倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)在蘇布雷水電站中的應(yīng)用

段 積 文

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

科特迪瓦蘇布雷水電站工程樞紐建筑物主要包括大壩、溢洪道、進水口、電站廠房和尾水渠。其中大壩由主壩和副壩組成，主壩軸線長度約4.5 km，副壩軸線長度約602 m。主壩壩頂高程154.5 m，壩頂寬8 m。壩型主要有三種，分別包括均質(zhì)土壩、土石混合壩和心墻堆石壩，包括兩個擋水建筑物取水口和溢洪道，均為混凝土結(jié)構(gòu)物。

隨著國內(nèi)外水電工程建設(shè)的發(fā)展，大壩安全監(jiān)測技術(shù)也有了一定程度的發(fā)展和創(chuàng)新，但倒垂(正垂)作為常規(guī)監(jiān)測技術(shù)多年來都是以傳統(tǒng)的鉆機造孔、輔以測斜糾偏為主要工藝。科特迪瓦蘇布雷水電站由于工期緊、任務(wù)重、安全監(jiān)測工期要求緊張，項目部提出了倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)并最終成功應(yīng)用，超前完成了施工任務(wù)并形成了一套相對完整的倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)。筆者介紹了工程中采用的倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)。整個大壩的安全監(jiān)測共設(shè)計了7套倒垂系統(tǒng)，均布置在混凝土結(jié)構(gòu)物上，其中電站取水口排水廊道布置1套，取水口上部布置2套，溢洪道廊道布置2套，溢洪道上部布置2套，倒垂孔累計設(shè)計深度近220 m。

2 施工工藝流程及操作要點

倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)主要包括：測量放線定位，保護管安裝，絲扣防水處理，垂直度調(diào)校，加固處理，加固后垂直度復(fù)測微調(diào)，混凝土澆筑，垂直度過程復(fù)測糾偏。

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程見圖1。

2.2 操作要點

(1)測量放線。首先,根據(jù)圖紙要求對倒垂孔的孔位進行精確放樣，確定現(xiàn)場位置。

(2)保護管安裝。定位準(zhǔn)確后，在孔位上根據(jù)混凝土的分倉高度選擇安裝保護管的長度，一般來說，保護管的分段長度要比混凝土分倉高度高出1 m左右為宜[2]。

以第一節(jié)保護管安裝為例，當(dāng)保護管放置在定位點后，在其下方打3～4顆膨脹螺栓或鋼筋樁，用電焊將保護管與膨脹螺栓或鋼筋樁進行焊接，使其固定在地面上。側(cè)面用4根Φ20或Φ25的鋼筋將每根鋼筋的一端接一個松緊螺旋扣，另一端與地面錨桿進行焊接(此步驟中的焊接只需要輕微點焊即可。因為在調(diào)整過程中有的位置不合適需要調(diào)整，輕微點焊方便脫焊后調(diào)整)固定，每一根鋼筋與保護管和地面形成三角形，在保護管頂部焊接四根鋼筋用于連接地面錨桿，兩兩之間形成90°夾角以提高其穩(wěn)定性。焊接固定鋼筋時，先用水平尺調(diào)整垂直度后再施焊，后續(xù)保護管安裝方法同上。

圖1 倒垂保護管預(yù)埋施工工藝流程圖

(3)絲扣之間的防水處理。一般的倒垂保護管均為2 m一根，頭尾車絲扣旋緊連接。在這種情況下，為了保證今后管內(nèi)不滲水，需對絲扣部分做防水處理。處理方法：用生膠帶+玻璃膠涂抹進行防水處理，效果較好，待玻璃膠干燥成型之后即可[1]。

(4)垂直度調(diào)校。

粗調(diào)：用兩個水平尺分別放置在保護管側(cè)面，兩水平尺呈90°夾角。調(diào)整松緊螺旋扣使兩個水平尺氣泡居中。由于水平尺的精度較低，不能滿足垂直度測量要求，因此要用鉛錘吊線進行精調(diào)。

