向家坝水电站一期土石围堰防渗深槽土压力计的施工

向家坝水电站一期土石围堰防渗深槽土压力计的施工

陈世安

中国水电八局科研设计院陈世安湖南长沙410000

摘要：在达50m以上深槽内的泥浆水中进行土压力计的安装埋设，国内目前尚无较为先进的方法，本文通过具有全新思路的液压法施工，成功的解决了深槽泥浆水中土压力计固定难等特点，并取得了良好的效果，为该类监测仪器施工方法进行了创新和完善。

关键词：围堰防渗深槽、土压力计、液压法

TheXiangjiabahydropowerstationthefirststageearthrockfillcofferdamimpervioussoilpressuregaugeconstructiondeepgroove

EightbureauofChina'sHydropowerResearchDesignInstituteChenShianHunanChangsha410000

Abstract:inmorethan50mdeepgroovemudwatersoilpressuregaugeinstallation,thereisnodomesticadvancedmethod,thispaperhasanewtrainofthoughtofthehydraulicconstructionmethod,thesuccessfulsolutionofthedeepslotmudwatersoilpressuregaugeisdifficulttobefixedandothercharacteristics,andhaveachievedgoodresults,fortheclassapparatusformonitoringconstructionmethodfortheinnovationandperfection.

Keywords:CofferdamImperviousdeepgroove,thesoilpressuregauge,hydraulicmethod

1工程情况

向家坝电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级,为一等大型工程，该工程一期土石围堰堰体总长1294.635m，分上游横向段（桩号一纵0+000～0+363.621m），纵向段（桩号一纵0+363.621～1+012.404m）和下游横向段（桩号一纵1+012.404～1+294.635m）三段。采用土工膜斜心墙、堰基覆盖层采用0.80m厚塑性混凝土（或高喷）防渗墙形式。

为了监测一期土石围堰塑性混凝土防渗墙在施工及今后围堰挡水期间两侧与槽壁间的压应力情况，在桩号一纵0+470.00m、0+660.00m两个监测断面的不同高程分别共布置了16支土压应力计。仪器布置如下图1、图2。

图1一纵0+470.00m图2一纵0+660.00m

2施工难点

考虑上述工程条件，要在其防渗墙深槽内高质量地完成土压力计的埋设安装确实难度很大，其施工难点主要表现在：

（1）槽孔深度达50m，仪器在布满泥浆水的槽孔内埋设安装，看不见、摸不着。

（2）埋设安装需要在一定时间内完成：在槽孔建造过程中，为了防止槽孔塌孔，在整个槽孔内都利用膨润土泥浆水固壁。槽孔造孔完毕及清孔验收合格后必须在规定时间内把仪器下放到槽孔内设计高程位置处。

（3）墙内浇筑混凝土时，要时刻保证仪器承压面紧贴槽壁，仪器感应面的薄板与槽壁之间不允许混凝土或砂浆流入。

（4）土建施工干扰大：槽孔内除充满泥浆水外，还布置有预埋灌浆管钢架及导管等施工。

（5）国内类似边界条件下土压力计的施工经验不成熟，需要创新和完善。

3施工对策

通过仔细分析土压力计的性能参数特点及实施过程中需要解决的难点，并考虑土建施工情况，制定了向家坝水电站一期土石围堰防渗墙深槽土压力计的施工方案，施工要点包括：

（1）合理选择仪器型号、参数及标定方法

仪器选型及参数：目前国内外土压力计的型号较多，需要认真分析进行合理选择，正确与否是保证仪器施工质量的关键。根据本工程的实际需要，美国基康公司生产的GK-4820型顶出式压力计比较适合于本工程施工，但由于施工时间紧迫，当时该型号仪器厂家没有成品，只得选购GK-4810型接触式压力计。与GK-4820型顶出式压力计比较，GK-4810型仪器压力盒与传感器之间的连接杆较薄弱，拿取、搬运及安装施工须十分小心，在加压及混凝土浇筑过程中由于槽壁不平等原因有可能碰触连接杆，容易导致仪器失效。

