二期土石圍堰安全監(jiān)測項(xiàng)目

陳延中　廖勇龍

摘要

二期土石圍堰屬三峽工程重大關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目，其中上游圍堰被列為八個(gè)重點(diǎn)研究單項(xiàng)工程之一，圍堰運(yùn)行的狀況備受觀注。二期上下游圍堰的安全監(jiān)測為設(shè)計(jì)和施工決策提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 三峽工程二期圍堰安全監(jiān)測測斜管測壓管滲壓計(jì)應(yīng)變計(jì)。

1、概述

二期圍堰平面布置為突向迎水面的折線方案，上、下游圍堰軸線長度分別是1439.6m和1075.9m，兩軸線相距600～1000m。上下游圍堰與縱向圍堰共同形成基坑，是三峽二期工程6年施工期重要的安全屏障。上游圍堰為Ⅱ級(jí)臨時(shí)建筑物，堰頂高程88.5m，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為1％頻率全年最大日平均流量83700m³/s，相應(yīng)水位85m，攔蓄庫容近20億m³。下游圍堰為Ⅲ級(jí)臨時(shí)建筑物，堰頂高程81.5m，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為2％頻率全年最大日平均流量79000m³/s。

二期圍堰建筑在基礎(chǔ)復(fù)雜的河床上，岸坡為全強(qiáng)風(fēng)化帶，其風(fēng)化層厚、透水性強(qiáng)。漫灘上除局部基巖裸露外，還分布有沖積粉細(xì)砂及砂礫石層、殘積塊球體層。河床段有深槽及深風(fēng)化砂槽，深槽內(nèi)覆蓋層由沖積粉細(xì)砂層和砂礫石層組成。圍堰采用柔性或塑性混凝土防滲墻下接 帳幕灌漿、上接土工膜進(jìn)行防滲。上游圍堰深槽段為雙排防滲墻，墻厚1m，兩墻中心距為6m，最大高度74m。下游圍堰是單墻方案，墻厚1.1m。二期圍堰堰體主要由風(fēng)化砂、石渣、石渣混合體、過渡料和塊石等填筑而成，總填筑量為1032m2，其中80％為水下拋填，最大施工水深為60m。二期圍堰的技術(shù)難度之高、工程規(guī)模之大是一般圍堰工程無法比擬的。為全面了解二期圍堰的工作狀態(tài)，建立了較全面的安全監(jiān)測系統(tǒng)，及時(shí)反饋觀測資料，確保圍堰安全。

2、安全監(jiān)測項(xiàng)目及觀測儀器布置

二期圍堰安全監(jiān)測的主要項(xiàng)目有：外部變形監(jiān)測、內(nèi)部變形監(jiān)測、滲壓滲流監(jiān)測、壓力(應(yīng)力)監(jiān)測、爆破影響監(jiān)測、巡視檢查等。針對(duì)二期圍堰的特點(diǎn)，依據(jù)有關(guān)監(jiān)測設(shè)計(jì)規(guī)范，圍堰監(jiān)測設(shè)計(jì)采用突出重點(diǎn)部位兼顧全面的原則，選擇具有代表性并能反映堰體性狀的部位和斷面進(jìn)行監(jiān)測，上游圍堰選取了0十133、0十320、0十478、0十500、0十930、0十139等六個(gè)斷面進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(見圖1)，下游圍堰選取了0十260、0十490、0十700等三個(gè)斷面進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(見圖3)。

圖1 二期上游圍堰安全監(jiān)測平面布置圖

2.1上游圍堰

2.1.1堰頂及戧堤頂面

沿上游圍堰堰頂迎水側(cè)每隔約80m埋設(shè)水平、垂直位移測點(diǎn)各1個(gè)，在深槽段的背水側(cè)戧堤頂上埋設(shè)水平、垂直位移測點(diǎn)各2個(gè)，監(jiān)測堰體表面水平位移和垂直位移。

2.1.20十133斷面

該斷面位于長江左岸岸坡段，該段圍堰采用高壓旋噴墻接帷幔灌漿進(jìn)行防滲，為監(jiān)測防滲效果并了解左岸岸坡的繞滲情況，在軸線下游7.5m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管l根，在管底的基巖覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)1只。

