水庫(kù)大壩原型觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工

1、盤石頭水庫(kù)大壩原型觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工 江南水利水電工程公司馮海軍 【內(nèi)容提要】盤石頭水庫(kù)是我國(guó)北方地區(qū)新建壩高最大的鋼筋混凝土面板堆石壩，壩址河谷寬闊，兩岸陡峭，具有“u”型河谷特點(diǎn)。本文結(jié)合盤石頭水庫(kù)工程及地質(zhì)特點(diǎn)，著重介紹了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布置和施工，闡述了監(jiān)測(cè)布置的合理性，討論了堆石壩監(jiān)測(cè)施工的特點(diǎn)?！娟P(guān)鍵詞】混凝土面板堆石壩 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 施工1 工程概況盤石頭水庫(kù)是以防洪、供水為主，兼顧灌溉、發(fā)電和養(yǎng)殖的大型綜合利用型水利樞紐工程?？値?kù)容6.08億m3，水庫(kù)為二等工程，主要建筑物大壩、泄洪洞、溢洪道等按2級(jí)建筑物設(shè)計(jì)，電站及其它次要工程按4級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。地震設(shè)防烈度7度。擋水建筑物混凝土面板堆

2、石壩為2級(jí)建筑物，抗震設(shè)計(jì)烈度為8度。最大壩高102m，壩頂高程275.0m，正常蓄水位254.0m，壩頂寬12m，上游壩坡坡度為1:1.4，下游戧臺(tái)間壩坡為1:1.35，組合壩坡為1：1.5。壩體設(shè)計(jì)總填筑548萬(wàn)m3，面板砼總量3.49萬(wàn)m3。盤石頭水庫(kù)混凝土面板堆石壩的主要工程特性為河谷平坦開闊，兩岸陡峻，趾板水平段長(zhǎng)，壩區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜。原型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有指導(dǎo)設(shè)施工、監(jiān)測(cè)運(yùn)行、校核設(shè)計(jì)和為科研積累資料的重要目的和功能。通過(guò)定期觀測(cè)了解建筑物在施工和運(yùn)行期的工作狀態(tài)。通過(guò)工程運(yùn)行實(shí)態(tài)分析評(píng)價(jià)，確保工程的安全運(yùn)行。盤石頭水庫(kù)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括砼面板堆石壩、非常溢洪道及庫(kù)區(qū)等主要工程部位，項(xiàng)目

3、齊全設(shè)備先進(jìn)。大壩工程，重點(diǎn)突出壩體、壩基和面板的位移變形以及滲流監(jiān)測(cè)；左岸埡口非常溢洪道則主要進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形和基礎(chǔ)滲流監(jiān)測(cè)。2 原型觀測(cè)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)布置通過(guò)在壩面設(shè)置水平、垂直位移標(biāo)點(diǎn)，在壩內(nèi)安裝埋設(shè)水平位移計(jì)和水管式沉降計(jì)，監(jiān)測(cè)壩體內(nèi)、外部水平、垂直位移；通過(guò)在壩體基礎(chǔ)埋設(shè)滲壓計(jì)，在壩肩設(shè)置測(cè)壓管、在下游壩腳設(shè)置量水堰進(jìn)行壩體滲流量及繞壩滲流項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)。并通過(guò)在面板周邊縫設(shè)置三向測(cè)縫計(jì)以了解垂直、水平及剪切變形；通過(guò)在混凝土面板表面及內(nèi)部埋設(shè)安裝鋼筋計(jì)、應(yīng)力計(jì)、測(cè)縫計(jì)、傾斜計(jì)、溫度計(jì)及大量程位移計(jì)等儀器，進(jìn)行面板混凝土的應(yīng)力、應(yīng)變、溫度、鋼筋應(yīng)力、面板撓曲變形及面板脫空等。壩體內(nèi)部變形觀測(cè)設(shè)計(jì)