仪器标定：土压力计运抵工地后需进行各项性能参数的现场标定，标定遵循《混凝土安全监测技术规范》（DL/T5178－2003）标准进行。

需要特别注意的是：在进行力学性能的检验标定时，如采用万能压力机进行标定，一定要在压力计承压面下设置平整层（如石膏等），否则标定值会与厂家值出现较大偏差。建议最好采用压力容器罐进行力学标定，将土压力计放入压力罐内用液压泵进行加压，这样能使土压力计受压均衡，测值比较稳定。

（2）确定仪器埋设安装方法

对防渗墙内土压力计的施工，国内有过一些工程实践，但效果不是十分理想，不理想的主要原因是实际埋设时无法保证仪器感应面与槽壁紧密接触。为了解决这一难题，我们采用具有创新思路的液压法对土压力计进行埋设安装。具体方法是：按照设计图纸所示土压力计埋设位置，事先自制加工土压力计的推力支架，土压力计能够平稳地安装在推力支架上，再用液压千斤顶与推力支架相连，液压千斤顶接有相应长度的液压管并引至孔口。仪器安装示意如下图3：

图3仪器安装示意图

施工程序：仪器埋设安装程序要与土建施工单位进行协商研究确定，在设计布置预埋灌浆管钢架的槽孔，将仪器固定在灌浆管钢架上一同下放入槽孔内，对设计没有布置预埋灌浆管钢架的槽孔则要另行加工仪器就位固定钢架。

具体操作：灌浆管钢架是按照设计布置要求及槽孔深度、起吊高度、重量等分节加工成的一节节钢架。在安装下放时用吊车分节将钢架缓缓吊入槽孔，上下节钢架在槽孔口采用机械方法连接。监测仪器按照设计高程位置在灌浆管钢架上放样定位，在仪器保持正确位置及方向的条件下采用机械方法固定在灌浆管钢架上，使土压力计承压面板距防渗墙边缘约10cm，随同灌浆管钢架缓缓下放时一同放入槽孔内设计位置处，仪器电缆连同液压千斤顶的液压管附在灌浆管钢架上上升，且捆绑留一定余地，并在防渗墙槽孔上方将其固定引出槽口。整个槽孔内仪器安装就位后在槽口位置利用液压泵对千斤顶进行加压，将千斤顶活塞推出使土压力计承压面与防渗墙槽壁紧密接触后并锁定千斤顶直至混凝土浇筑凝固。

注意事项：在整个安装埋设过程中详细记录安装埋设及观测情况。仪器安装埋设时应按设计要求严格控制其位置和方向，注意对电缆的保护，防止从槽孔口掉入异物，吊放钢架时应与施工单位协助配合选择合适的起吊点。钢架应对准槽孔中轴线，吊直扶稳并垂直缓缓下沉，避免碰撞槽壁，如遇阻碍不得强行下沉，应采取措施防止混凝土浇筑时钢架上浮。

（3）作好埋设前的准备工作

在仪器实际埋设安装前，除作好仪器传感器、仪器电缆及电缆连接材料的准备外，还应认真作好其它辅助配件的订购、加工及检查等工作，其中辅助配件最重要的是仪器支撑推力支架的加工制作、液压千斤顶、带有压力示值的液压泵及液压管的订购检查。要求购置的液压千斤顶密封性要好且能在受力状态下匀速顶出，液压管须能承受相应压力不得破裂；加工的仪器支撑推力支架要平整，与液压千斤顶活塞的焊接时中心要对正且与液压千斤顶的轴线垂直。