2.1.30十320斷面

該斷面位于長江左岸漫灘段，基礎(chǔ)覆蓋層主要為厚度2～5m架空塊球體夾砂層，局部為堆積細(xì)砂和砂卵石層，堰基風(fēng)化殼存在一定深度的強(qiáng)風(fēng)化砂帶。監(jiān)測項(xiàng)目及內(nèi)容有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7.5m和27.5m處的堰體內(nèi)各埋設(shè)測壓管l根，在測壓管的底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)1只。

(2)爆破影響監(jiān)測：在該斷面兩測壓管旁各埋設(shè)2只動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)和1只速度計(jì)，高程分別為57m、58.5m、60m。

(3)防滲墻壓應(yīng)力監(jiān)測：在防滲墻底部埋設(shè)1只壓應(yīng)力計(jì)。

2.1.40十478斷面

該斷面處于左岸河床陡坡段，基巖面傾角約70度，防滲墻施工難度非常大。布置的監(jiān)測項(xiàng)目及儀器設(shè)施有：

(1)防滲墻內(nèi)部變形監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號(hào)0十492)和下游防滲墻(樁號(hào)0十483)中埋設(shè)測斜兼沉降管各1根。

(2)滲壓監(jiān)測：在兩道防滲墻之間及軸線下游(樁號(hào)0十480)4m處各埋設(shè)測壓管1根。

2.1.50十500斷面

該斷面在長江主河深槽，是圍堰監(jiān)測的關(guān)鍵斷面。此處覆蓋層厚約20m，堰基承載力差，此段設(shè)置兩道混凝土防滲墻。監(jiān)測的項(xiàng)目及儀器設(shè)施有(見圖2)：

圖2二期上游圍堰深槽段安全監(jiān)測布置圖

(1)堰體及防滲墻內(nèi)部變形監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號(hào)0十522)和下游防滲墻(樁號(hào)0十518)的中心及軸線下游20m處各埋設(shè)1根測斜兼沉降管。

(2)滲壓滲流監(jiān)測：在兩道防滲墻中間、軸線下游4m和42m處各埋1根測壓管，在堰軸線下游4m和42m處測

壓管的底部堰基覆蓋層內(nèi)各埋設(shè)1只滲壓計(jì)。

(3)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號(hào)0十512)兩內(nèi)側(cè)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)和無應(yīng)力計(jì)各4只，應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)高程分別為15m、25m、35m、45m，無應(yīng)力計(jì)的埋設(shè)高程為：13m、27m、37m、·49m，在下游防滲墻(樁號(hào)0十510)兩內(nèi)側(cè)各埋設(shè)應(yīng)變計(jì)3只。高程分別為23m、38m、53m，在兩道防滲墻的底部埋設(shè)壓應(yīng)力計(jì)各1只。

(4)土壓力監(jiān)測：為了解沿深度方向防滲墻與堰體間土壓力的大小及分布規(guī)律，在上游防滲墻(樁號(hào)0十501)和下游防滲墻(樁號(hào)0十507)與堰體的接觸面上埋設(shè)土壓力計(jì)和水壓力計(jì)各4只，上游墻儀器的埋設(shè)高程分別為34m、44m、54m、64m，下游墻儀器的埋設(shè)高程分別為：40m、50m、60m、70m。

(5)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在土工膜的73m、77m、82m高程上各粘貼一組土工膜大應(yīng)變計(jì)。

(6)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體內(nèi)埋設(shè)兩只動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)(高程為20m、33m)和兩只速度計(jì)(高程為27m、45m)。

圖3 二期下游圍堰安全監(jiān)測平面布置圖

2.1.60+930斷面

該斷面位于右岸深風(fēng)化槽帶，風(fēng)化殼深約30m，布置的監(jiān)測項(xiàng)目及儀器設(shè)施有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7.5m和26.5m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管各l根，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)各1只。

(2)防滲墻及堰體內(nèi)部變形監(jiān)測：在防滲墻中心及軸線下游(樁號(hào)0+941)7.5m的堰體內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管各1根。

