二期土石圍堰安全監(jiān)測項目

陳延中　廖勇龍

摘要

二期土石圍堰屬三峽工程重大關(guān)鍵技術(shù)項目，其中上游圍堰被列為八個重點研究單項工程之一，圍堰運行的狀況備受觀注。二期上下游圍堰的安全監(jiān)測為設(shè)計和施工決策提供了科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 三峽工程二期圍堰安全監(jiān)測測斜管測壓管滲壓計應(yīng)變計。

1、概述

二期圍堰平面布置為突向迎水面的折線方案，上、下游圍堰軸線長度分別是1439.6m和1075.9m，兩軸線相距600～1000m。上下游圍堰與縱向圍堰共同形成基坑，是三峽二期工程6年施工期重要的安全屏障。上游圍堰為Ⅱ級臨時建筑物，堰頂高程88.5m，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為1％頻率全年最大日平均流量83700m³/s，相應(yīng)水位85m，攔蓄庫容近20億m³。下游圍堰為Ⅲ級臨時建筑物，堰頂高程81.5m，設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)為2％頻率全年最大日平均流量79000m³/s。

二期圍堰建筑在基礎(chǔ)復(fù)雜的河床上，岸坡為全強風(fēng)化帶，其風(fēng)化層厚、透水性強。漫灘上除局部基巖裸露外，還分布有沖積粉細(xì)砂及砂礫石層、殘積塊球體層。河床段有深槽及深風(fēng)化砂槽，深槽內(nèi)覆蓋層由沖積粉細(xì)砂層和砂礫石層組成。圍堰采用柔性或塑性混凝土防滲墻下接 帳幕灌漿、上接土工膜進(jìn)行防滲。上游圍堰深槽段為雙排防滲墻，墻厚1m，兩墻中心距為6m，最大高度74m。下游圍堰是單墻方案，墻厚1.1m。二期圍堰堰體主要由風(fēng)化砂、石渣、石渣混合體、過渡料和塊石等填筑而成，總填筑量為1032m2，其中80％為水下拋填，最大施工水深為60m。二期圍堰的技術(shù)難度之高、工程規(guī)模之大是一般圍堰工程無法比擬的。為全面了解二期圍堰的工作狀態(tài)，建立了較全面的安全監(jiān)測系統(tǒng)，及時反饋觀測資料，確保圍堰安全。

2、安全監(jiān)測項目及觀測儀器布置

二期圍堰安全監(jiān)測的主要項目有：外部變形監(jiān)測、內(nèi)部變形監(jiān)測、滲壓滲流監(jiān)測、壓力(應(yīng)力)監(jiān)測、爆破影響監(jiān)測、巡視檢查等。針對二期圍堰的特點，依據(jù)有關(guān)監(jiān)測設(shè)計規(guī)范，圍堰監(jiān)測設(shè)計采用突出重點部位兼顧全面的原則，選擇具有代表性并能反映堰體性狀的部位和斷面進(jìn)行監(jiān)測，上游圍堰選取了0十133、0十320、0十478、0十500、0十930、0十139等六個斷面進(jìn)行重點監(jiān)測(見圖1)，下游圍堰選取了0十260、0十490、0十700等三個斷面進(jìn)行重點監(jiān)測(見圖3)。

圖1 二期上游圍堰安全監(jiān)測平面布置圖

2.1上游圍堰

2.1.1堰頂及戧堤頂面

沿上游圍堰堰頂迎水側(cè)每隔約80m埋設(shè)水平、垂直位移測點各1個，在深槽段的背水側(cè)戧堤頂上埋設(shè)水平、垂直位移測點各2個，監(jiān)測堰體表面水平位移和垂直位移。

2.1.20十133斷面

該斷面位于長江左岸岸坡段，該段圍堰采用高壓旋噴墻接帷幔灌漿進(jìn)行防滲，為監(jiān)測防滲效果并了解左岸岸坡的繞滲情況，在軸線下游7.5m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管l根，在管底的基巖覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計1只。

