樂(lè)育生，周克明，王建學(xué)

（1.樂(lè)昌峽水利樞紐管理處，廣東樂(lè)昌 512200；2.水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇南京 210012；3.廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510170）

0 前 言

內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器需要在大壩澆筑時(shí)開(kāi)始同步埋設(shè)，受土建施工影響較大，如果監(jiān)測(cè)儀器在施工時(shí)失效，一般沒(méi)法補(bǔ)救。在文獻(xiàn)［1］中，明確規(guī)定分部工程驗(yàn)收時(shí)，混凝土壩埋入式不可更換儀器設(shè)施完好率85%以上為合格，表明監(jiān)測(cè)設(shè)施埋設(shè)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。樂(lè)昌峽碾壓混凝土壩在監(jiān)測(cè)設(shè)施埋設(shè)施工時(shí)，針對(duì)各種監(jiān)測(cè)儀器采取相應(yīng)的埋設(shè)措施，有效提高了監(jiān)測(cè)設(shè)施的完好率。

1 工程概況

樂(lè)昌峽水利樞紐工程位于韶關(guān)樂(lè)昌市境內(nèi)、北江支流武江樂(lè)昌峽河段，是北江上游關(guān)鍵性防洪控制工程。工程以防洪為主、結(jié)合發(fā)電，兼顧航運(yùn)、灌溉等綜合利用。樞紐總庫(kù)容為3.74億m3，電站裝機(jī)容量為132 MW，正常蓄水位為154.5 m，校核洪水位為163.0 m。

樂(lè)昌峽水利樞紐為II等大（2）型工程，主要由攔河大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、上游過(guò)木碼頭等建筑物組成。大壩為碾壓混凝土重力壩，河床中央布置5孔溢流壩。壩頂高程164.2 m，最大壩高84.2 m，壩頂長(zhǎng)256.0 m，其中溢流壩段長(zhǎng)78.0 m，左岸非溢流壩段長(zhǎng)96.0 m，右岸非溢流壩段長(zhǎng)82.0 m。

2 監(jiān)測(cè)設(shè)施的布置

大壩安全主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有巡視檢查、水平位移、垂直位移、壩基揚(yáng)壓力、壩體滲透壓力、繞壩滲流、應(yīng)力應(yīng)變及溫度、接縫變形和滲漏量監(jiān)測(cè)等。內(nèi)部監(jiān)測(cè)的典型監(jiān)測(cè)斷面有3個(gè)，分別為壩橫0+092.900、壩橫0+138.000和壩橫0+178.500。圖1為大壩下游立視圖，圖2為非溢流壩段典型監(jiān)測(cè)斷面布置圖。

壩橫0+092.900斷面位于非溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計(jì)10支、溫度計(jì)24支、五向應(yīng)變計(jì)3組、無(wú)應(yīng)力計(jì)3支、應(yīng)力計(jì)3支。

壩橫0+138.000斷面位于溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計(jì)5支，其中4支埋設(shè)在測(cè)壓管里面，溫度計(jì)35支、五向應(yīng)變計(jì)5組、無(wú)應(yīng)力計(jì)5支、應(yīng)力計(jì)5支，并在附近閘墩處埋設(shè)鋼筋計(jì)6支。

壩橫0+178.500斷面位于非溢流壩段，該斷面內(nèi)布置有滲壓計(jì)10支、溫度計(jì)19支、五向應(yīng)變計(jì)2組、無(wú)應(yīng)力計(jì)2支、應(yīng)力計(jì)2支。

壩橫0＋138.000斷面，壩體上游面防滲層與內(nèi)部碾壓混凝土交界面上以及溢流壩段和非溢流壩段接合部位處設(shè)8支測(cè)縫計(jì)，監(jiān)測(cè)接縫的開(kāi)合度。

圖1 大壩下游立視圖Fig.1 Elevation of downstream of the dam

圖2 典型監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.2 Distribution of the monitoring points on typical section

3 監(jiān)測(cè)設(shè)施埋設(shè)

攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，采用“金包銀”結(jié)構(gòu)模式，在迎水面及背水面采用常規(guī)混凝土防滲保護(hù)，中心部位用碾壓混凝土填筑。施工時(shí)每倉(cāng)混凝土高約3 m，采用斜層澆筑方法施工，每斜層混凝土高30 cm，這種方法是采用許多斜坡單層的方法形成厚塊RCC而向前推進(jìn)的。各單層都從本塊頂部向下斜延到前一厚塊的頂部，各子層的坡度根據(jù)澆筑能力和面積規(guī)定，每斜層都采用振動(dòng)碾壓壓實(shí)，減少每斜層的澆筑時(shí)間，從而提高澆筑層接縫質(zhì)量而不使用墊層混合料。

針對(duì)碾壓混凝土的施工方式，內(nèi)部觀測(cè)儀器的埋設(shè)方法也需要適當(dāng)調(diào)整。

3.1 溫度計(jì)埋設(shè)

按照設(shè)計(jì)圖紙，碾壓混凝土壩內(nèi)需要埋設(shè)大量溫度計(jì)進(jìn)行壩體溫度監(jiān)測(cè)。與其它監(jiān)測(cè)儀器相比，溫度計(jì)埋設(shè)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只需按照設(shè)計(jì)圖紙準(zhǔn)確定位埋設(shè)。在常規(guī)混凝土內(nèi)埋設(shè)溫度計(jì)，一般將溫度計(jì)綁扎在結(jié)構(gòu)鋼筋或預(yù)埋的豎立鋼筋上定位。碾壓混凝土施工中，溫度計(jì)埋設(shè)時(shí)如果在施工倉(cāng)面上豎立鋼筋，將影響碾壓混凝土施工，從而影響施工進(jìn)度，同時(shí)也不利于溫度計(jì)的保護(hù)。

考慮到以上原因，溫度計(jì)埋設(shè)都是在每倉(cāng)碾壓混凝土施工完成后，在混凝土初凝前即從倉(cāng)面鉆孔至溫度計(jì)埋設(shè)高程，將溫度計(jì)固定在鋼筋上壓入混凝土內(nèi)定位后即回填。這種埋設(shè)方法一方面減少了對(duì)碾壓混凝土的施工，同時(shí)也提高了監(jiān)測(cè)儀器的完好率。

3.2 應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)

應(yīng)變計(jì)組的埋設(shè)關(guān)鍵是控制應(yīng)變計(jì)組各支儀器的位置、方向，盡量減小對(duì)土建施工的影響。一般碾壓混凝土壩內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)組有挖坑埋設(shè)法、鉆孔埋設(shè)法、木箱保護(hù)、同步上升法[2]等幾種施工方法。本項(xiàng)目需要埋設(shè)五向應(yīng)變計(jì)組，考慮到碾壓混凝土的施工情況，采用挖坑埋設(shè)方法進(jìn)行應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)。在應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)部位碾壓合格后，挖坑埋設(shè)應(yīng)變計(jì)組。

應(yīng)變計(jì)組通常與無(wú)應(yīng)力計(jì)臨近埋設(shè)，兩者距離約1 m左右。應(yīng)變計(jì)組的埋設(shè)坑一般可以為1.5 m×0.5 m×0.5 m，應(yīng)在滿(mǎn)足應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)的前提下盡量小，減小對(duì)碾壓混凝土的質(zhì)量影響及回填的工作量。

應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)坑在碾壓混凝土施工完成即開(kāi)始人工開(kāi)挖，完成后即按設(shè)計(jì)位置將應(yīng)變計(jì)組的錨具埋入混凝土定位，并按設(shè)計(jì)方向擰上支座、支桿及應(yīng)變計(jì)等組件，準(zhǔn)確記錄每個(gè)方向的應(yīng)變計(jì)序列號(hào)。將應(yīng)變計(jì)固定在無(wú)應(yīng)力計(jì)桶內(nèi)后，用開(kāi)挖的混凝土填入桶內(nèi)并逐層人工振搗密實(shí)，將無(wú)應(yīng)力計(jì)桶大口朝上，放置在距應(yīng)變計(jì)組1 m左右，然后將開(kāi)挖的混凝土人工逐步回填，人工振搗密實(shí)?；靥钔瓿珊?，應(yīng)在應(yīng)變計(jì)上方做好標(biāo)記，注意保護(hù)。

