基于水平固定測斜儀的壩基沉降監(jiān)測方法及應(yīng)用

魏小平 建劍波 翟 巍 張會娟

(1.河南省河口村水庫工程建設(shè)管理局,河南 濟(jì)源 454650；

·水利工程·

基于水平固定測斜儀的壩基沉降監(jiān)測方法及應(yīng)用

魏小平1建劍波1翟 巍2張會娟3

(1.河南省河口村水庫工程建設(shè)管理局,河南 濟(jì)源 454650；

2.北京建工四建工程建設(shè)有限公司,北京 100075; 3.中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所,北京 100101)

針對沉厚覆蓋層、寬大壩基的施工環(huán)境，應(yīng)用水平固定測斜儀系統(tǒng)進(jìn)行了壩基沉降監(jiān)測，并結(jié)合水平固定測斜儀計(jì)算原理，探討了監(jiān)測的具體方法，監(jiān)測結(jié)果表明：該系統(tǒng)監(jiān)測能實(shí)時(shí)、可靠地反映壩基沉降特性，應(yīng)用前景廣泛。

水平固定測斜儀，壩基，沉降，監(jiān)測

混凝土面板堆石壩(Concrete Faced Rockfill Dam，簡稱CFRD，下同)是以堆石體為支撐結(jié)構(gòu)并且在其上游表面設(shè)置鋼筋混凝土面板作為擋水防滲體的一種壩型。面板堆石壩在安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性等方面具備獨(dú)特優(yōu)勢，并且具有良好的抗滑穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性和抗震穩(wěn)定性，同時(shí)能夠較好地適應(yīng)各種地形、地質(zhì)、水文及氣候條件，造價(jià)低，工程進(jìn)展快，技術(shù)規(guī)范成熟，加之目前快速碾壓技術(shù)的迅速發(fā)展，已在工程中得到了大量的應(yīng)用。隨著面板堆石壩建壩數(shù)量的不斷增多，工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對壩基及壩體的沉降變形以及預(yù)測沉降的主要方法已成為目前面板堆石壩的主要研究課題?，F(xiàn)階段，主要采用沉降板、沉降磁環(huán)和水管式沉降儀等方法監(jiān)測壩基沉降。本文應(yīng)用水平固定測斜儀進(jìn)行壩基沉降監(jiān)測，不僅能保證壩基沉降的連續(xù)性，而且能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性。

1 水平固定測斜儀計(jì)算原理

根據(jù)水平固定測斜儀觀測系統(tǒng)的工作原理，起始端A或結(jié)尾端B均可作為起算點(diǎn)進(jìn)行沉降累加計(jì)算，其沉降計(jì)算結(jié)果為相對于A點(diǎn)或B點(diǎn)的相對沉降值，只要測得A點(diǎn)或B點(diǎn)的絕對沉降值即可推算系統(tǒng)各監(jiān)測點(diǎn)絕對沉降量。水平固定測斜儀裝置及計(jì)算示意圖如圖1和圖2所示。圖1中1為固定端、2為錨固塊、

3為導(dǎo)槽保護(hù)管、4為位移傳感器、5為水平固定測斜儀、6為過渡端、7為連接桿、9為傳遞桿、10為保護(hù)管。圖2中11為沉降趨勢線、12為水平固定測斜儀、13為連接桿、14為相對沉降線。

應(yīng)用水平固定測斜儀進(jìn)行壩基沉降計(jì)算方法如下：

1)觀測固定端A(或B)的坐標(biāo)，作為起始計(jì)算點(diǎn)；2)觀測水平固定測斜儀測值，計(jì)算該次水平固定測斜儀兩側(cè)相對沉降；3)從固定端一側(cè)起算，通過水平固定測斜儀沉降累加，計(jì)算系統(tǒng)沉降(基準(zhǔn)值)；4)重復(fù)1)，2)和3)步驟，計(jì)算系統(tǒng)下一次系統(tǒng)沉降(絕對沉降值)；5)通過上述步驟，應(yīng)用水平固定測斜儀計(jì)算不同時(shí)刻、不同位置的壩基沉降。

2 水平固定測斜儀工程應(yīng)用

2.1 工程概況

河口村水庫位于黃河一級支流沁河最后一段峽谷出口處，下距五龍口水文站約9 km，屬河南省濟(jì)源市克井鎮(zhèn)，是控制沁河洪水、徑流的關(guān)鍵工程，也是黃河下游防洪工程體系的重要組成部分，工程規(guī)模為大(2)型，工程等級為Ⅱ等，由混凝土面板堆石壩、1號泄洪洞、2號泄洪洞、引水發(fā)電洞、溢洪道及水電站等組成，其中混凝土面板堆石壩壩基為深厚覆蓋層粘性土，壩體采用上游為級配料、下游為非級配料填筑。在大壩0+140斷面173 m高程處埋設(shè)了一套從上游到下游貫通的水平固定測斜儀，按照每隔5 m、6 m和7 m等間距布置了63支水平固定測斜儀，用于監(jiān)測350多米的壩基沉降。其監(jiān)測布置情況如圖3所示。從圖3可見，水平固定測斜儀安裝埋設(shè)在壩基部位，壩基沉降監(jiān)測系統(tǒng)的工作基點(diǎn)位于壩下，水平固定測斜儀系統(tǒng)長度為350多米，分布在從上至下的壩基中心線附近，能較好地反映壩基沉降。