4、共布置了1個(gè)主斷面和2個(gè)輔助斷面，主斷面布置在最大的壩高處（0+310），沿主斷面壩基底堰埋設(shè)5支滲壓計(jì)；壩體內(nèi)部共分三層埋設(shè)水平、垂直位移計(jì)；面板埋設(shè)鋼筋計(jì)和溫度計(jì)；并在面板垂直縫上，安裝測(cè)縫計(jì)；面板脫空及撓曲變形監(jiān)測(cè)。面板下埋設(shè)大量程位移計(jì)；在面板表面設(shè)置了電平儀。2個(gè)輔助斷面布設(shè)在兩岸的陡坡段，樁號(hào)為0+545和0+主要設(shè)置了少量滲壓計(jì)以觀測(cè)兩岸的滲流，通過(guò)在面板上埋置測(cè)縫計(jì)以觀測(cè)兩岸陡坡段的面板變形規(guī)律，結(jié)合主斷面了解拉應(yīng)力區(qū)和壓應(yīng)力區(qū)集中面板縫的變形規(guī)律，進(jìn)而了解面板的工作性態(tài)，保證工程安全。盤石頭水庫(kù)混凝土面板堆石壩觀測(cè)儀器埋設(shè)布置詳見布置圖1,圖2和觀測(cè)儀器一覽表。盤石頭水庫(kù)混凝

5、土面板堆石壩觀測(cè)儀器設(shè)施一覽表觀測(cè)項(xiàng)目安裝部位儀器設(shè)施名稱型號(hào)單位數(shù)量一、表面變形觀測(cè)觀測(cè)控制基點(diǎn)10個(gè)，測(cè)點(diǎn)67點(diǎn)全站儀tca2003套1水準(zhǔn)儀dna03套1二、壩體內(nèi)部觀測(cè)1、沉降量樁號(hào)0+310,高程205，228，251水管式沉降儀sc-1套3(11)2、水平位移樁號(hào)0+310,高程228,251電位器式水平位移計(jì)ndcy-1套2（6）三、混凝土面板觀測(cè)1、面板撓曲樁號(hào)0+310，高程樁號(hào)樁號(hào)電平儀gk6700套52、周邊縫面板與趾板結(jié)構(gòu)縫三向測(cè)縫計(jì)tsj待添加的隱藏文字內(nèi)容2套8(24)河床底部（0+310）二向測(cè)縫計(jì)tsj套1(2)3、面板接縫三個(gè)觀測(cè)斷面測(cè)縫計(jì)（單向）ts套324

6、、鋼筋應(yīng)力面板內(nèi)鋼筋鋼筋計(jì)gk支95、滲水壓混凝土面板背后小區(qū)料中滲壓計(jì)gk4500支96、面板脫空樁號(hào)0+310,高程205,225,245大量程位移計(jì)gk4911支87、面板混凝土溫度樁號(hào)0+310溫度計(jì)gk3700支3四、壩基觀測(cè)1、滲水壓力壩基沿河床底部滲壓計(jì)gk4500支242、滲流量下游壩趾河床底部量水堰個(gè)13、斷層帶水位兩岸坡斷層帶內(nèi)滲壓計(jì)gk4500支4五、壩肩觀測(cè)繞壩測(cè)壓管左右壩肩鉆孔個(gè)4六、庫(kù)水位觀測(cè)壩前、壩后水位水位計(jì)gk支33 原型觀測(cè)系統(tǒng)施工大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般可分為儀器埋設(shè)安裝（含儀器采購(gòu)及埋設(shè)前的準(zhǔn)備）、施工期觀測(cè)及竣工驗(yàn)收移交三個(gè)階段。隨著工程的進(jìn)展，盤石頭水庫(kù)

7、大壩壩體及面板部分觀測(cè)項(xiàng)目已進(jìn)入埋設(shè)安裝和施工期觀測(cè)階段。由于大部分項(xiàng)目尚未實(shí)施，這里僅就儀器安裝埋設(shè)施工的一般設(shè)計(jì)技術(shù)要求分述于后。工程安全監(jiān)測(cè)實(shí)施按分部位、分時(shí)段進(jìn)行，大壩儀器安裝指導(dǎo)原則為：盡早獲取大壩岸坡地下水文資料、盡量減少施工干擾與有效保護(hù)儀器三者之間的有機(jī)協(xié)調(diào)。本節(jié)主要說(shuō)明大壩儀器的安裝埋設(shè)方案。其他部位儀器安裝埋設(shè)屬常規(guī)儀器安裝，工序控制較為常規(guī)，與土建作業(yè)干擾小，一般均依照土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（sl 60-94）和混凝土大壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（sdj336-89）進(jìn)行。3.1變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的設(shè)計(jì)建網(wǎng)要求3.1.1大壩平面變形控制網(wǎng)及高程控制網(wǎng)根據(jù)兩岸地形、地質(zhì)和通視條件等分別設(shè)置