3.2 測(cè)縫計(jì)埋設(shè)

大壩施工時(shí)，將測(cè)縫計(jì)埋設(shè)在壩段分縫、施工縫之間可以測(cè)量接縫變形。常規(guī)混凝土壩施工時(shí)，一般在先澆筑塊混凝土中預(yù)埋測(cè)縫計(jì)保護(hù)筒，在后澆筑塊混凝土澆筑時(shí)，將測(cè)縫計(jì)預(yù)拉一定量程后埋設(shè)。樂(lè)昌峽碾壓混凝土壩采用金包銀的結(jié)構(gòu)模式，一個(gè)倉(cāng)面內(nèi)先澆筑周邊的常態(tài)混凝土后澆筑碾壓混凝土，兩者接頭部位采用碾壓混凝土壓實(shí)，搭接長(zhǎng)度≥20 cm。碾壓混凝土與常態(tài)混凝土之間需埋設(shè)測(cè)縫計(jì)以了解兩者之間的結(jié)合情況。

測(cè)縫計(jì)本身長(zhǎng)度只有26.5 cm，基本與碾壓混凝土和常態(tài)混凝土搭接部位長(zhǎng)度相當(dāng)，因此需要改裝成裂縫計(jì)進(jìn)行兩者結(jié)合部位的開(kāi)合度監(jiān)測(cè)。測(cè)縫計(jì)埋設(shè)前，將長(zhǎng)100 cm帶彎鉤的?32 mm鋼筋加工螺紋與之連接，用多層塑料布包裹測(cè)縫計(jì)與連接鋼筋，露出測(cè)縫計(jì)引出電纜端部約5 cm，鋼筋的彎鉤需露出，改裝為裂縫計(jì)（見(jiàn)圖3）。當(dāng)倉(cāng)面碾壓混凝土及常態(tài)混凝土施工完成后，在兩者搭接部位混凝土面上挖深30 cm的槽，放入裂縫計(jì)使其橫跨在搭接部位上。為了使裂縫計(jì)具有一定的受壓量程，將預(yù)拉3～5 mm左右，并用細(xì)鐵絲固定，然后用挖出的混凝土小心回填，并人工振搗密實(shí)。

由于測(cè)縫計(jì)的剛度很小，埋設(shè)時(shí)要注意在測(cè)縫計(jì)上堆積的流態(tài)混凝土厚度一般不要超過(guò)30 cm。當(dāng)儀器上部混凝土厚度較大時(shí)，可能會(huì)由于上部混凝土振搗而導(dǎo)致儀器軸向受壓或側(cè)向錯(cuò)動(dòng)，使儀器失去預(yù)拉變形量甚至損壞。因此在布置測(cè)縫計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)目的的前提下，同時(shí)應(yīng)考慮混凝土施工分層、分塊情況，將測(cè)縫計(jì)盡量布置在混凝土分層澆筑面下30 cm左右，不影響觀測(cè)效果的前提下方便測(cè)縫計(jì)埋設(shè)，提高儀器埋設(shè)成功率。

圖3 裂縫計(jì)埋設(shè)Fig.3 Embedment of crackmetres

3.3 滲壓計(jì)埋設(shè)

