樂昌峽碾壓混凝土壩內(nèi)部監(jiān)測儀器埋設(shè)的幾點(diǎn)經(jīng)驗

樂育生，周克明，王建學(xué)

（1.樂昌峽水利樞紐管理處，廣東樂昌 512200；2.水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇南京 210012；3.廣東省水利電力勘測設(shè)計研究院，廣東 廣州 510170）

0 前 言

內(nèi)部監(jiān)測儀器需要在大壩澆筑時開始同步埋設(shè)，受土建施工影響較大，如果監(jiān)測儀器在施工時失效，一般沒法補(bǔ)救。在文獻(xiàn)［1］中，明確規(guī)定分部工程驗收時，混凝土壩埋入式不可更換儀器設(shè)施完好率85%以上為合格，表明監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)存在一定的風(fēng)險。樂昌峽碾壓混凝土壩在監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)施工時，針對各種監(jiān)測儀器采取相應(yīng)的埋設(shè)措施，有效提高了監(jiān)測設(shè)施的完好率。

1 工程概況

樂昌峽水利樞紐工程位于韶關(guān)樂昌市境內(nèi)、北江支流武江樂昌峽河段，是北江上游關(guān)鍵性防洪控制工程。工程以防洪為主、結(jié)合發(fā)電，兼顧航運(yùn)、灌溉等綜合利用。樞紐總庫容為3.74億m3，電站裝機(jī)容量為132 MW，正常蓄水位為154.5 m，校核洪水位為163.0 m。

樂昌峽水利樞紐為II等大（2）型工程，主要由攔河大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、上游過木碼頭等建筑物組成。大壩為碾壓混凝土重力壩，河床中央布置5孔溢流壩。壩頂高程164.2 m，最大壩高84.2 m，壩頂長256.0 m，其中溢流壩段長78.0 m，左岸非溢流壩段長96.0 m，右岸非溢流壩段長82.0 m。

2 監(jiān)測設(shè)施的布置

大壩安全主要監(jiān)測項目有巡視檢查、水平位移、垂直位移、壩基揚(yáng)壓力、壩體滲透壓力、繞壩滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度、接縫變形和滲漏量監(jiān)測等。內(nèi)部監(jiān)測的典型監(jiān)測斷面有3個，分別為壩橫0+092.900、壩橫0+138.000和壩橫0+178.500。圖1為大壩下游立視圖，圖2為非溢流壩段典型監(jiān)測斷面布置圖。

壩橫0+092.900斷面位于非溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計10支、溫度計24支、五向應(yīng)變計3組、無應(yīng)力計3支、應(yīng)力計3支。

壩橫0+138.000斷面位于溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計5支，其中4支埋設(shè)在測壓管里面，溫度計35支、五向應(yīng)變計5組、無應(yīng)力計5支、應(yīng)力計5支，并在附近閘墩處埋設(shè)鋼筋計6支。

壩橫0+178.500斷面位于非溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計10支、溫度計19支、五向應(yīng)變計2組、無應(yīng)力計2支、應(yīng)力計2支。

壩橫0＋138.000斷面，壩體上游面防滲層與內(nèi)部碾壓混凝土交界面上以及溢流壩段和非溢流壩段接合部位處設(shè)8支測縫計，監(jiān)測接縫的開合度。

圖1 大壩下游立視圖Fig.1 Elevation of downstream of the dam

圖2 典型監(jiān)測斷面測點(diǎn)布置圖Fig.2 Distribution of the monitoring points on typical section

3 監(jiān)測設(shè)施埋設(shè)

攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，采用“金包銀”結(jié)構(gòu)模式，在迎水面及背水面采用常規(guī)混凝土防滲保護(hù)，中心部位用碾壓混凝土填筑。施工時每倉混凝土高約3 m，采用斜層澆筑方法施工，每斜層混凝土高30 cm，這種方法是采用許多斜坡單層的方法形成厚塊RCC而向前推進(jìn)的。各單層都從本塊頂部向下斜延到前一厚塊的頂部，各子層的坡度根據(jù)澆筑能力和面積規(guī)定，每斜層都采用振動碾壓壓實，減少每斜層的澆筑時間，從而提高澆筑層接縫質(zhì)量而不使用墊層混合料。

針對碾壓混凝土的施工方式，內(nèi)部觀測儀器的埋設(shè)方法也需要適當(dāng)調(diào)整。

3.1 溫度計埋設(shè)