2.1.30十320斷面

該斷面位于長江左岸漫灘段，基礎(chǔ)覆蓋層主要為厚度2～5m架空塊球體夾砂層，局部為堆積細(xì)砂和砂卵石層，堰基風(fēng)化殼存在一定深度的強風(fēng)化砂帶。監(jiān)測項目及內(nèi)容有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7.5m和27.5m處的堰體內(nèi)各埋設(shè)測壓管l根，在測壓管的底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計1只。

(2)爆破影響監(jiān)測：在該斷面兩測壓管旁各埋設(shè)2只動態(tài)滲壓計和1只速度計，高程分別為57m、58.5m、60m。

(3)防滲墻壓應(yīng)力監(jiān)測：在防滲墻底部埋設(shè)1只壓應(yīng)力計。

2.1.40十478斷面

該斷面處于左岸河床陡坡段，基巖面傾角約70度，防滲墻施工難度非常大。布置的監(jiān)測項目及儀器設(shè)施有：

(1)防滲墻內(nèi)部變形監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號0十492)和下游防滲墻(樁號0十483)中埋設(shè)測斜兼沉降管各1根。

(2)滲壓監(jiān)測：在兩道防滲墻之間及軸線下游(樁號0十480)4m處各埋設(shè)測壓管1根。

2.1.50十500斷面

該斷面在長江主河深槽，是圍堰監(jiān)測的關(guān)鍵斷面。此處覆蓋層厚約20m，堰基承載力差，此段設(shè)置兩道混凝土防滲墻。監(jiān)測的項目及儀器設(shè)施有(見圖2)：

圖2二期上游圍堰深槽段安全監(jiān)測布置圖

(1)堰體及防滲墻內(nèi)部變形監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號0十522)和下游防滲墻(樁號0十518)的中心及軸線下游20m處各埋設(shè)1根測斜兼沉降管。

(2)滲壓滲流監(jiān)測：在兩道防滲墻中間、軸線下游4m和42m處各埋1根測壓管，在堰軸線下游4m和42m處測

壓管的底部堰基覆蓋層內(nèi)各埋設(shè)1只滲壓計。

(3)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在上游防滲墻(樁號0十512)兩內(nèi)側(cè)埋設(shè)應(yīng)變計和無應(yīng)力計各4只，應(yīng)變計的埋設(shè)高程分別為15m、25m、35m、45m，無應(yīng)力計的埋設(shè)高程為：13m、27m、37m、·49m，在下游防滲墻(樁號0十510)兩內(nèi)側(cè)各埋設(shè)應(yīng)變計3只。高程分別為23m、38m、53m，在兩道防滲墻的底部埋設(shè)壓應(yīng)力計各1只。

(4)土壓力監(jiān)測：為了解沿深度方向防滲墻與堰體間土壓力的大小及分布規(guī)律，在上游防滲墻(樁號0十501)和下游防滲墻(樁號0十507)與堰體的接觸面上埋設(shè)土壓力計和水壓力計各4只，上游墻儀器的埋設(shè)高程分別為34m、44m、54m、64m，下游墻儀器的埋設(shè)高程分別為：40m、50m、60m、70m。

(5)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在土工膜的73m、77m、82m高程上各粘貼一組土工膜大應(yīng)變計。

(6)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體內(nèi)埋設(shè)兩只動態(tài)滲壓計(高程為20m、33m)和兩只速度計(高程為27m、45m)。

圖3 二期下游圍堰安全監(jiān)測平面布置圖

2.1.60+930斷面

該斷面位于右岸深風(fēng)化槽帶，風(fēng)化殼深約30m，布置的監(jiān)測項目及儀器設(shè)施有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7.5m和26.5m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管各l根，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計各1只。

(2)防滲墻及堰體內(nèi)部變形監(jiān)測：在防滲墻中心及軸線下游(樁號0+941)7.5m的堰體內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管各1根。