精調(diào)：在倒垂保護管最頂端焊接兩個呈90°夾角的鋼筋，在其上面置鉛錘至地面，在倒垂保護管的頂部用鋼板尺測量垂線與鋼管的距離d1，在下方同樣進行測量d2，兩者偏差越小則垂直度越高。一般情況下，d1和d2之間的偏差不宜大于1 mm[2]。

上述方向完成后，換到與該方向垂直90°的另一個方向上，采用同樣的方法進行精調(diào)，互相垂直的兩個方向調(diào)平之后，倒垂保護管即處于垂直狀態(tài)。

單一方向上的垂直度會對另一方向上的垂直度有細微影響，因此，這樣的過程需要反復(fù)幾次，直至最終符合垂直度偏差要求，確保保護管已安裝部分處于垂直狀態(tài)。

(5)加固處理。上述步驟完成后，需要對之前輕微點焊的部位做焊接加固，以免混凝土澆筑時力量過大而破壞保護管的垂直狀態(tài)。

另外，根據(jù)拉筋的粗細和穩(wěn)固程度，可以適當(dāng)?shù)匮a充加固一部分拉筋，使其更加穩(wěn)固，以避免混凝土澆筑時對系統(tǒng)產(chǎn)生推力而導(dǎo)致垂直度發(fā)生變化。

(6)加固后的垂直度復(fù)測微調(diào)。由于焊接會導(dǎo)致鋼筋局部變形收縮，因此，在焊接加固后，需要對垂直度進行復(fù)測微調(diào)，但一般情況下偏差會很小，只需稍微調(diào)整即可。

(7)混凝土澆筑期間的保護。上述步驟完成后，使用土工布和塑料薄膜對保護管管口進行封閉處理，以防止雜物堵塞保護管?，F(xiàn)場澆筑混凝土?xí)r，在該部位放料時應(yīng)注意四周均勻放料，盡量避免碰觸保護管，振搗棒作業(yè)時注意避免接觸保護管。

混凝土澆筑過程需要監(jiān)測人員旁站，間隔一段時間對垂直度進行復(fù)核，發(fā)現(xiàn)意外情況時需利用頂部的松緊螺旋扣重新調(diào)整垂直度。

四個松緊螺旋扣一定要連接在倒垂保護管的頂部，避免混凝土澆筑時覆蓋掩埋，待澆筑完成后，用切割機切掉四個松緊螺旋扣以備下次重復(fù)使用。要求現(xiàn)場工作人員對分倉情況比較熟悉，每次焊接拉筋時，預(yù)留高度一定要大于現(xiàn)有倉位混凝土澆筑的高度，以保證松緊螺旋扣每次都在混凝土澆筑高程之上。

(8)垂直度的過程復(fù)測糾偏及技術(shù)指標(biāo)。一般混凝土的澆筑高度4～6 m為一個單元，最多不超過10 m，需要用倒垂浮筒配合自由擴張式彈性置中器[3](圖2)對已埋保護管進行垂直度測量(管底至管口)。在糾偏過程中，必須保證滿足設(shè)計圖紙中的技術(shù)指標(biāo)，有效管徑應(yīng)大于設(shè)計值。

圖2 自由擴張式彈性置中器

彈性置中器見圖2和圖3[3]，它可以通過調(diào)節(jié)中間螺桿上的螺絲使彈簧片出現(xiàn)擴張，多個彈簧片擴張后形成一個圓球體，用以調(diào)節(jié)、擴張直徑恰好等于倒垂保護管的直徑，使其正好可以放進倒垂保護管中。而它的下方是一個吊錘，中間連接螺桿上的細線，細線上端連接浮筒(圖4)。

基本原理：自有擴張式彈性置中器無論放置在倒垂保護管中的任何深度，其本身永遠將連桿置于倒垂保護管的中心，通過細線延伸到最上方、連接到浮筒中的浮子上，浮筒中裝滿液壓油，由于重力浮力原理，浮子垂線和置中器構(gòu)成的結(jié)構(gòu)始終處于垂直狀態(tài)，從而可以測量孔口垂線和孔口幾何中心的偏差位移，由此可判斷此時置中器所處深度的中心和孔口幾何中心的偏差[5]。