8、工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)，共設(shè)置工作基點(diǎn)3個(gè)（包括水準(zhǔn)基點(diǎn)、下同），校核基點(diǎn)1個(gè)。壩體共設(shè)置表面變形測(cè)點(diǎn)35個(gè)，其中面板表面測(cè)點(diǎn)15個(gè)，壩坡表面測(cè)點(diǎn)20個(gè)，另為壩體內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)提供基準(zhǔn)需在壩下游坡面觀測(cè)房頂部設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)。壩體表面變形監(jiān)測(cè)，水平位移采用視準(zhǔn)線法測(cè)量，豎向位移采用水準(zhǔn)法測(cè)量。表面變形測(cè)點(diǎn)的位移通過(guò)測(cè)線兩端的工作基點(diǎn)和校核基點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。平面變形控制網(wǎng)平行壩軸線方向共設(shè)8條測(cè)線，覆蓋大壩、壩坡整個(gè)區(qū)域。高程控制網(wǎng)網(wǎng)形布成閉合環(huán)形。變形觀測(cè)的精度。參照土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（sl 60-94）執(zhí)行。平面控制網(wǎng)監(jiān)測(cè)按一等三角測(cè)量精度進(jìn)行觀測(cè)，采用徠卡tc2003全站儀（0.5，1+1ppm）進(jìn)

9、行測(cè)角和測(cè)距。對(duì)平面網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，每年進(jìn)行一次（或兩次），并在下閘蓄水前取得23次測(cè)值，以后盡可能固定月份，即選擇外輸送環(huán)境相近的情況下進(jìn)行觀測(cè)，以減少外界條件對(duì)觀測(cè)成果的影響。高程控制網(wǎng)點(diǎn)監(jiān)測(cè)采用精密數(shù)字水準(zhǔn)儀dna03及銦鋼測(cè)尺進(jìn)行施測(cè)，作業(yè)方法按一等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)定進(jìn)行。由水準(zhǔn)基點(diǎn)到工作基點(diǎn)的聯(lián)測(cè)，每年進(jìn)行一次（或兩次），并保證下閘蓄水前取得23次測(cè)值，盡可能固定月份，即選擇外界環(huán)境相近的情況下進(jìn)行觀測(cè)，以減少外界條件對(duì)觀測(cè)成果的影響。3.2 滲壓計(jì)的安裝埋設(shè)壩基滲流壓力觀測(cè)包括天然巖土層、人工防滲和排水設(shè)施等關(guān)鍵部位滲流壓力分布情況的觀測(cè)。沿趾板后不同高程布置了9支滲壓計(jì)以監(jiān)測(cè)人工防滲體的滲流

10、壓力；在壩體內(nèi)部按地形條件分3個(gè)斷面，布置寬闊的河谷段布置了一個(gè)主斷面共5支，兩岸分別布設(shè)了一個(gè)斷面，每個(gè)斷面2支滲壓計(jì)。在施工中，壩基開挖后，為監(jiān)測(cè)揭露斷層中的地下水活動(dòng)情況，在兩岸斷層出露處各增加埋設(shè)了2支滲壓計(jì)，鉆孔埋設(shè)，孔深按實(shí)際地質(zhì)情況確定，深度平均約20m。壩基滲壓計(jì)的安裝埋設(shè)采用坑式埋設(shè)法。在設(shè)計(jì)測(cè)點(diǎn)處壩基上挖坑，坑深約40cm,采用砂包裹體的方法，形成透水室將滲壓計(jì)在坑內(nèi)就地埋設(shè)。砂包裹體由中粗砂組成，并以水飽和。趾板后的滲壓計(jì)埋設(shè)，則在儀器位置鉆100mm深50cm的孔，按孔內(nèi)滲壓計(jì)的埋設(shè)方法安裝儀器。但由于趾板后期人工固結(jié)灌漿，所有孔內(nèi)均被水泥漿填充，導(dǎo)致鉆孔被封堵，再次鉆

11、孔存在很大困難，最后采取砂包裹法將滲壓計(jì)埋設(shè)在趾板后的小區(qū)料中。儀器電纜沿庫(kù)底穿保護(hù)管集中引入臨時(shí)或永久性觀測(cè)站。3.3垂直、水平位移計(jì)及觀測(cè)電纜的安裝埋設(shè)垂直、水平位移計(jì)及觀測(cè)電纜的安裝埋設(shè)將成為本工程儀器安裝的重點(diǎn)。當(dāng)壩體填筑到儀器高程時(shí)，根據(jù)施工安排或工程實(shí)際采用挖槽法或表面堆填法安裝、埋設(shè)。為避免沉降過(guò)大對(duì)電纜造成較大的損壞，在溝槽內(nèi)按下述方法施工：回填過(guò)渡料混合料鋪填粗砂安裝儀器或電纜鋪填粗砂混合料回填過(guò)渡料回填石碴至表面平整。在規(guī)定填筑厚度內(nèi)儀器線路，禁止振動(dòng)碾壓和大型機(jī)械設(shè)備通行。水管式沉降儀必須隨壩體填筑埋設(shè),采用挖溝槽法埋設(shè)或堆填法埋設(shè)，溝槽法埋設(shè)工序?yàn)椋海?）基槽開挖，當(dāng)壩