(3)防滲墻與堰體的土壓力監(jiān)測：在防滲墻(樁號(hào)0+923)與堰體的兩接觸面上埋設(shè)土壓力計(jì)和水壓力計(jì)各5只，高程為：34m、48.5m、61.5m、66.5m、72.5m。

(4)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在防滲墻(樁號(hào)0十931)兩內(nèi)側(cè)面埋設(shè)應(yīng)變計(jì)各5只，高程分別為：37.5m、50m、54m、61m、67m。在防滲墻中心埋設(shè)3只無應(yīng)力計(jì)，高程分別為：44m、53m、65m。在防滲墻底部埋設(shè)壓應(yīng)力計(jì)1只。

(5)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體內(nèi)各埋設(shè)兩只動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)(高程為：30m、33m)和兩只速度計(jì)(高程為31.5m、45m)。

(6)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在高程為80m、83m的土工膜上各粘貼一組土工膜大應(yīng)變計(jì)。

2.1.71+139斷面

該斷面為與混凝土縱向圍堰的結(jié)合處，布置的監(jiān)測項(xiàng)目及儀器設(shè)施有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7*5m和30m處理設(shè)測壓管各1只，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)各埋設(shè)滲壓計(jì)1只。

(2)土位移監(jiān)測：在與混凝土縱向圍堰的結(jié)合面上，高程為81m軸線上游6m和下游8m處各埋設(shè)1只TW型土

位移計(jì)，監(jiān)測土石圍堰與混凝土縱向圍堰間的水平位移；在軸線下游4m高程為81m處埋設(shè)1只沉降板。

2.1.8其他部位和項(xiàng)目

(1)0+908斷面：該斷面為防滲墻51拐點(diǎn)處，在防滲墻頂一期混凝土與二期混凝土之間的接縫上埋設(shè)兩只測縫計(jì)。

(2)0+490、0+545、0+585、0+605斷面的兩道防滲墻之間、0十545斷面軸線下游20m處各埋設(shè)1根測壓管。

(3)臨時(shí)監(jiān)測項(xiàng)目：在圍堰未完成的汛期內(nèi)，在堰體表面建立臨時(shí)的外觀標(biāo)點(diǎn)。

2.2下游圍堰

2.2.1堰頂及戧堤頂

在堰頂沿軸線每間隔80m埋設(shè)水平位移、垂直位移測點(diǎn)各1個(gè)，在軸線背水側(cè)戧堤深槽段頂部埋設(shè)水平位移、垂直位移測點(diǎn)各2個(gè)。

2.2.20+260斷面

該斷面位于左岸漫灘段，堰基風(fēng)化層厚，基礎(chǔ)透水性強(qiáng)。在該斷面軸線背水側(cè)2m、15m、32m處埋設(shè)測壓管各1根，監(jiān)測堰體浸潤線。在每根測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)一只滲壓計(jì)，監(jiān)測覆蓋層內(nèi)滲透壓力。

2.2.30+490斷面

該斷面位于長江主河床深槽段，是下游圍堰的關(guān)鍵監(jiān)測斷面，布置的監(jiān)測項(xiàng)目及儀器設(shè)施有(見圖4)：

圖4 二期下游圍堰深槽段安全監(jiān)測布置圖

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線背水側(cè)15m、42m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管各1根，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計(jì)各1只。

(2)內(nèi)部變形監(jiān)測：在防滲墻中心及軸線背水側(cè)(樁號(hào)0十472)15m處埋設(shè)測斜兼沉降管各l根。

(3)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在防滲墻(樁號(hào)0十485)的兩內(nèi)側(cè)各埋設(shè)3只應(yīng)變計(jì)，在中心埋設(shè)3只無應(yīng)力計(jì)，高程分別為35m、50m、65m。在防滲墻底部埋設(shè)1只壓應(yīng)力計(jì)。

(4)防滲墻與堰體的土壓力監(jiān)測：在防滲墻與堰體的接觸面上(樁號(hào)0十500)埋設(shè)土壓力計(jì)和水壓力計(jì)各3只，高程分別為20m、35m、50m。