滲壓計(jì)埋設(shè)前，必須將其端部的透水石取出，用水浸泡2 h以上或用開(kāi)水煮沸以排出其中的空氣。然后在清水中將滲壓計(jì)裝上透水石，使?jié)B壓計(jì)的端部空腔內(nèi)注滿(mǎn)清水，埋設(shè)前整個(gè)儀器一直浸沒(méi)在清水中。為了保證滲壓計(jì)進(jìn)水口暢通、防止水泥漿堵塞，整個(gè)儀器要用清洗干凈且已水飽和的中砂、細(xì)砂用土工布包裹，組成直徑約10 cm的人工濾層。埋設(shè)時(shí)應(yīng)避免滲壓計(jì)空腔內(nèi)預(yù)先注入的清水流出而影響測(cè)值的可靠性。

按照設(shè)計(jì)圖紙，在大壩迎水面附近的常態(tài)混凝土與碾壓混凝土部位，從上游到下游1組3支設(shè)滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)該部位的抗?jié)B情況。常態(tài)混凝土澆筑時(shí)，混凝土具有一定的流動(dòng)性，此時(shí)埋設(shè)滲壓計(jì)易造成水泥漿流入包裹滲壓計(jì)的人工濾層而堵住滲壓計(jì)的透水石，造成滲壓計(jì)不能正常測(cè)量滲透水壓力，且滲壓計(jì)在混凝土中不容易定位?？紤]到以上原因，滲壓計(jì)埋設(shè)在混凝土初凝后、上層混凝土施工前，鉆孔埋設(shè)，鉆孔直徑110 mm。鉆孔完成后，清洗孔內(nèi)雜物，并用清水沖洗，放入深20 cm的砂礫石。在現(xiàn)場(chǎng)空氣中測(cè)量并記錄按上述步驟準(zhǔn)備的滲壓計(jì)，測(cè)值穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)作為初始讀數(shù)，然后將滲壓計(jì)放入鉆孔內(nèi)，準(zhǔn)確測(cè)量滲壓計(jì)所在高程，再次向孔內(nèi)放入深20 cm左右的砂礫石，其余部分用混凝土回填，完成滲壓計(jì)的埋設(shè)。

3.4 電纜施工

電纜順利牽引及保護(hù)到測(cè)站處是儀器埋設(shè)后最重要的環(huán)節(jié)，大壩施工期必須做好電纜保護(hù)工作。電纜芯線間的絕緣度降低及短（斷）路情況、電纜聯(lián)接質(zhì)量不好、電纜端部標(biāo)記不清導(dǎo)致儀器之間相互錯(cuò)位是導(dǎo)致儀器失效或資料無(wú)法使用的最常見(jiàn)原因之一。

3.4.1 電纜的聯(lián)接

監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)的重要工作之一就是電纜聯(lián)接，每支儀器出廠都帶有1 m左右的電纜，埋設(shè)前必須按照實(shí)際需要加長(zhǎng)電纜，參考文獻(xiàn)[3]明確電纜接頭用硫化或熱縮套管聯(lián)接方式。聯(lián)接電纜時(shí)，電纜芯線接頭要錯(cuò)開(kāi)，對(duì)應(yīng)芯線可靠焊接在一起，用直徑3～5 mm的熱縮套管包裹，再用高壓絕緣自粘膠帶纏繞后，將預(yù)先套在電纜上的直徑18～20 mm的專(zhuān)用熱縮管套上，在熱縮管與電纜表層聯(lián)接處要用銼刀打毛并涂上熱熔膠，用氣焊烙鐵從接頭中部向兩端均勻加熱，使熱縮管均勻收縮，管內(nèi)不留空氣。熱縮前，在熱縮管與電纜外皮聯(lián)接處要用銼刀打毛并涂上熱熔膠，以增加電纜接頭的密封性。

3.4.2 電纜的敷設(shè)