12、面填筑到測(cè)點(diǎn)以上約1.2m高程時(shí)，沿埋設(shè)線開挖埋設(shè)溝槽；（2）基床的制備，以反濾形式人工壓實(shí)整平基床；在埋設(shè)測(cè)頭處砌筑漿砌石平臺(tái)，測(cè)量測(cè)頭的標(biāo)高，并同時(shí)水準(zhǔn)儀校測(cè)管路基床坡度。（3）測(cè)頭和管路的安裝。將測(cè)頭置于平臺(tái)上，連接各管路，在其周圍立大于測(cè)頭外徑10cm的砼模板，模板頂面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)，砼澆筑至頂面抹平。砼澆筑前對(duì)測(cè)頭性能進(jìn)行測(cè)試，確認(rèn)合格后方可始澆筑。管線沿設(shè)置好的基槽埋設(shè)。（4）量測(cè)系統(tǒng)安裝。將各測(cè)頭的管路對(duì)號(hào)就位到量測(cè)板上，打開各測(cè)頭通氣管路上閥門，依次用脫氣水給各測(cè)頭的量測(cè)管充水排氣，氣泡排盡后開通向玻璃量管的閥門，使管內(nèi)水位穩(wěn)定后，讀出水面刻尺數(shù)值，此值即測(cè)頭起始讀數(shù)，同時(shí)測(cè)出

13、量測(cè)管安裝基面高程，記錄安裝埋設(shè)表。（5）回填及碾壓。調(diào)試完畢后進(jìn)行回填以埋設(shè)管線和測(cè)點(diǎn)的施工。埋設(shè)嚴(yán)格控制高度和禁止振動(dòng)碾壓，細(xì)心保護(hù)管線和測(cè)頭，確保儀器安裝的完好率。水平位移計(jì)采用南科院生產(chǎn)的ndcy-1新型可分段埋設(shè)和測(cè)量的水平位移計(jì)。盤石頭水庫(kù)大壩2003年汛前的填筑為保證汛前面貌的實(shí)現(xiàn)采用經(jīng)濟(jì)斷面填筑，按土建實(shí)際進(jìn)度，已分2次分段安裝了第一層水平位移計(jì)。埋設(shè)過(guò)程中均做到細(xì)心整平埋設(shè)基座，各機(jī)械件連接牢固可靠。特別是對(duì)的連接應(yīng)保證牢固，埋設(shè)的錨固板周圍應(yīng)回填密實(shí)并澆筑混凝土。埋設(shè)步驟：（1)定位,測(cè)量出埋設(shè)的管路和測(cè)點(diǎn)位置；(2)細(xì)心整平埋設(shè)基座成水平,在粗顆粒料中以反濾層形式填平補(bǔ)齊

14、壓實(shí)達(dá)到埋設(shè)高程；(3)水平位移計(jì)安裝；(4)檢查安裝各個(gè)環(huán)節(jié),并進(jìn)行一次試測(cè),正常后回填.首先在錨固板處(即測(cè)點(diǎn)處)立模板澆筑錨固板的砼塊體,澆筑時(shí)切忌砂漿進(jìn)入伸縮接頭與保護(hù)管之間的縫隙,以不便影響其靈活滑動(dòng)。(5)人工細(xì)心回填管線周圍，并壓實(shí)到壩體的設(shè)計(jì)密度，回填壓實(shí)時(shí)勿沖擊管身，回填超過(guò)儀器頂面以上約1.8m時(shí)即可進(jìn)行振動(dòng)碾壓恢復(fù)大壩的正常填筑施工。3.4三向測(cè)縫計(jì)的安裝測(cè)點(diǎn)的測(cè)量定位，設(shè)置予埋件和電纜溝槽，電纜均編號(hào)標(biāo)志。儀器埋設(shè)前檢查傳感器和電纜的防水性能和電器性能。根據(jù)事先設(shè)計(jì)確定的傳感器在坐標(biāo)板的位置，檢查其相應(yīng)的讀數(shù)是否在預(yù)定的范圍內(nèi)，否則調(diào)整。將三個(gè)傳感器分別固定在坐標(biāo)板相應(yīng)

