測斜儀在長河壩礫石土心墻堆石壩中的應(yīng)用探討

王穎，李菁，李大宏

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072)

測斜儀在長河壩礫石土心墻堆石壩中的應(yīng)用探討

王穎，李菁，李大宏

(中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072)

測斜儀在堆石壩水平位移監(jiān)測中仍是最常用的手段之一，但施工期監(jiān)測成果受到壩體沉降、測斜管安裝精度、主體土建施工干擾、觀測及成果計算方法等多方面因素的影響，造成監(jiān)測成果分析困難，規(guī)律性很差，甚至是監(jiān)測成果失真。本文結(jié)合長河壩心墻埋設(shè)的滑動測斜儀監(jiān)測成果，對典型問題進行剖析，力圖找到產(chǎn)生問題的根源，并盡可能地加以解決，為測斜儀在后續(xù)類似工程中的應(yīng)用提供一點借鑒。

安全監(jiān)測 活動式測斜儀 礫石心墻 伸縮節(jié) 成果分析

1 概述

長河壩水電站位于四川省康定縣境內(nèi)，系大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”的第10級電站，上接猴子巖電站，下游為黃金坪電站。電站總裝機容量2600MW，最大壩高240m。壩體分為土質(zhì)防滲體、反濾層、過渡層及壩殼四大區(qū)。土質(zhì)防滲體采用礫石土心墻，壩殼采用堆石填筑，心墻與上、下游壩殼堆石之間均設(shè)有反濾層、過渡層，下游堆石體與覆蓋層壩基間設(shè)有水平反濾層。

土石壩的變形、沉降對評價大壩施工質(zhì)量起著關(guān)鍵作用，為滿足心墻區(qū)變形、沉降監(jiān)測的需要，心墻區(qū)監(jiān)測采用活動式測斜管進行，每根測斜管接頭采用伸縮節(jié)連接。

為了解心墻水平變形，在長河壩水電站礫石土心墻區(qū)域內(nèi)，布置了三套活動式測斜管，心墻中共布置了3條監(jiān)測斷面。測斜管采用預(yù)埋法，最深孔孔底高程1470m。單根測斜管長3m，主導(dǎo)槽垂直于壩軸線，管接頭帶有伸縮槽，對接時，上下管之間預(yù)留10cm～15cm伸縮量，隨壩體填筑逐節(jié)預(yù)埋上升至壩頂。

施工期觀測采用RST測斜儀，定義上下游方向為主導(dǎo)槽方向，自下而上，以孔口為基準(zhǔn)，間距0.5m，逐點測讀。成果采用逐點累計方式，生成孔深與位移成果圖。

2 問題的提出

采用測斜儀監(jiān)測土石壩心墻水平位移是最常用的手段。在壩體填筑期，對觀測成果的分析給監(jiān)測專業(yè)帶來諸多困惑，表現(xiàn)為監(jiān)測成果無規(guī)律，甚至失真。

圖1 大壩心墻測斜管VE2孔深與位移過程線(高程1532m～1598m)

圖1是3－3斷面1532m～1598m高程測斜管(VE2)孔深與位移過程線，觀測時間跨度5個多月，期間壩體填筑升高約20m。

過程線顯示:(1)監(jiān)測深度心墻呈擾動變形，最大值向上游變形約750mm、向下游近400mm；(2)位移無規(guī)律，間隔兩次觀測，同深度內(nèi)變形相反。以孔口下31.5m測點為例，8月4日～8月22日，位移值從－198mm變?yōu)?28mm，此測點的最大與最小值為－470mm～350mm。

經(jīng)過對監(jiān)測資料的反復(fù)查對，確認(rèn)觀測方法和資料計算都正確，那么問題就只能出在儀器量測及計算原理和心墻產(chǎn)生變形后測斜管對變形的反映形式上了。

2.1 儀器量測原理

測斜儀是量測物體內(nèi)部各深度水平位移的高精度儀器，探頭長度0.5m，量測時也是以0.5m為一個單位讀取一組數(shù)據(jù)，成果計算是將每0.5m的水平位移值進行累加。常規(guī)是以管口作為基準(zhǔn)，以保證每次觀測時，探頭導(dǎo)向輪落在測斜管的同一點上，然后將后續(xù)的觀測值與初始值進行比較，得出被測體內(nèi)部某一深度的水平位移值。

2.2 造成監(jiān)測成果失真的原因討論

儀器的測量原理告訴我們，每次觀測探頭下放時，導(dǎo)向輪必須落在測斜管內(nèi)同一深度點上，但在心墻填筑期觀測，此種要求基本無法實現(xiàn)。其原因有四點:

(1)測斜管隨壩體升高在不斷接長，理論上講，每次接長管只要是0.5m的整數(shù)倍，即可保證探頭下方在同一測點，但在接管時，伸縮接頭的預(yù)留量不好控制；

(2)施工期測斜管安裝受填筑干擾很大，管周邊填土受力不均，造成測斜管的鉛直度很難保證，安裝完成的測斜管在心墻里呈彎曲或折曲狀；

(3)心墻在礫石土填筑初期，隨上覆荷載的不斷增加，沉降變形較大。沉降監(jiān)測成果顯示，每10m層間壓縮量為100mm～200mm，不能保證探頭每次都放在同一測點上；

(4)成果計算是以0.5m累加，因測斜管彎曲，放大了累計位移誤差。

3 解決思路初探

3.1 測斜管安裝要點

測斜管接長時要盡可能地使管子鉛直，管周邊回填細(xì)料，先人工搗密實，再用小型震動碾均勻碾壓，做好測斜管保護措施，防止大型碾壓機接觸到測斜管。

3.2 觀測時間

3.2.1 理想的測斜管安裝狀態(tài)受外界條件限制很難達(dá)到，建議不進行施工期觀測，對大壩心墻而言，施工期荷載單一，水平位移觀測意義不大。心墻填筑完成大壩開始擋水后，為了解水平荷載對大壩受力的影響，心墻內(nèi)部水平位移觀測是非常必要的。

3.2.2 測斜儀靈敏度非常高，觀測時要選擇大型震動碾壓機遠(yuǎn)離測斜管進行，震動會影響到探頭讀數(shù)的穩(wěn)定性。

3.3 監(jiān)測成果的處理方法

若施工期一定要進行觀測，采用以下兩點可消除部分誤差。

3.3.1 初始值假設(shè)測斜管為鉛直狀態(tài)，初始值為零，其計算成果均為相對于垂直狀態(tài)的變形；

3.3.2 測點間距取2m～5m，計算方法不變，可消除大部分累計誤差。針對同一成果，測點間距取3m，計算方法不變，其成果過程線見圖2、圖3。

圖2 大壩心墻測斜管VE2孔深與位移圖(高程1532m～1598m)

TV641.41∶TU196.4

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2095－1809(2016)05－0057－03