(3)防滲墻與堰體的土壓力監(jiān)測：在防滲墻(樁號0+923)與堰體的兩接觸面上埋設(shè)土壓力計和水壓力計各5只，高程為：34m、48.5m、61.5m、66.5m、72.5m。

(4)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在防滲墻(樁號0十931)兩內(nèi)側(cè)面埋設(shè)應(yīng)變計各5只，高程分別為：37.5m、50m、54m、61m、67m。在防滲墻中心埋設(shè)3只無應(yīng)力計，高程分別為：44m、53m、65m。在防滲墻底部埋設(shè)壓應(yīng)力計1只。

(5)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體內(nèi)各埋設(shè)兩只動態(tài)滲壓計(高程為：30m、33m)和兩只速度計(高程為31.5m、45m)。

(6)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在高程為80m、83m的土工膜上各粘貼一組土工膜大應(yīng)變計。

2.1.71+139斷面

該斷面為與混凝土縱向圍堰的結(jié)合處，布置的監(jiān)測項目及儀器設(shè)施有：

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線下游7*5m和30m處理設(shè)測壓管各1只，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)各埋設(shè)滲壓計1只。

(2)土位移監(jiān)測：在與混凝土縱向圍堰的結(jié)合面上，高程為81m軸線上游6m和下游8m處各埋設(shè)1只TW型土

位移計，監(jiān)測土石圍堰與混凝土縱向圍堰間的水平位移；在軸線下游4m高程為81m處埋設(shè)1只沉降板。

2.1.8其他部位和項目

(1)0+908斷面：該斷面為防滲墻51拐點處，在防滲墻頂一期混凝土與二期混凝土之間的接縫上埋設(shè)兩只測縫計。

(2)0+490、0+545、0+585、0+605斷面的兩道防滲墻之間、0十545斷面軸線下游20m處各埋設(shè)1根測壓管。

(3)臨時監(jiān)測項目：在圍堰未完成的汛期內(nèi)，在堰體表面建立臨時的外觀標(biāo)點。

2.2下游圍堰

2.2.1堰頂及戧堤頂

在堰頂沿軸線每間隔80m埋設(shè)水平位移、垂直位移測點各1個，在軸線背水側(cè)戧堤深槽段頂部埋設(shè)水平位移、垂直位移測點各2個。

2.2.20+260斷面

該斷面位于左岸漫灘段，堰基風(fēng)化層厚，基礎(chǔ)透水性強。在該斷面軸線背水側(cè)2m、15m、32m處埋設(shè)測壓管各1根，監(jiān)測堰體浸潤線。在每根測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)一只滲壓計，監(jiān)測覆蓋層內(nèi)滲透壓力。

2.2.30+490斷面

該斷面位于長江主河床深槽段，是下游圍堰的關(guān)鍵監(jiān)測斷面，布置的監(jiān)測項目及儀器設(shè)施有(見圖4)：

圖4 二期下游圍堰深槽段安全監(jiān)測布置圖

(1)滲壓滲流監(jiān)測：在軸線背水側(cè)15m、42m處的堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管各1根，在測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)滲壓計各1只。

(2)內(nèi)部變形監(jiān)測：在防滲墻中心及軸線背水側(cè)(樁號0十472)15m處埋設(shè)測斜兼沉降管各l根。

(3)防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測：在防滲墻(樁號0十485)的兩內(nèi)側(cè)各埋設(shè)3只應(yīng)變計，在中心埋設(shè)3只無應(yīng)力計，高程分別為35m、50m、65m。在防滲墻底部埋設(shè)1只壓應(yīng)力計。