按照設(shè)計圖紙，碾壓混凝土壩內(nèi)需要埋設(shè)大量溫度計進(jìn)行壩體溫度監(jiān)測。與其它監(jiān)測儀器相比，溫度計埋設(shè)相對比較簡單，只需按照設(shè)計圖紙準(zhǔn)確定位埋設(shè)。在常規(guī)混凝土內(nèi)埋設(shè)溫度計，一般將溫度計綁扎在結(jié)構(gòu)鋼筋或預(yù)埋的豎立鋼筋上定位。碾壓混凝土施工中，溫度計埋設(shè)時如果在施工倉面上豎立鋼筋，將影響碾壓混凝土施工，從而影響施工進(jìn)度，同時也不利于溫度計的保護(hù)。

考慮到以上原因，溫度計埋設(shè)都是在每倉碾壓混凝土施工完成后，在混凝土初凝前即從倉面鉆孔至溫度計埋設(shè)高程，將溫度計固定在鋼筋上壓入混凝土內(nèi)定位后即回填。這種埋設(shè)方法一方面減少了對碾壓混凝土的施工，同時也提高了監(jiān)測儀器的完好率。

3.2 應(yīng)變計組埋設(shè)

應(yīng)變計組的埋設(shè)關(guān)鍵是控制應(yīng)變計組各支儀器的位置、方向，盡量減小對土建施工的影響。一般碾壓混凝土壩內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計組有挖坑埋設(shè)法、鉆孔埋設(shè)法、木箱保護(hù)、同步上升法[2]等幾種施工方法。本項目需要埋設(shè)五向應(yīng)變計組，考慮到碾壓混凝土的施工情況，采用挖坑埋設(shè)方法進(jìn)行應(yīng)變計組埋設(shè)。在應(yīng)變計組埋設(shè)部位碾壓合格后，挖坑埋設(shè)應(yīng)變計組。

應(yīng)變計組通常與無應(yīng)力計臨近埋設(shè)，兩者距離約1 m左右。應(yīng)變計組的埋設(shè)坑一般可以為1.5 m×0.5 m×0.5 m，應(yīng)在滿足應(yīng)變計組埋設(shè)的前提下盡量小，減小對碾壓混凝土的質(zhì)量影響及回填的工作量。

應(yīng)變計組埋設(shè)坑在碾壓混凝土施工完成即開始人工開挖，完成后即按設(shè)計位置將應(yīng)變計組的錨具埋入混凝土定位，并按設(shè)計方向擰上支座、支桿及應(yīng)變計等組件，準(zhǔn)確記錄每個方向的應(yīng)變計序列號。將應(yīng)變計固定在無應(yīng)力計桶內(nèi)后，用開挖的混凝土填入桶內(nèi)并逐層人工振搗密實，將無應(yīng)力計桶大口朝上，放置在距應(yīng)變計組1 m左右，然后將開挖的混凝土人工逐步回填，人工振搗密實?；靥钔瓿珊螅瑧?yīng)在應(yīng)變計上方做好標(biāo)記，注意保護(hù)。

3.2 測縫計埋設(shè)

大壩施工時，將測縫計埋設(shè)在壩段分縫、施工縫之間可以測量接縫變形。常規(guī)混凝土壩施工時，一般在先澆筑塊混凝土中預(yù)埋測縫計保護(hù)筒，在后澆筑塊混凝土澆筑時，將測縫計預(yù)拉一定量程后埋設(shè)。樂昌峽碾壓混凝土壩采用金包銀的結(jié)構(gòu)模式，一個倉面內(nèi)先澆筑周邊的常態(tài)混凝土后澆筑碾壓混凝土，兩者接頭部位采用碾壓混凝土壓實，搭接長度≥20 cm。碾壓混凝土與常態(tài)混凝土之間需埋設(shè)測縫計以了解兩者之間的結(jié)合情況。

測縫計本身長度只有26.5 cm，基本與碾壓混凝土和常態(tài)混凝土搭接部位長度相當(dāng)，因此需要改裝成裂縫計進(jìn)行兩者結(jié)合部位的開合度監(jiān)測。測縫計埋設(shè)前，將長100 cm帶彎鉤的?32 mm鋼筋加工螺紋與之連接，用多層塑料布包裹測縫計與連接鋼筋，露出測縫計引出電纜端部約5 cm，鋼筋的彎鉤需露出，改裝為裂縫計（見圖3）。當(dāng)倉面碾壓混凝土及常態(tài)混凝土施工完成后，在兩者搭接部位混凝土面上挖深30 cm的槽，放入裂縫計使其橫跨在搭接部位上。為了使裂縫計具有一定的受壓量程，將預(yù)拉3～5 mm左右，并用細(xì)鐵絲固定，然后用挖出的混凝土小心回填，并人工振搗密實。