差動(dòng)電阻式儀器常用引出電纜是橡膠材質(zhì)的水工電纜，一般可以直接埋入混凝土。大壩施工時(shí)影響因素眾多，應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙埋設(shè)電纜，不能任意改變走向，如確需變更，應(yīng)以書(shū)面形式向業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及土建施工等單位提出，待批準(zhǔn)后實(shí)施?；炷翝仓?，有些部位可能要灌漿或取樣鉆孔，如果任意改變電纜走向，則有可能因鉆孔導(dǎo)致電纜中斷而使儀器失效。監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)后，為了避免混凝土碾壓對(duì)電纜的損傷，在倉(cāng)面混凝土碾壓完成后，挖溝埋設(shè)，引到預(yù)埋在基礎(chǔ)灌漿廊道下游側(cè)上方的電纜保護(hù)鋼管，直接引入廊道，可以有效地保護(hù)電纜，見(jiàn)圖4。電纜埋設(shè)時(shí)，應(yīng)防止直接向電纜上傾倒混凝土及振搗器接觸電纜，避免將電纜砸斷或振斷。以下一些措施對(duì)保護(hù)電纜都是很有效的：用鋼管保護(hù)電纜；混凝土面上挖溝埋入電纜；電纜埋設(shè)時(shí)呈“S”形走向；直埋式電纜要先覆蓋一層細(xì)沙漿后再澆筑混凝土；電纜通過(guò)壩體接縫、施工縫要用伸縮接節(jié)型鋼管保護(hù)電纜等。

圖4 電纜敷設(shè)Fig.4 Cable laying

大壩施工時(shí)，加密測(cè)次可以了解測(cè)值變化過(guò)程，同時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)儀器及電纜是否正常，如有異常應(yīng)及時(shí)處理或補(bǔ)埋儀器。

3.4.3 電纜的保護(hù)

監(jiān)測(cè)儀器及電纜埋設(shè)后，關(guān)鍵是保護(hù)儀器引出電纜免遭破壞。儀器埋設(shè)后引出電纜應(yīng)盡量集中在一起，以方便保護(hù)，要認(rèn)真做好引出電纜端部的標(biāo)記，確保標(biāo)記清晰可辨，避免各支儀器的參數(shù)不能一一對(duì)應(yīng)。施工現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣，長(zhǎng)期暴曬或浸水會(huì)加速電纜橡皮老化、電纜芯線老化銹蝕、電纜絕緣度降低，一般可將電纜集中后放在木箱內(nèi)，以防止長(zhǎng)期的日曬雨淋，避免大型施工機(jī)械碾壓電纜，同時(shí)可以避免各種油污腐蝕，保持電纜的干燥和清潔。

日常觀測(cè)后，每根電纜必須用專(zhuān)用電纜套保護(hù)電纜頭，防止電纜芯線進(jìn)水。

4 結(jié) 語(yǔ)

樂(lè)昌峽碾壓混凝土壩內(nèi)部埋設(shè)的應(yīng)變計(jì)、溫度計(jì)、測(cè)縫計(jì)采用南京水利水文自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的差動(dòng)電阻式儀器，滲壓計(jì)、滲流量計(jì)采用美國(guó)基康的振弦式儀器。從2009年9月開(kāi)始到2011年4月，大壩內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)全部完成，共計(jì)埋設(shè)202支，失效3支，完好率98.5%，取得了較好的成績(jī)。一方面表明南京水利水文自動(dòng)化研究所生產(chǎn)的差動(dòng)電阻式儀器質(zhì)量可靠，另一方面表明監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)方案是有效的。

本工程內(nèi)部監(jiān)測(cè)儀器施工中，采用挖坑埋設(shè)應(yīng)變計(jì)組、鉆孔埋設(shè)滲壓計(jì)、預(yù)埋豎向電纜保護(hù)管、水平向電纜在倉(cāng)面開(kāi)槽埋設(shè)等施工方法，有效地提高了監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)的完好率，碾壓混凝土與常態(tài)混凝土之間采用裂縫計(jì)監(jiān)測(cè)接縫變形值得借鑒。

[1]GB/T22385-2008,大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)收規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).

[2]郭金根.碾壓混凝土大壩中應(yīng)變計(jì)組埋設(shè)方法的研究[J].大壩觀測(cè)與土工測(cè)試,2000,21(2)：37-39.

[3]DL/T5178-2003,混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].北京：水利電力出版社.