(4)防滲墻與堰體的土壓力監(jiān)測：在防滲墻與堰體的接觸面上(樁號0十500)埋設(shè)土壓力計和水壓力計各3只，高程分別為20m、35m、50m。

(5)土工膜應(yīng)變監(jiān)測：在土工膜71m、75m的高程上各粘貼1組土工膜大應(yīng)變計。

(6)爆破影響監(jiān)測：在兩測壓管旁的堰體中各埋設(shè)2只速度計(高程為33m、43m)和2只動態(tài)滲壓計(高程為30m、36m)。

2.2.40+700斷面

該斷面位于長江右岸漫灘段，在軸線背水側(cè)2m、15m、35.5m處的堰體中埋設(shè)測壓管各l根，監(jiān)測堰體浸潤線。在每根測壓管底部堰基覆蓋層內(nèi)埋設(shè)一只滲壓計，監(jiān)測覆蓋層內(nèi)滲透壓力。

3、安全監(jiān)測項目的實施

3.1外部變形監(jiān)測

二期圍堰水平位移監(jiān)測采用邊交匯法進(jìn)行觀測，垂直位移監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)法觀測。

3.2內(nèi)部變形監(jiān)測

3.2.1 堰體及防滲墻內(nèi)部分層水平及沉降監(jiān)測

堰體及防滲墻內(nèi)部分層水平及沉降監(jiān)測采用在堰體和防滲墻內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管。墻體內(nèi)測斜兼沉降管采用拔管成孔法，即在澆筑防滲墻時預(yù)埋鋼管，當(dāng)混凝土達(dá)到初凝時將鋼管拔出成孔，在孔內(nèi)埋設(shè)測斜兼沉降管；堰體內(nèi)測斜兼沉降管采用清水鉆孔埋設(shè)。分層水平位移使用滑動式測斜儀觀測，分層沉降使用沉降儀觀測。

3.2.2土工膜應(yīng)變監(jiān)測

土工膜應(yīng)變監(jiān)測采用在土工膜上粘貼土工膜大應(yīng)變計進(jìn)行監(jiān)測。取一塊約2m2的土工膜在室內(nèi)將土工膜大應(yīng)變計粘貼壓緊、干固后再與現(xiàn)場的土工膜粘接。

3.2.3 土石圍堰與混凝土縱向圍堰的相對位移監(jiān)測

土石圍堰與混凝土縱向圍堰的相對位移監(jiān)測采用埋設(shè)TW土位移計和沉降板監(jiān)測。TW土位移計監(jiān)測水平位移，沉降板監(jiān)測垂直位移。I、W土位移計的一端焊接在混凝土縱向圍堰內(nèi)的鋼筋上，另一端焊接一鋼板后埋設(shè)在堰體內(nèi)。

3.2.4防滲墻接縫監(jiān)測

防滲墻接縫監(jiān)測采用在防滲墻頂一期混凝土與二期混凝土的接縫處埋設(shè)測縫計監(jiān)測。在接縫處理設(shè)一只平行接縫和一只垂直接縫的測縫計，分別監(jiān)測接縫的張合和錯移。

3.3滲流滲壓監(jiān)測

3.3.1堰體浸潤線監(jiān)測

堰體浸潤線采用在堰體內(nèi)埋設(shè)測壓管進(jìn)行監(jiān)測。測壓管采用在堰體表面鉆孔埋設(shè)，鉆孔時使用清水鉆進(jìn)并用鋼管護(hù)壁。測壓管的進(jìn)水段埋于堰基覆蓋層頂面以上2—5m。

3.3.2堰基覆蓋層滲流壓力監(jiān)測

堰基覆蓋層滲流壓力采用滲壓計監(jiān)測。滲壓計與測壓管同孔埋設(shè)，滲壓計埋設(shè)在測壓管底覆蓋層內(nèi)約3m深處。

3.3.3滲流量的監(jiān)測

滲流量的監(jiān)測結(jié)合現(xiàn)場情況在堰體背水側(cè)根據(jù)滲漏水量制定滲流量的監(jiān)測方案?？捎昧克叻ê头e水坑法觀測，對大的滲流出水還要定期進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測分析。

