布设沉降管9套(坝基设基准环，坝体内部每隔6～7 m高程设置一沉降磁盘)，其中DL0+81.0 m共2套沉降管存在弯管段，DL0+125.0 m和DL0+150.0 m分别有1套电磁沉降管存在弯管段。累计共83个电磁沉降盘和9个沉降基准环，杆式水平位移计共计30个测点。

图1 老挝南湃水电站大坝DL0+81.0 m电磁沉降管布置图

4 仪器安装埋设

4.1 无弯管段电磁沉降管埋设

(1)在清基完毕后钻孔，孔深比基准环深度超1.5 m以上，预留施工过程中碎石等杂质调入管中的沉积空间。成孔及清孔后，将沉降管底部做密封处理，然后装有爪式沉降磁基准环的沉降管下入孔内，用水泥浆回填封孔，孔口以上约0.5 m回填筑坝材料并予以夯实。埋设完成后需要做一个保护架把沉降管围在中间，并在保护架外围贴上反光条；

(2)随着坝体填筑，同步连接沉降管，连接管处用PVC胶及铆钉加固好。当填筑至需要安装电磁沉降环时，需用细料整平，沉降环(板)需水平放置且与沉降管铅直，人工回填细料夯实，避免冲击管身，保持沉降管顺直，并需要在填筑过程中定期校正，调整其铅直度。埋设过程中要高度注意，勿将石块或者杂物掉入管内，堵塞测管；

(3)坝体填筑过程中，机械设备较多，测管保护工作难度非常大，需与施工单位做好协调配合，并派专人24 h看守；

(4)重复以上操作，直至埋设至设计高程，做好孔口保护装置。

4.2 有弯管段电磁沉降管埋设

一般位于大坝横轴线上游位置的沉降管当填筑至一定高程时，铅直往上施工就要与面板相交，从面板表面穿出，这样后期就无法采集到沉降数据，因此，就需要采用弯曲埋设与面板平行施工至大坝顶部。

(1)竖直段埋设方法与无弯管段埋设方法一致；

(2)沉降管弯管技术目前在监测行业还不是很普遍，因为常用沉降管为ABS管，管材脆性度较大，柔韧度较低，弧形弯曲程度很难控制。因此，在这里提出一种用弦长代替弧长的方法，根据沉降管的规格而定。采用每根沉降管弯曲少许角度的方法来实现沉降管的弯曲；

(3)弯管段完成后，沉降管与大坝挤压边墙处于平行状态。此时需要用一个与挤压边墙坡度一致的保护架支撑起沉降管，随着坝体的填筑和挤压边墙的施工，电磁式沉降管安装至大坝顶部，在孔口处设置保护装置进行观测。

老挝南湃水电站大坝电磁沉降管弯曲段示意图如图2。

图2 老挝南湃水电站大坝电磁沉降管弯曲段示意图

通过老挝南湃水电站监测室的探索，使用一种用弦长代替弧长的方法进行施工埋设。首先根据厂家提供的一根长3 m的沉降管，在CAD软件中计算并画出图形，由图中可以看出第一根弯曲的沉降管与竖直面偏差近6°，根据沉降管及接头材质是可以做到的(管子自身也可以弯曲一部分)，第二根管子及后面管子相对需要偏差近11°多，在ES1管上进行了试验。即每根进入弯管段的管子施工时，都根据填筑高程，作出一定计算，并在现场施工时用全站仪准确进行测管角度校正。每加长一根管子，都用电磁沉降仪检测测管的有效孔径是否能保证探头灵活下放，并能准确检测到下部沉降数据。在监测人员的共同努力下，最终ES1号管安全度过弯管段，此后沉降管与大坝挤压边墙处于平行状态。

南湃水电站共设计4套有弯管段的沉降管。目前大坝已经填筑完成，装入弯管段的电磁式沉降管中的活动式电磁式沉降仪，能顺利进行观测，同时，通过对采集到的沉降数据进行分析，数据可信度高，与土石坝沉降规律相符，由此判断沉降管的成活率100%。