由于測縫計的剛度很小，埋設(shè)時要注意在測縫計上堆積的流態(tài)混凝土厚度一般不要超過30 cm。當(dāng)儀器上部混凝土厚度較大時，可能會由于上部混凝土振搗而導(dǎo)致儀器軸向受壓或側(cè)向錯動，使儀器失去預(yù)拉變形量甚至損壞。因此在布置測縫計時，在滿足監(jiān)測目的的前提下，同時應(yīng)考慮混凝土施工分層、分塊情況，將測縫計盡量布置在混凝土分層澆筑面下30 cm左右，不影響觀測效果的前提下方便測縫計埋設(shè)，提高儀器埋設(shè)成功率。

圖3 裂縫計埋設(shè)Fig.3 Embedment of crackmetres

3.3 滲壓計埋設(shè)

滲壓計埋設(shè)前，必須將其端部的透水石取出，用水浸泡2 h以上或用開水煮沸以排出其中的空氣。然后在清水中將滲壓計裝上透水石，使?jié)B壓計的端部空腔內(nèi)注滿清水，埋設(shè)前整個儀器一直浸沒在清水中。為了保證滲壓計進(jìn)水口暢通、防止水泥漿堵塞，整個儀器要用清洗干凈且已水飽和的中砂、細(xì)砂用土工布包裹，組成直徑約10 cm的人工濾層。埋設(shè)時應(yīng)避免滲壓計空腔內(nèi)預(yù)先注入的清水流出而影響測值的可靠性。

按照設(shè)計圖紙，在大壩迎水面附近的常態(tài)混凝土與碾壓混凝土部位，從上游到下游1組3支設(shè)滲壓計，監(jiān)測該部位的抗?jié)B情況。常態(tài)混凝土澆筑時，混凝土具有一定的流動性，此時埋設(shè)滲壓計易造成水泥漿流入包裹滲壓計的人工濾層而堵住滲壓計的透水石，造成滲壓計不能正常測量滲透水壓力，且滲壓計在混凝土中不容易定位?？紤]到以上原因，滲壓計埋設(shè)在混凝土初凝后、上層混凝土施工前，鉆孔埋設(shè)，鉆孔直徑110 mm。鉆孔完成后，清洗孔內(nèi)雜物，并用清水沖洗，放入深20 cm的砂礫石。在現(xiàn)場空氣中測量并記錄按上述步驟準(zhǔn)備的滲壓計，測值穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)作為初始讀數(shù)，然后將滲壓計放入鉆孔內(nèi)，準(zhǔn)確測量滲壓計所在高程，再次向孔內(nèi)放入深20 cm左右的砂礫石，其余部分用混凝土回填，完成滲壓計的埋設(shè)。

3.4 電纜施工

電纜順利牽引及保護(hù)到測站處是儀器埋設(shè)后最重要的環(huán)節(jié)，大壩施工期必須做好電纜保護(hù)工作。電纜芯線間的絕緣度降低及短（斷）路情況、電纜聯(lián)接質(zhì)量不好、電纜端部標(biāo)記不清導(dǎo)致儀器之間相互錯位是導(dǎo)致儀器失效或資料無法使用的最常見原因之一。

3.4.1 電纜的聯(lián)接

監(jiān)測儀器埋設(shè)的重要工作之一就是電纜聯(lián)接，每支儀器出廠都帶有1 m左右的電纜，埋設(shè)前必須按照實際需要加長電纜，參考文獻(xiàn)[3]明確電纜接頭用硫化或熱縮套管聯(lián)接方式。聯(lián)接電纜時，電纜芯線接頭要錯開，對應(yīng)芯線可靠焊接在一起，用直徑3～5 mm的熱縮套管包裹，再用高壓絕緣自粘膠帶纏繞后，將預(yù)先套在電纜上的直徑18～20 mm的專用熱縮管套上，在熱縮管與電纜表層聯(lián)接處要用銼刀打毛并涂上熱熔膠，用氣焊烙鐵從接頭中部向兩端均勻加熱，使熱縮管均勻收縮，管內(nèi)不留空氣。熱縮前，在熱縮管與電纜外皮聯(lián)接處要用銼刀打毛并涂上熱熔膠，以增加電纜接頭的密封性。