3.4壓力(應(yīng)力)監(jiān)測

3.4.1 防滲墻兩側(cè)的土壓力監(jiān)測

防滲墻兩側(cè)的土壓力采用在防滲墻的兩外側(cè)埋設(shè)土壓力計和水壓力計進(jìn)行監(jiān)測。土壓力計和水壓力計使用掛布法埋設(shè)，即將土壓力計和水壓力計固定在土工布上，防滲墻槽孔施工完成后若槽內(nèi)預(yù)埋灌漿管則將掛有土壓力計和水壓力的土工布掛在固定灌漿管鋼筋架的兩側(cè)隨灌漿管一起下放到槽內(nèi)，若槽內(nèi)不預(yù)埋灌漿管則將掛有土壓力計和水壓力的土工布的底部懸掛一與槽孔寬度相當(dāng)?shù)闹貕K一起放入槽內(nèi)，土工布從槽口一直至孔底并緊貼槽壁，儀器就位后澆筑混凝土防滲墻。

3.4.2防滲墻應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

防滲墻應(yīng)力應(yīng)變采用在防滲墻兩內(nèi)側(cè)埋設(shè)應(yīng)變計進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)變計的埋設(shè)有兩種情況：若防滲墻內(nèi)預(yù)埋灌漿管則在固定灌漿管鋼筋架的兩內(nèi)側(cè)從上至下栓一根尼龍繩，將應(yīng)變計綁在尼龍繩上隨灌漿管一起放人槽內(nèi)；若防滲墻內(nèi)無預(yù)埋灌漿管則用鋼絲繩底端懸掛一與槽孔寬度相當(dāng)?shù)闹貕K，在重塊上系一根尼龍繩，應(yīng)變計綁在尼龍繩上一起隨重塊放入槽內(nèi)。應(yīng)變計在槽內(nèi)就位后澆筑混凝土防滲墻。

3.4.3壓應(yīng)力監(jiān)測

防滲墻底的壓應(yīng)力采用埋設(shè)壓應(yīng)力計進(jìn)行監(jiān)測。壓應(yīng)力計在室內(nèi)預(yù)制在一塊與防滲墻材料一樣的混凝土內(nèi)，埋設(shè)時將包含有壓應(yīng)力計的混凝土塊固定在一塊鋼板上，用鋼絲繩將混凝土塊吊起后放人防滲墻槽底，然后再澆筑混凝土防滲墻。

3.5爆破影響監(jiān)測

基坑內(nèi)開挖爆破對堰體的影響監(jiān)測有兩種形式：堰體表面監(jiān)測和堰體內(nèi)部監(jiān)測。堰體內(nèi)部采用埋設(shè)動態(tài)滲壓計和速度計監(jiān)測動水壓力和振動波速度，動態(tài)滲壓計和速度計的埋設(shè)采用清水鉆孔鋼管護(hù)壁，成孔后將動態(tài)滲壓計和速度計綁在一鋼管上放人孔內(nèi)然后拔起護(hù)壁鋼管；堰體表面監(jiān)測根據(jù)基坑爆破點的位置在就近的堰體表面臨時布置速度計、拾震器、哈林傳感器等儀器監(jiān)測振動波速度及衰減特性。

3.6巡視檢查

巡視檢查有日常檢查和特別檢查。日常檢查在正常周期觀測時進(jìn)行，特別檢查在汛期和圍堰出現(xiàn)險情時進(jìn)行。

4、結(jié)語

(1)二期圍堰安全監(jiān)測項目的全面實施，為及時了解圍堰性狀起到了重大作用，監(jiān)測資料的及時反饋為修改設(shè)計和重大施工決策提供了依據(jù)。

(2)有些監(jiān)測項目的實施國內(nèi)外尚無先例，如防滲墻深槽70m水下埋設(shè)應(yīng)變計、土壓力計、滲壓計等技術(shù)。這些項目的成功實施可為同類工程所借鑒。

(3)設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理和實施單位以及安全監(jiān)測監(jiān)理與實施單位的密切配合是二期圍堰安全監(jiān)測項目得以順利實施的重要原因。