原型观测设备埋设技术及质量控制探析

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  摘要:临淮岗洪水控制工程主坝原型观测仪器设备安装埋设是一项专业性非常强的工作,为规范各施工单位控制仪器设备安装埋设质量,特编制仪器设备安装总则及各项装备的埋设技术要求,并对其质量控制进行分析,最后根据观测数据进行简单的总结分析。
  关键词:
  临淮岗洪水控制工程;原型观测;埋设技术;质量控制
  中图分类号:TU
  文献标识码:A
  文章编号:1672-3198(2011)09-0266-02
  
  1 前言
  大坝原型观测又称大坝观测,现代多称为大坝安全监测。指对水库大坝在施工和运行过程中进行的现场巡视检查和采用仪器设备所做的观测工作,通常包括数据采集和数据分析两个阶段性内容。通过计算机的工作,能够实现大坝观测数据自动采集、处理和分析计算,对大坝的性态正常与否作出初步判断和分级报警。
  2 工程概况
  临淮岗洪水控制工程位于淮河干流中游,工程主体地处霍邱、颍上两县交界处,为一等大(1)型工程,设计洪水标准为100年一遇,校核洪水标准为1000年一遇。该工程由主坝、南、北副坝、浅孔闸、深孔闸、姜唐湖进洪闸、船闸以及上、下游引河组成;主坝为其永久性建筑之一,属一等1级工程,坝型为碾压式均质土坝,总长8545m,被深孔闸、浅孔闸、姜塘湖进洪闸、老淮河等分隔成5个坝段,分别为连接段、姜南段、姜北段、淮河主槽段、淮北段。坝顶高程31.60m,坝顶宽度10.0m,上设1.2m浆砌石挡浪墙及沥青表面处治三级公路,坝高一般在12.0m~13.0m左右,最大坝高18.5m。100年一遇设计库容85.6亿m3,1000年一遇设计库容121.3亿m3,主坝的安全运行关系重大。
  3 观测项目和方法
  根据主坝工程的地质勘探报告,主坝淮北段、主槽段、姜北段北部坝基下3m左右有一层厚2m~4m的中粉质壤土夹淤质软土,此软弱下卧层厚度大,分布广,含水率高,强度低。同时根据《土石坝安全监测技术规范》SL60-94并结合本工程以上的实际情况,主坝安全监测的重点是坝体表面变形监测、坝体内部位移观测、渗流压力观测、降雨量观测及上、下游水位观测等五项内容。
  (1)坝体表面变形监测点共39个,分布在9个断面上。
  (2)坝体内部位移观测包括垂直位移和水平位移观测:垂直位移观测共9个测点,分布在3个断面上,采用沉降仪观测;水平位移观测共9个测点,与垂直位移测点分布在相同的3个断面上,采用固定测斜仪观测。
  (3)渗流压力观测包括坝基渗流压力和坝体渗流压力观测:坝基渗流压力观测共33个测点,主要分布在6个断面上;坝体渗流压力观测共24个测点,分布在6个断面上。
  整个淮北段原型观测的所有测点采用自动化监测,通过传感器、数据采集单元引至两个MCU房内,通过光纤将数据传送至中央控制室,经处理软件整编分析进行后处理工作,实现自动化监测。
  4 工程中原型观测设备埋设技术
  4.1 仪器安装的一般规定
  (1)严格按照施工图纸和制造厂使用说明书的要求,进行仪器设备的安装和埋设。
  (2)按照招标文件技术条款和施工图的要求及监理的指令,将与本合同仪器埋设相关的但由土建承包人负责施工的监测仪器钻孔和电缆穿线孔等钻孔的孔位、开孔高程、钻孔直径、孔深、钻孔方位角等技术参数和钻孔及钻孔回填的技术要求及时提供给土建承包人。
  (3)在监理工程师的主持下做好监测仪器安装埋设工作,尽量避免延误监测仪器安装埋设和减少相互间的施工干扰,并将监测仪器设备的埋设计划,列入建筑物施工的进度计划中,以便及时提供监测仪器安装和埋设所必须的工作面。
  (4)对各种仪器设备、电缆、观测剖面、控制坐标等进行统一编号,建立档案卡;所有仪器和设备在其调试、率定后并经监理批准后方可进行安装和埋设;按批准的安装和埋设措施计划和厂家使用说明书规定的程序和方法,进行仪器设备的安装和埋设。
