龔靜

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都，610072)

長河壩水電站壩基深厚覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)新方法

龔靜

(中國電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都，610072)

長河壩水電站壩址區(qū)位于大渡河干流上游高山峽谷河段，水庫大壩是一座建于高地震烈度區(qū)、狹窄河谷、深厚覆蓋層上的300m級(jí)的高心墻堆石壩，壩基深厚覆蓋層沉降是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。大量程電位器式位移計(jì)在長河壩壩基深厚覆蓋層得到了成功應(yīng)用，并取得了較好的監(jiān)測(cè)成果，對(duì)指導(dǎo)大壩施工、反饋設(shè)計(jì)提供了參考。

高土石壩 壩基 深厚覆蓋層 沉降監(jiān)測(cè) 長河壩水電站 大量程電位器式位移計(jì)

長河壩水電站大壩為300m級(jí)高壩，壩基覆蓋層深厚，壩體填筑過程中壩基會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，因此壩基深厚覆蓋層沉降是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。本文介紹了大量程電位器式位移計(jì)在長河壩壩基深厚覆蓋層中的應(yīng)用，并通過對(duì)其監(jiān)測(cè)成果的綜合分析，驗(yàn)證了其測(cè)得的成果是連續(xù)可靠、符合規(guī)律的。

1 壩基地質(zhì)條件及處理

長河壩壩址區(qū)河床覆蓋層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，厚度60m～70m，局部達(dá)79.3m，根據(jù)鉆孔揭示物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自下至上由老至新分為3層:第①層漂(塊)卵(碎)礫石層(fglQ3)，分布于河床底部，厚3.32m～28.50m；第②層含泥漂(塊)卵(碎)砂礫石層(alQ41)，厚5.84m～54.49m，分布在河床覆蓋層中部及一級(jí)階地上，該層中上部有②－c砂層分布；第③層為漂(塊)卵礫石層(alQ4

2)，鉆孔揭示厚度4.0m～25.8m?？傮w上，三層覆蓋層均具有較高的承載力、低壓縮性、強(qiáng)透水性、較高的抗剪強(qiáng)度。

對(duì)心墻基礎(chǔ)部的層②－c砂層采用挖除換填處理，心墻建基面1457m以下局部砂層開挖后換填4%水泥干粉的全級(jí)配碎石。對(duì)堆石基礎(chǔ)部位的②－c砂層采用挖除處理，碾壓后填筑堆石料。

為改善大壩礫石土心墻的應(yīng)力變形條件，對(duì)河床部位心墻基礎(chǔ)覆蓋層進(jìn)行了鋪蓋式固結(jié)灌漿處理，灌漿深度5m～8m。

2 壩基覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)新方法的提出

目前用于壩基覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)的常規(guī)儀器主要有桿式位移計(jì)(多點(diǎn)位移計(jì))、電磁式沉降環(huán)、弦式沉降儀等。

采用桿式位移計(jì)(多點(diǎn)位移計(jì))監(jiān)測(cè)壩基覆蓋層沉降，由于儀器工作原理的限制，鉆孔過程中可以跟管，但桿式位移計(jì)(多點(diǎn)位移計(jì))量程普遍較小，在300mm以內(nèi)。而根據(jù)三維有限元計(jì)算成果，蓄水后長河壩壩基覆蓋層沉降量最大達(dá)到116cm，故桿式位移計(jì)(多點(diǎn)位移計(jì))量程無法滿足長河壩基礎(chǔ)覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)要求，故該監(jiān)測(cè)儀器不適用于長河壩。

采用電磁式沉降環(huán)監(jiān)測(cè)壩基覆蓋層沉降，需將電磁式沉降環(huán)安裝在測(cè)斜管外，且為保證能正常觀測(cè)，該測(cè)斜管需從壩體穿過壩基覆蓋層，底部入基巖1m。在壩基覆蓋層內(nèi)需鉆孔將測(cè)斜管埋入，在壩體內(nèi)需預(yù)埋測(cè)斜管。從瀑布溝、糯扎渡等監(jiān)測(cè)工程實(shí)例來看，在施工期測(cè)斜管保護(hù)困難且極易發(fā)生剪切破壞，導(dǎo)致后續(xù)無法進(jìn)行觀測(cè)，故該監(jiān)測(cè)儀器不適用于長河壩。

采用弦式沉降儀監(jiān)測(cè)壩基覆蓋層沉降，需在壩基覆蓋層內(nèi)鉆孔，且由于儀器工作原理的限制，鉆孔過程中不能跟管。而長河壩壩基覆蓋層較深(60m～70m)，不跟管鉆孔施工成孔難度較大，儀器埋設(shè)可靠性無法保障，故該監(jiān)測(cè)儀器不適用于長河壩。

結(jié)合長河壩壩基覆蓋層的特點(diǎn)，并從儀器量程、壩基覆蓋層鉆孔施工工藝、儀器保護(hù)等多方面綜合考慮，目前常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器不適用于長河壩，必須專門研制適用于300m級(jí)高土石壩壩基深厚覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)的新儀器。通過與監(jiān)測(cè)儀器廠家的聯(lián)合研發(fā)，研制出了大量程電位器式位移計(jì)。該儀器量程可達(dá)1200mm、精度為3‰FS、耐水壓4MPa，可以跟管鉆孔埋設(shè)，便于實(shí)施和保護(hù)，能適用于長河壩壩基覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)。