(5)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在土工膜71m、75m的高程上各粘貼1組土工膜大應(yīng)變計(jì)。

(6)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體中各埋設(shè)2只速度計(jì)(高程為33m、43m)和2只動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)(高程為30m、36m)。

2.2.40+700斷面

該斷面位于長江右岸漫灘段，在軸線背水側(cè)2m、15m、35.5m處的堰體中埋設(shè)測壓管各l根，監(jiān)測堰體浸潤線。在每根測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)一只滲壓計(jì)，監(jiān)測覆蓋層內(nèi)滲透壓力。

3、安全監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)施

3.1外部變形監(jiān)測

二期圍堰水平位移監(jiān)測采用邊交匯法進(jìn)行觀測，垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)法觀測。

3.2內(nèi)部變形監(jiān)測

3.2.1 堰體及防滲墻內(nèi)部分層水平及沉降監(jiān)測

堰體及防滲墻內(nèi)部分層水平及沉降監(jiān)測采用在堰體和防滲墻內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管。墻體內(nèi)測斜兼沉降管采用拔管成孔法，即在澆筑防滲墻時(shí)預(yù)埋鋼管，當(dāng)混凝土達(dá)到初凝時(shí)將鋼管拔出成孔，在孔內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管；堰體內(nèi)測斜兼沉降管采用清水鉆孔埋設(shè)。分層水平位移使用滑動(dòng)式測斜儀觀測，分層沉降使用沉降儀觀測。

3.2.2土工膜應(yīng)變監(jiān)測

土工膜應(yīng)變監(jiān)測采用在土工膜上粘貼土工膜大應(yīng)變計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。取一塊約2m2的土工膜在室內(nèi)將土工膜大應(yīng)變計(jì)粘貼壓緊、干固后再與現(xiàn)場的土工膜粘接。

3.2.3 土石圍堰與混凝土縱向圍堰的相對(duì)位移監(jiān)測

土石圍堰與混凝土縱向圍堰的相對(duì)位移監(jiān)測采用埋設(shè)TW土位移計(jì)和沉降板監(jiān)測。TW土位移計(jì)監(jiān)測水平位移，沉降板監(jiān)測垂直位移。I、W土位移計(jì)的一端焊接在混凝土縱向圍堰內(nèi)的鋼筋上，另一端焊接一鋼板后埋設(shè)在堰體內(nèi)。

3.2.4防滲墻接縫監(jiān)測

防滲墻接縫監(jiān)測采用在防滲墻頂一期混凝土與二期混凝土的接縫處埋設(shè)測縫計(jì)監(jiān)測。在接縫處理設(shè)一只平行接縫和一只垂直接縫的測縫計(jì)，分別監(jiān)測接縫的張合和錯(cuò)移。

3.3滲流滲壓監(jiān)測

3.3.1堰體浸潤線監(jiān)測

堰體浸潤線采用在堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管進(jìn)行監(jiān)測。測壓管采用在堰體表面鉆孔埋設(shè)，鉆孔時(shí)使用清水鉆進(jìn)并用鋼管護(hù)壁。測壓管的進(jìn)水段埋于堰基覆蓋層頂面以上2—5m。

3.3.2堰基覆蓋層滲流壓力監(jiān)測

堰基覆蓋層滲流壓力采用滲壓計(jì)監(jiān)測。滲壓計(jì)與測壓管同孔埋設(shè)，滲壓計(jì)埋設(shè)在測壓管底覆蓋層內(nèi)約3m深處。

3.3.3滲流量的監(jiān)測

滲流量的監(jiān)測結(jié)合現(xiàn)場情況在堰體背水側(cè)根據(jù)滲漏水量制定滲流量的監(jiān)測方案?？捎昧克叻ê头e水坑法觀測，對(duì)大的滲流出水還要定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測分析。