  (5)在施工时,与监测仪器设备安装和埋设有关的所有工作应在监理在场的情况下进行;可根据施工现场的进度实施情况,在不显著增加电缆长度和便于对已埋设仪器及早进行测读的前提下,选择不影响土建施工和交通、便于进行保护的合适位置变更观测房的布置。
  (6)施工期间,在所有电缆上加上耐久的、防水的标签,以保证连续识别不同仪器;在工作进展中,所有未完成的管道和套管的开口端应加盖,管和套管里面应保持没有外部物质进入。
  4.2 仪器设备埋设技术及要求
  4.2.1 渗压力计安装埋设
  主坝淮北段渗压计埋设根据仪器的布置位置、埋设方法及施工时间不同将仪器埋设分三个区域进行,坝基孔渗压力计的安装采用钻孔埋设法,坝体孔渗压力计的安装采用坑式埋设法。
  (1)坝体基础埋设区。
  钻孔:采用坑式埋设法,地质钻机进行钻孔,孔径、孔深符合设计要求。
  埋设:先将渗压计放入水中浸泡2h。然后将渗压计用砂包包好,用16号铅丝绑扎牢固,并将孔中积水用风管洗净、吹干,然后迅速将孔底回填5~10cm細石后渗压计放入钻孔中,上部回填细石,直到将仪器埋住10cm左右,上部用水泥砂浆封至孔口。仪器埋设后开始读数,并有专人进行仪器读数及保护。
  (2)坝体渗压计埋设区。
  坝体渗压计采用预留坑,仪器埋设前先将仪器浸泡2h,对坝体仪器,验收工作面合格后,向下开挖尺寸大于400×400×400mm的坑槽,坑底压实整平,回填>100mm厚洗净的饱和中粗砂,并压实整平;当坝面填筑高程超出测点埋设高程约0.3m时,在测点挖坑,坑深约0.4m,上部用1块350mm×350mm×50mm厚的预制板盖好。然后测量5次读数后用砂包包好后放入坑中,周围用细石回填。仪器电缆挖槽埋设并引进廊道后用铁箱保护。
  (3)坝基渗压计埋设区。
  钻孔:采用钻孔埋设法,地质钻进行钻孔。
  埋设:埋设前首先要进行仪器的室内处理,仪器检验合格后,仪器检查合格后,取下透水石,在钢膜片上涂上一层防锈油,按需要长度接好电缆。然后将孔隙水压力计放入水中浸泡2小时以上,使其充分饱和,排除透水石中的气泡;用饱和砂袋或土工布将测头包好,确保孔隙水压力计进水口通畅,并继续浸入水中。坝基仪器在验收工作面合格后,采用干钻法钻孔。干钻进人透水层>100mm,钻孔倾斜度<1%,终孔直径>900mm,回填>500mm厚洗净的饱和中粗砂,并绘制钻孔土层地质柱状图。电缆埋设采用在山体上挖30cm×30cm的槽,将电缆用塑料管保护好后放入槽中,上部回填混凝土,电缆引入廊道。
  4.2.2 水位计安装埋设
  据设计变更,浮子式水位计改用孔隙水压力计代替,其施工方案如下:在埋设断面挖沟预埋孔隙水压力计电缆;电缆随坝体填筑上引至MCU房;待坝体接近峻工时,清理埋设位置并整平;在埋设位置向下开挖10cm深的坑槽。回填约10cm厚洗净的饱和中粗砂。安装混凝土保护墩:先安装40×40×20的混凝土保护罩,顶部留孔,内挂纱网及土工布。在其外再安装60×60×40的混凝土保护罩,两侧留孔,内挂纱网及土工布。
  4.2.3 沉降系统安装埋设
  振弦式沉降仪是用来测量大坝等的表面或地下土层的下沉。安装时钻一个孔,以便让一个压力传感器固定到沉降稳固的土层,充满液体的管子向上延伸,将传感器接到一个容器上,容器位于移动的土层或土方上,测量流体的压力变化,即可获得传感器和容器之间距离的变化。
  (1)孔径为15cm~25cm。
  (2)安装沉降盒,安装液管和电缆,测量沉降盒的确切高程。
  (3)安装压力仓:将压力仓安装在可接近的、地基稳定的柱子或墙上。这次的安装应是临时的以便测试系统;给储液仓加压;记录压力读数。几个小时后再检查,从而确定整个系统有没有泄露问题。
  4.2.4 固定式测斜系统安装埋设
  (1)测斜管埋设与安装。
  将第一节测斜管放入孔内,并控制测斜管其中一组导槽方向与预计位移方向相近。然后逐根按照预先做好的导槽对准标记和顺序编号,边铆固密封边下入钻孔内,孔深较大时需借助钻机卷扬或三角架送入测斜管。测斜管按要求全部下入孔内后,用测头沿导槽下入测斜管内上下滑动一遍,以检查两组导槽畅通无阻。装配好的测斜管确保导槽螺线转角每3m不应超过1°,而且在全长测斜管范围内不超过5°,在深度超过30m的测孔尽量限制导槽的螺线。上述步骤无误后,在测斜管外壁与钻孔孔壁间进行土料回填。