3 大量程電位器式位移計(jì)構(gòu)造及工作原理

大量程電位器式位移計(jì)主要由最大量程為1200mm的電位器式位移計(jì)、錨固板、萬向節(jié)、測(cè)桿、保護(hù)罩、電纜等組成(儀器構(gòu)造見圖1)。儀器通過錨固板感知被測(cè)對(duì)象沉降變化，錨固板隨被測(cè)對(duì)象沉降變化，帶動(dòng)電位器式位移計(jì)變化。電位器式位移計(jì)采用滑動(dòng)式電阻式傳感器，可以將機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成與其保持一定函數(shù)關(guān)系電壓輸出，并通過二次儀表進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出直觀的位移量變化。

圖1 大量程電位器式位移計(jì)構(gòu)造示意

儀器工作原理是將在電位器內(nèi)可自由伸縮的鋼桿一端固定在位移計(jì)的一個(gè)端點(diǎn)上，電位器固定在位移計(jì)的另一個(gè)端點(diǎn)上，兩端產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，伸縮桿在電位器內(nèi)滑動(dòng)，不同的位移量產(chǎn)生不同電位器移動(dòng)臂的分壓，用二次儀表可測(cè)出其位移變化(儀器工作原理見圖2)。

圖2 大量程電位器式位移計(jì)工作原理

4 大量程電位器式位移計(jì)布置及監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 監(jiān)測(cè)布置

從左岸到右岸共布置4個(gè)壩基覆蓋層監(jiān)測(cè)斷面，樁號(hào)分別為縱0＋213m、縱0＋253m、縱0＋303m、縱0＋330m。從建基面鉆孔并深入基巖1m，共布置13套電位器式位移計(jì)，分布于心墻區(qū)和堆石區(qū)。典型監(jiān)測(cè)布置斷面見圖3～圖4。

圖3 壩基大量程電位器式位移計(jì)典型監(jiān)測(cè)布置斷面(縱0＋213m)

圖4 壩基大量程電位器式位移計(jì)典型監(jiān)測(cè)布置斷面(縱0＋330m)

4.2 監(jiān)測(cè)成果分析

筆者引用截止到2015年3月底的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從大量程電位器式位移計(jì)實(shí)測(cè)成果來看，心墻區(qū)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降值在28.49mm～123.19mm范圍，堆石區(qū)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降值在71.19mm～522.30mm范圍?？傮w上看，心墻區(qū)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降值小于堆石區(qū)，這與心墻區(qū)覆蓋層相對(duì)較薄且進(jìn)行過固結(jié)灌漿處理有關(guān)。

心墻區(qū)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降最大值為123.19mm，發(fā)生在(縱)0＋213m斷面，樁號(hào)(壩)0＋20.7m的WY8測(cè)點(diǎn)。堆石區(qū)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降最大值為522.30mm，發(fā)生在(縱)0＋330m斷面，樁號(hào)(壩)0＋273m的WY6測(cè)點(diǎn)。WY8、WY6測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)過程線見圖5～圖6。

圖5 心墻區(qū)大量程電位器式位移計(jì)WY8實(shí)測(cè)過程線

圖6 堆石區(qū)大量程電位器式位移計(jì)WY6實(shí)測(cè)過程線

從圖5中可以看出，WY8測(cè)點(diǎn)以上心墻自2013年8月起從高程1457m開始填筑，截止到2015年3月底，填筑到1590m高程。在此期間，WY8測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降值過程線走勢(shì)與該區(qū)域心墻填筑過程線走勢(shì)基本一致，當(dāng)心墻填筑加快時(shí)沉降量也增加較快，當(dāng)心墻填筑放緩時(shí)，沉降量也逐漸放緩，沉降量變化與心墻填筑過程高度相關(guān)。

從圖6中可以看出，WY6測(cè)點(diǎn)以上堆石自2012年5月起從高程1463m開始填筑，截止到2014年11月底該測(cè)點(diǎn)以上堆石已全部填筑完畢，填筑到1564m高程。在此期間，WY6測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)壩基覆蓋層沉降值過程線走勢(shì)與該區(qū)域堆石填筑過程線走勢(shì)基本一致，當(dāng)堆石填筑加快時(shí)沉降量也增加較快，當(dāng)堆石填筑放緩時(shí)，沉降量也逐漸放緩，沉降量與堆石填筑過程高度相關(guān)。

綜合以上分析，驗(yàn)證了大量程電位器式位移計(jì)的實(shí)測(cè)成果是連續(xù)可靠、符合規(guī)律的。

5 結(jié)語

綜上所述，300m級(jí)高土石壩壩基深厚覆蓋層沉降監(jiān)測(cè)對(duì)監(jiān)測(cè)儀器的量程、壩基覆蓋層鉆孔施工工藝、儀器保護(hù)等方面提出了更高的要求，常規(guī)監(jiān)測(cè)儀器無法勝任。大量程電位器式位移計(jì)儀器量程可達(dá)1200mm，可以跟管鉆孔埋設(shè)，便于實(shí)施和保護(hù)，該監(jiān)測(cè)儀器在長河壩壩基覆蓋層成功埋設(shè)。通過對(duì)其監(jiān)測(cè)成果的綜合分析，驗(yàn)證了其測(cè)得的成果是連續(xù)可靠、符合規(guī)律的，對(duì)指導(dǎo)大壩施工、反饋設(shè)計(jì)提供了參考，在其他類似規(guī)模工程中可以考慮采用此儀器監(jiān)測(cè)壩基深厚覆蓋層沉降。

〔1〕趙博，徐衛(wèi)亞.錦屏一級(jí)水電站左岸邊坡深部變形安全監(jiān)測(cè)分析[J].人民長江，2011，42(增刊Ⅱ):101～103.

〔2〕孫志彬，楊小禮.基于深部位移的邊坡滑動(dòng)特征分析[J].長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010，7(2): 43～47.

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2095－1809(2016)05－0039－03

龔靜(1981－)，男，湖北襄陽人，室主任，高級(jí)工程師，碩士，從事工程安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)、資料分析及技術(shù)管理工作。