3.4.2 電纜的敷設(shè)

差動電阻式儀器常用引出電纜是橡膠材質(zhì)的水工電纜，一般可以直接埋入混凝土。大壩施工時影響因素眾多，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙埋設(shè)電纜，不能任意改變走向，如確需變更，應(yīng)以書面形式向業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理及土建施工等單位提出，待批準(zhǔn)后實施。混凝土澆筑后，有些部位可能要灌漿或取樣鉆孔，如果任意改變電纜走向，則有可能因鉆孔導(dǎo)致電纜中斷而使儀器失效。監(jiān)測儀器埋設(shè)后，為了避免混凝土碾壓對電纜的損傷，在倉面混凝土碾壓完成后，挖溝埋設(shè)，引到預(yù)埋在基礎(chǔ)灌漿廊道下游側(cè)上方的電纜保護(hù)鋼管，直接引入廊道，可以有效地保護(hù)電纜，見圖4。電纜埋設(shè)時，應(yīng)防止直接向電纜上傾倒混凝土及振搗器接觸電纜，避免將電纜砸斷或振斷。以下一些措施對保護(hù)電纜都是很有效的：用鋼管保護(hù)電纜；混凝土面上挖溝埋入電纜；電纜埋設(shè)時呈“S”形走向；直埋式電纜要先覆蓋一層細(xì)沙漿后再澆筑混凝土；電纜通過壩體接縫、施工縫要用伸縮接節(jié)型鋼管保護(hù)電纜等。

圖4 電纜敷設(shè)Fig.4 Cable laying

大壩施工時，加密測次可以了解測值變化過程，同時可以及時發(fā)現(xiàn)儀器及電纜是否正常，如有異常應(yīng)及時處理或補(bǔ)埋儀器。

3.4.3 電纜的保護(hù)

監(jiān)測儀器及電纜埋設(shè)后，關(guān)鍵是保護(hù)儀器引出電纜免遭破壞。儀器埋設(shè)后引出電纜應(yīng)盡量集中在一起，以方便保護(hù)，要認(rèn)真做好引出電纜端部的標(biāo)記，確保標(biāo)記清晰可辨，避免各支儀器的參數(shù)不能一一對應(yīng)。施工現(xiàn)場條件惡劣，長期暴曬或浸水會加速電纜橡皮老化、電纜芯線老化銹蝕、電纜絕緣度降低，一般可將電纜集中后放在木箱內(nèi)，以防止長期的日曬雨淋，避免大型施工機(jī)械碾壓電纜，同時可以避免各種油污腐蝕，保持電纜的干燥和清潔。

日常觀測后，每根電纜必須用專用電纜套保護(hù)電纜頭，防止電纜芯線進(jìn)水。

4 結(jié) 語

樂昌峽碾壓混凝土壩內(nèi)部埋設(shè)的應(yīng)變計、溫度計、測縫計采用南京水利水文自動化研究所生產(chǎn)的差動電阻式儀器，滲壓計、滲流量計采用美國基康的振弦式儀器。從2009年9月開始到2011年4月，大壩內(nèi)部監(jiān)測儀器埋設(shè)全部完成，共計埋設(shè)202支，失效3支，完好率98.5%，取得了較好的成績。一方面表明南京水利水文自動化研究所生產(chǎn)的差動電阻式儀器質(zhì)量可靠，另一方面表明監(jiān)測儀器現(xiàn)場埋設(shè)方案是有效的。

本工程內(nèi)部監(jiān)測儀器施工中，采用挖坑埋設(shè)應(yīng)變計組、鉆孔埋設(shè)滲壓計、預(yù)埋豎向電纜保護(hù)管、水平向電纜在倉面開槽埋設(shè)等施工方法，有效地提高了監(jiān)測儀器埋設(shè)的完好率，碾壓混凝土與常態(tài)混凝土之間采用裂縫計監(jiān)測接縫變形值得借鑒。

[1]GB/T22385-2008,大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)驗收規(guī)范[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.

[2]郭金根.碾壓混凝土大壩中應(yīng)變計組埋設(shè)方法的研究[J].大壩觀測與土工測試,2000,21(2)：37-39.

[3]DL/T5178-2003,混凝土壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].北京：水利電力出版社.