  (2)测斜仪安装。
  安装包含每个传感器与下个传感器连接形成传感器串,放进套管内。连接最后的滑轮装置和定位管,从顶部夹板悬挂传感器串;按前面的说明,每支传感器连接测量管。将传感器放置在靠近钻孔的位置;安装底部传感器,将传感器的固定轮对准优先放置的导槽位置;将传感器放进套管内,用电缆系材固定信号电缆;安装同线滑轮、定位管和顶部夹具,同线滑轮装置中断了传感器串最后一个传感器的测量长度。定位管可使传感器串悬挂在套管内较深的位置。
  4.2.5 倒垂线安装
  钻孔:采用地质回转钻进行钻孔,孔径230mm。钻孔过程中利用浮桶进行孔斜测量;埋设保护管,钻孔完成后,埋设保护管,保护管采用168mm的镀锌钢管,采用焊接连接,焊缝涂刷防锈漆;焊接后测量孔斜,并作记录,以确定最优锚固点;埋设锚块,以水泥浆将锚块锚固在保护管底,并保证它在有效孔径的中心;浮体组安装:将锚块进行张拉,然后固定浮桶,将变压器油加入浮桶中,使浮子浮起;进行初始读数。
  5 工程中原型观测施工质量控制
  5.1 仪器采购质量控制
  原型观测自动化系统部分的仪器设备提供单位要通过ISO质量管理体系认证,专业从事工程质量检测设备的单位,具有国家质监局颁发的《制造计量器具许可证》,具有《工业产品生产许可证》。同时,施工方(我单位)也已派专人对该公司进行了现场考察,认为该公司的资质、能力均能满足工程需要。所用仪器设备的出厂合格证、说明书、仪器设备型号、规格、技术参数、安装方法和技术规程等资料齐全,并报送监理审查完毕合格后,才用于工程施工。
  5.2 施工过程质量控制
  (1)施工员和厂家技术人员共同负责观测仪器的埋设和安装,并及时对仪器的测值加以分折,检查仪器安装是否正确;如发现问题,立即处理,并向业主监理汇报情况,让整个施工过程始终处于有效受控状态,保证每道程序都达到仪器的安装要求。
  (2)要重视仪器埋设前率定工作,特别是对耐高压仪器的耐压试验一定要严格;埋设前互检工作要细致,对仪器和电缆各部分要严格检查;仪器埋设过程中坝基及坝后有些仪器可能会因地形、地质情况与设计不符而无法施工,须及时进行设计变更,才不会影响各项施工进度。
  5.3 施工期观测资料搜集整理
  施工期间,施工方依据有关规范和设计要求必须编制观测资料,如安装记录、施工期观测记录、工程质量评定表等。首先由负责原型观测施工的施工员整理递交原始资料,然后由施工方技术负责人审核,再提交监理工程师审批,通过后再分类装订成册,作为工程竣工验收资料加以保存。
  6 工程测试结论
  临淮岗洪水控制工程在各种力的作用及自然因素的影响下,其工作性态和安全状况随时都在变化,安全监测可以及时掌握建筑物的工作性态,要保证有可靠的监测数据,仪器的正确埋设是后期良好监测的基础,根据得到的检测数据,分析研究成果,总结如下:
  (1)该工程基底压力分布规律与理论分析结果吻合,最大基底压力约位于离中心10m左右处;坝体最大应力、坝基最大摩阻力发生位置离开基础底面距离约为0.25~0.3D,且整个坝孔均承受荷载。
  (2)实测沉降结果表明,该工程总沉降量小,沉降较为均匀,坝体内部未出现明显挠曲,沉降较大处与搅拌桩施工质量稍差相对应,但均远小于控制标准,达到设计要求;侧向位移则由于深层搅拌桩及其圈壁构造的约束作用,观测结果较小,且在荷载维持阶段即能趋向稳定。
  (3)实测孔隙水压力增量与充水荷载存在较好的线性关系,用孔隙水压力荷载比参数Ku可以判断坝基的稳定性,该工程各测点的Ku值未出现随荷载转折变大的情况,因而是稳定的。
  综上所述,在原型观测仪器设备埋设技术要求的指导下,临淮岗洪水控制工程的原型觀测仪器的埋设安装质量得到很好的控制。目前仪器设备已经全部安装,仪器埋设的完好率达到100%;埋设质量全部合格,观测过程及时连续,观测资料完整,为客观地分析坝体的变形情况提供了第一手数据,达到预期目的。
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