2.2 監(jiān)測成果

壩軸線上游至防滲墻之間基礎(chǔ)由原河床175.0 m高程挖至165.0 m高程，并對防滲墻、連接板、趾板及防滲墻下游50 m范圍基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁進(jìn)行了專門加固處理；壩軸線下游次堆區(qū)覆蓋層基礎(chǔ)開挖至170.0 m高程，但在壩下0+000～0+180靠近右岸岸坡部位發(fā)現(xiàn)有較厚的粘性土層及砂層透鏡體，且有向左岸延伸的趨勢，該層粘性土并未完全挖除。并結(jié)合水平固定測斜儀安裝埋設(shè)位置，壩上游的HI5-1-1～HI5-1-5位于高壓旋噴樁壩基處理范圍內(nèi)，HI5-1-6～HI5-1-30位于壩軸線上游壩基處理至165.0 m高程，HI5-1-31～HI5-1-36位于壩軸線下游壩基處理165.0 m～170.0 m高程過渡段之上，HI5-1-37～HI5-1-63及基準(zhǔn)點(diǎn)B位于壩軸線下游壩基處理至170.0 m高程之上，且在壩下0+000～0+180 靠近右岸岸坡部位發(fā)現(xiàn)有較厚的粘性土層及砂層透鏡體地層。待壩基開挖和填筑高程滿足要求后，完成水平固定測斜儀安裝埋設(shè)。待儀埋穩(wěn)定后，按照填筑高程和觀測技術(shù)要求，進(jìn)行壩基沉降觀測、整編及分析。其典型的監(jiān)測成果見圖4，圖5。

從圖4可見，隨著填筑高程和時(shí)間增加，壩基沉降逐漸增加。壩體填筑完成后，壩基沉降持續(xù)增加，但增幅有所減小。

從圖5可見，隨著壩體填筑，壩基沉降變形逐漸增加，填筑至225 m高程時(shí)，最大沉降變形為461 mm(D0-182)；填筑至240 m高程時(shí)，最大沉降變形為651 mm(D0-51)；填筑至286 m高程時(shí)，最大沉降變形為789 mm(D0-51)；填筑至286 m高程靜置后，沉降變形在-5 mm～15 mm之間波動(dòng)，目前變化趨穩(wěn)。各階段監(jiān)測成果反饋施工效果，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、可靠地反映壩基沉降特性，能較好地指導(dǎo)工程施工。

3 結(jié)論及建議

水平固定測斜儀沉降監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測壩基沉降經(jīng)驗(yàn)較少，針對深厚覆蓋層、寬大壩基的河口村水庫工程施工環(huán)境，能較好地完成安裝埋設(shè)實(shí)屬難得。該系統(tǒng)監(jiān)測成果能實(shí)時(shí)、可靠地反映壩基沉降特性，能較好地指導(dǎo)工程施工，建議在今后工程中推廣應(yīng)用。

[1] 邵 宇，李海芳，鄧 剛.面板堆石壩面型特性[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2] 艾 斌.混凝土面板堆石壩變形及監(jiān)測問題[J].大壩與安全，1996(3)：21-22.

[3] 黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司.河南省河口村水庫工程下閘蓄水安全鑒定設(shè)計(jì)自檢報(bào)告[R].2014.

[4] 中國水利水電科學(xué)研究院.河南省河口村水庫工程下閘蓄水安全鑒定安全監(jiān)測自檢報(bào)告[R].2014.

Monitoring method and application level fixed inclinometer based on foundation settlement

Wei Xiaoping1Jian Jianbo1Zhai Wei2Zhang Huijuan3

(1.HenanHekouVillageReservoirEngineeringConstructionManagementBureau,Jiyuan454650,China;2.BeijingFourthConstruction&EngineeringCo.,Ltd,Beijing100075，China;3.InstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

According to the construction environment with large and thick cover layer and broad dam foundation, the paper undertakes the dam foundation settlement supervision with the horizontal fixed inclinometer, explores the factual measures by combining with the calculation principle of the inclinometer, and proves by the result that the system can have the timely and reliable reflection of the dam foundation settlement features, so it has better application.

horizontal fixed inclinometer, dam foundation, settlement, supervision

2015-02-10

魏小平(1967- )，男，高級工程師； 建劍波(1981- )，男，工程師； 翟 巍(1982- )，男，工程師； 張會娟(1979- )，女，助理研究員

1009-6825(2015)11-0219-02

TU433

A