3.4壓力(應(yīng)力)監(jiān)測

3.4.1 防滲墻兩側(cè)的土壓力監(jiān)測

防滲墻兩側(cè)的土壓力采用在防滲墻的兩外側(cè)埋設(shè)土壓力計(jì)和水壓力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。土壓力計(jì)和水壓力計(jì)使用掛布法埋設(shè)，即將土壓力計(jì)和水壓力計(jì)固定在土工布上，防滲墻槽孔施工完成后若槽內(nèi)預(yù)埋灌漿管則將掛有土壓力計(jì)和水壓力的土工布掛在固定灌漿管鋼筋架的兩側(cè)隨灌漿管一起下放到槽內(nèi)，若槽內(nèi)不預(yù)埋灌漿管則將掛有土壓力計(jì)和水壓力的土工布的底部懸掛一與槽孔寬度相當(dāng)?shù)闹貕K一起放入槽內(nèi)，土工布從槽口一直至孔底并緊貼槽壁，儀器就位后澆筑混凝土防滲墻。

3.4.2防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

防滲墻應(yīng)力應(yīng)變采用在防滲墻兩內(nèi)側(cè)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)有兩種情況：若防滲墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管則在固定灌漿管鋼筋架的兩內(nèi)側(cè)從上至下栓一根尼龍繩，將應(yīng)變計(jì)綁在尼龍繩上隨灌漿管一起放人槽內(nèi)；若防滲墻內(nèi)無預(yù)埋灌漿管則用鋼絲繩底端懸掛一與槽孔寬度相當(dāng)?shù)闹貕K，在重塊上系一根尼龍繩，應(yīng)變計(jì)綁在尼龍繩上一起隨重塊放入槽內(nèi)。應(yīng)變計(jì)在槽內(nèi)就位后澆筑混凝土防滲墻。

3.4.3壓應(yīng)力監(jiān)測

防滲墻底的壓應(yīng)力采用埋設(shè)壓應(yīng)力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測。壓應(yīng)力計(jì)在室內(nèi)預(yù)制在一塊與防滲墻材料一樣的混凝土內(nèi)，埋設(shè)時(shí)將包含有壓應(yīng)力計(jì)的混凝土塊固定在一塊鋼板上，用鋼絲繩將混凝土塊吊起后放人防滲墻槽底，然后再澆筑混凝土防滲墻。

3.5爆破影響監(jiān)測

基坑內(nèi)開挖爆破對(duì)堰體的影響監(jiān)測有兩種形式：堰體表面監(jiān)測和堰體內(nèi)部監(jiān)測。堰體內(nèi)部采用埋設(shè)動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)和速度計(jì)監(jiān)測動(dòng)水壓力和振動(dòng)波速度，動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)和速度計(jì)的埋設(shè)采用清水鉆孔鋼管護(hù)壁，成孔后將動(dòng)態(tài)滲壓計(jì)和速度計(jì)綁在一鋼管上放人孔內(nèi)然后拔起護(hù)壁鋼管；堰體表面監(jiān)測根據(jù)基坑爆破點(diǎn)的位置在就近的堰體表面臨時(shí)布置速度計(jì)、拾震器、哈林傳感器等儀器監(jiān)測振動(dòng)波速度及衰減特性。

3.6巡視檢查

巡視檢查有日常檢查和特別檢查。日常檢查在正常周期觀測時(shí)進(jìn)行，特別檢查在汛期和圍堰出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)進(jìn)行。

4、結(jié)語

(1)二期圍堰安全監(jiān)測項(xiàng)目的全面實(shí)施，為及時(shí)了解圍堰性狀起到了重大作用，監(jiān)測資料的及時(shí)反饋為修改設(shè)計(jì)和重大施工決策提供了依據(jù)。

(2)有些監(jiān)測項(xiàng)目的實(shí)施國內(nèi)外尚無先例，如防滲墻深槽70m水下埋設(shè)應(yīng)變計(jì)、土壓力計(jì)、滲壓計(jì)等技術(shù)。這些項(xiàng)目的成功實(shí)施可為同類工程所借鑒。

(3)設(shè)計(jì)、業(yè)主、監(jiān)理和實(shí)施單位以及安全監(jiān)測監(jiān)理與實(shí)施單位的密切配合是二期圍堰安全監(jiān)測項(xiàng)目得以順利實(shí)施的重要原因。