使用方法：手握圖2中的調(diào)節(jié)圈，松開調(diào)節(jié)螺母，順時針扭動吊環(huán)，使彈簧片張開所需要的口徑，其口徑大小應(yīng)與所埋設(shè)安裝的保護管內(nèi)壁緊貼為宜。管內(nèi)測斜采用浮桶、浮子、鋼絲線、自由擴張式彈性置中器組成的一套工具，浮子通過連接桿和自由擴張式彈性置中器用φ1.2的不銹銦瓦絲連接并浮在浮桶的變壓器油上，自由擴張式彈性置中器通過銦瓦絲將管內(nèi)各個測斜位置的圓心坐標(biāo)反映到孔口坐標(biāo)上(為保證準(zhǔn)確度，從管底至已埋設(shè)安裝管口每0.5 m測量一次)，通過管口的銦瓦絲位置讀出管內(nèi)圓心點的坐標(biāo)。根據(jù)測出的各個位置的圓心坐標(biāo)，按理論公式計算出有效管徑和管斜率，或按照數(shù)學(xué)幾何作圖法[4]，將X軸和Y軸方向上偏移量最大和最小數(shù)值的圓(即控制圓)采用CAD制圖按1∶1的比例作出所有控制圓的公共圓(即有效圓)，公共圓的直徑即為有效管徑，采用CAD自動捕捉圓心法找出公共圓的圓心，其即為有效圓的圓心(圖5)。然后根據(jù)計算出的孔斜率推算成孔的有效管徑，若孔斜過大，成孔的有效口徑達不到設(shè)計要求時，必須采取有效的糾偏措施糾正孔斜。為了保證保護管安裝完成后垂直度滿足設(shè)計要求，在安裝過程中應(yīng)盡量避免有效管徑接近上限值并及時調(diào)整。

圖3 置中器擴張狀態(tài)

圖4 倒垂浮桶

圖5 管內(nèi)各高程位置偏心值圖

3 技術(shù)特點

(1)提高了施工成功率。倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)因在其垂直安裝過程中，每隔幾米就會進行檢驗并實施糾偏措施，其每個環(huán)節(jié)都是人為可控的，故能夠保證一次性成功；而傳統(tǒng)的鉆機造孔，當(dāng)其深度達到一定程度后，鉆桿的撓度將導(dǎo)致鉆孔垂直度不可控，很容易造成廢孔。倒垂保護管預(yù)埋從根本上改變了以往采用鉆機鉆孔作業(yè)不能保證垂直度而造成鉆孔半途而廢、施工失敗的情況。

(2)縮短了施工工期。傳統(tǒng)的鉆機造孔再下管回填灌漿的方法只能在混凝土結(jié)構(gòu)物施工完成后進行，需要耗費大量時間。通常，一個項目的倒垂孔累計深度達到200 m以上，使用傳統(tǒng)的鉆孔法安裝，施工周期通常會超過半年以上[5]，而倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)可以在混凝土澆筑過程中進行，隨混凝土澆筑進度預(yù)埋，混凝土澆筑結(jié)束時倒垂保護管預(yù)埋隨即結(jié)束，即與混凝土施工同期完成，從而大大節(jié)約了工期。

(3)節(jié)約了施工成本。倒垂保護管預(yù)埋技術(shù)只需要簡單的人工和糾偏工具即可進行作業(yè)，從而省去了大量的鉆機鉆孔作業(yè)，節(jié)省了油料和機械消耗，使成本大大降低。

4 結(jié) 語

蘇布雷項目安全監(jiān)測工作于2014年10月底啟動，倒垂保護管預(yù)埋和混凝土澆筑同期開始，至2016年10月底混凝土澆筑封頂時倒垂保護管預(yù)埋同期結(jié)束，經(jīng)過測斜，均滿足設(shè)計要求，獲得監(jiān)理和業(yè)主的一致好評。如果采用傳統(tǒng)的鉆孔法，2016年10月混凝土澆筑封頂時才開始進行鉆孔施工，既使鉆孔在一切順利、不出現(xiàn)廢孔的情況下預(yù)計至少需要4～5個月時間才能完成倒垂管的鉆孔和安裝。相比之下，采用筆者介紹的方法，工期可大大縮減。