另外，还应作好仪器电缆的连接及保管：对检验合格的仪器按照设计图纸进行配线、硫化、挂牌、编号等，便于安装埋设时随时取用。

（4）加强仪器电缆的安全防护

同样，仪器电缆的安全敷设、牵引、防水、防潮、防止破损也是整个监测工作的重要环节，应加强对其进行安全防护。具体防护措施有：①电缆牵引严格按设计图纸中要求的方向进行走线；②电缆采用悬挂敷设时，其固定支撑点间距应不小于3m，严禁用细铅丝绑扎；③在汛期将电缆埋入防渗墙顶槽孔口处混凝土中，测量端头（利用专用橡胶套管封口保护，防止灰尘潮气渗入电缆内部）部位保护在浇入混凝土的钢管中，管口设有法兰盘，在将要过水时用盘盖板封堵；④电缆在汛后的敷设牵引走线过程中严防电缆头裸露或浸泡水中，电缆过缝时采取穿套管过缝的保护措施，并有不小于100mm的弯曲长度，防止由于缝面张开时拉断电缆；⑤对于成束的电缆在防渗墙顶引往堰体内侧时，将成束电缆摊开并用膨润土或堰体心墙土体填充密实，防止水流在电缆中形成渗漏通道；⑥最后根据设计要求引入堰体内侧坡脚、马道观测房，并在堰体填筑或混凝土覆盖隐蔽后沿途在表面作好标示，避免钻孔、开挖等土建施工作业损坏已埋设的电缆。

4施工效果

应用上述施工方法将仪器进行安装就位后，通过在防渗墙体混凝土浇筑过程中与施工单位各环节各工种的协调配合，最终完成了在墙体内的全部土压力的施工。经过近6个月的仪器运行，施工效果较为理想，但今后施工中部分方案还可以进一步优化，具体叙述如下：

（1）除一纵0+470.00断面土建钢架下放时遇到阻碍后突然下沉，导致钢架摆动碰撞槽壁，造成一支仪器（E2-6）损坏失效外，其他仪器均安装正常。仪器完好率达到93.8%。

（2）土压力计监测成果显示：各测点的压应力大小与其在槽中所处的深度相关。监测成果有效地反映了防渗墙混凝土浇筑过程中不同深度测点所受压应力情况。

①一纵0＋470断面221.2m高程防渗墙两侧与槽壁压应力皆为0.48MPa，228m高程防渗墙两侧与槽壁压应力分别0.44MPa和0.43MPa，243m高程防渗墙与槽壁压应力为0.29MPa，258m高程防渗墙两侧与槽壁压应力分别为0.19MPa和0.43MPa，272m高程（距墙顶约2m）防渗墙两侧与槽壁压应力很小，仅为0.01~0.03MPa。

②一纵0＋660断面244.7m高程防渗墙两侧与槽壁的压应力分别为0.24MPa和0.25MPa，258m高程防渗墙两侧与槽壁的压应力分别为0.12MPa和0.14MPa，272m高程防渗墙两侧与槽壁压应力接近为0。两断面槽壁实测压应力分布分别见图4、图5。

图4一纵0+470断面压应力分布图图5一纵0+660断面压应力分布图

③从分布图可看出：深槽壁实测压应力分布与高程成线性关系，在目前围堰内尚未抽水的情况下，内外压力基本一致，说明采用液压法对深水内土压应力计进行埋设安装，取得了明显效果。围堰基坑内抽水后的深槽壁压应力将在下一步进行监测分析。

④一纵▽258m高程背水面E2-4目前测值为-0.43Mpa,可能是在混凝土浇筑过程中局部受压形成。

（3）在施工过程中，选取体积小、重量轻的的液压千斤顶对仪器的埋设安全有利。

5小结

（1）根据工程实际，本次防渗深墙土压力计的埋设安装采用了全新的液压施工方法，这是对该类监测仪器施工方法的创新和完善，有力地促进了我国监测技术的进一步发展。

（2）隐蔽工程土压力计的施工是一个监测难题，本工程通过精心组织、合理制定施工方案、并采用了专用的埋设工具和有效措施，保证了压应力计准确就位和过程质量。

（3）压应力计埋设后较好地反映了防渗墙施工过程中及成墙后相应接触部位的实际压应力状态，压应力分布合理。

参考文献

1中华人民共和国水利部、电力工业部，SL60—94土石坝安全监测技术规范，北京：水利电力出版社，1994

2李珍照，大坝安全监测中国电力出版社，1997

3储海宁，混凝土坝内部观测技术，北京：水利电力出版社，1989

4二滩水电开发有限责任公司，岩土工程安全监测手册，北京：中国水利水电出版社，1999