15、的位置上，并將坐標(biāo)板固定埋件螺絲固定在趾板上，三個(gè)傳感器的鋼絲引到面板的測(cè)量標(biāo)點(diǎn)上加以固定。在趾板水平段的三向測(cè)縫計(jì)需要澆筑混凝土保護(hù)體以防止壩前鋪蓋對(duì)儀器的損壞。3.6溫度計(jì)的安裝為配合大壩混凝土面板施工，監(jiān)測(cè)混凝土內(nèi)部溫度以保證面板澆筑質(zhì)量，我項(xiàng)目部嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行了混凝土內(nèi)部溫度觀測(cè)，并同時(shí)記錄了氣溫的變化。3.7儀器電纜的標(biāo)識(shí)與保護(hù)措施儀器與電纜安裝或敷設(shè)后，根據(jù)需要將儀器電纜引入臨時(shí)或永久性觀測(cè)站內(nèi)，采用鋼制品（如鐵箱、鋼筒等）上鎖加以保護(hù)，以免受到施工破壞。儀器電纜安裝或敷設(shè)后，即進(jìn)行標(biāo)識(shí)并繪制儀器坐標(biāo)、電纜走線圖，并及時(shí)報(bào)送監(jiān)理工程師與土建承包商。儀器電纜部位的混凝土拆模后，

16、在其表面用紅漆標(biāo)識(shí)儀器及電纜位置，以免灌漿鉆孔等破壞儀器與電纜。4.觀測(cè)成果的初步分析由于盤石頭水庫(kù)工程尚處施工期，目前大壩填筑完成了將近一半工程量，一期面板澆筑完畢，所以觀測(cè)成果從變形、滲流和面板溫度做簡(jiǎn)單介紹。4.1沉降變形觀測(cè)分析水管式沉降儀按三層布置，其高程分別在1/3、1/2、2/3壩高處，第一層埋設(shè)后觀測(cè)時(shí)間為3個(gè)月。其觀測(cè)成果如下表：測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)壩軸距上覆厚度（m）沉降量（cm）tc1-1壩上0+90102.39tc1-2壩上0+602511.49tc1-3壩上0+283019.19tc1-4壩上0+003017.09tc1-5壩下0-35109.79觀測(cè)結(jié)果表明，堆石體量沉降量

17、和其上覆堆石體厚度相關(guān)，按堆石體厚度40m計(jì)算，最大沉降量為0.5，說(shuō)明沉降量較小，隨著上覆堆石體厚度的增加，沉降量將增大。第二層儀器埋設(shè)時(shí)間短，觀測(cè)數(shù)據(jù)如下表：測(cè)點(diǎn)編號(hào)測(cè)點(diǎn)壩軸距上覆厚度（m）總計(jì)沉降量（cm）tc2-1壩上0+6053.01tc2-2壩上0+28104.51tc2-3壩上0+0002.814.2面板溫度觀測(cè)分析盤石頭大壩一期面板澆筑時(shí)間經(jīng)多方論證選定在5月份，后由于施工進(jìn)度拖延到6月中旬結(jié)束，為了解面板混凝土內(nèi)部溫度變化和氣溫的關(guān)系，控制混凝土的澆筑質(zhì)量，我們?cè)跉鉁剌^高時(shí)段安裝了2支溫度計(jì)，其過(guò)程曲線見圖。儀器編號(hào)混凝土最高溫度（）混凝土內(nèi)部和氣溫溫差最大值（）澆筑后混凝土溫度到最大值時(shí)間（小時(shí)）t-141.125.622t50.730.615.5從面板溫度觀測(cè)說(shuō)明高溫時(shí)段澆筑面板混凝土滿足設(shè)計(jì)要求。4.4壩基滲流觀測(cè)分析壩基滲壓計(jì)的觀測(cè)變化受降雨影響較大，沿趾板周邊縫布設(shè)的滲壓計(jì)目前水頭在12m范圍內(nèi)變動(dòng)，壩基滲壓計(jì)水頭較小，在0.5m1.0m范圍內(nèi)變動(dòng)，兩岸陡坡段布設(shè)的滲壓計(jì)除降雨影響外，均無(wú)變化。兩岸