老撾南湃面板堆石壩電磁沉降管彎管施工工藝

李 江 華， 肖 仕 進

(中國水利水電第十工程局有限公司勘測設計院工程安全監測中心，四川 成都 610072)

0 引 言

壩體沉降量是土石壩的一個重要指標，對于監測土石壩壩體沉降的方法有許多，最常見的方法是采用水管式沉降儀和電磁式沉降管。然而，水管式沉降儀所測沉降只能代表壩體某個點的沉降，并不能代表整個壩體的沉降量，而且，水管式沉降儀由于施工原因及觀測房修建不能同步等因素，可能導致數據缺測、漏測現象。而采用電磁沉降管能夠避免水管式沉降儀中出現的不足。

混凝土面板堆石壩是一種普遍常見的水電站壩型，沉降數據對于堆石壩運行狀況又至關重要。特別是面板下部的沉降與面板變形有著密不可分的關系。常規的電磁沉降管都是由大壩基坑開始豎直上至大壩頂部，為有效、連續、永久監測到大壩面板下部的沉降，提出一種沉降管彎管的施工方法。

本文通過老撾南湃水電站的實例應用，介紹了電磁式沉降管彎管段采用弦長代替弧長的沉降管彎管施工工藝及取得的效果。

1 工程概況

南湃(Nam Phay)水電站位于老撾萬象省北部Phoun區，壩址位于南俄河(Nam Ngum)支流南湃河(Nam Phay)上游峽谷，南俄河(Nam Ngum)又是湄公河的Ⅰ級支流。電站廠房位于南噶河左岸。

電站為高水頭、長引水式電站，主要任務是發電，水庫正常蓄水位1 140.00 m，總庫容2.059億m3，電站額定水頭721 m，設計引用流量14.03 m3/s，總裝機容量86 MW。廠房下游接南俄2水庫。

工程為大Ⅱ型，混凝土面板堆石壩為Ⅱ級水工建筑物，泄洪和引水發電系統為Ⅲ級水工建筑物。樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、埡口溢洪洞等、電站進水口、11.5 km長的長引水隧洞、電站廠房及開關站等組成。

壩址區50 a超越概率10%的基巖地震動峰值加速度為0.10 g，相應場地地震基本烈度按Ⅵ度考慮，擋水建筑物設防烈度為Ⅶ度。

2 電磁式沉降儀原理

電磁式沉降儀是安裝埋設在堤壩、土石壩、地基內部或外表面，用來監測豎直向不同高程垂直位移變化。電磁式沉降儀通過測讀測頭經過測體內鐵環(板)或磁環時，測頭距離沉降管管口的距離來計算測點高程變化，進而計算出壩體內的固結度和沉降量的儀器。

電磁沉降儀適用于土石壩、邊坡、填土的分層沉降監測。常用的電磁式沉降儀儀器由含有導線的鋼帶尺、不銹鋼磁性探頭、聲光指示器電路及平尺卷軸等組成。當探頭接近安裝有磁性沉降環的區域時，將感應到磁信號并通過導線傳遞至卷軸內的聲光指示器指示。

平尺的截面采用狗骨形設計，防止粘附在潮濕的測井或鉆孔的表面，高質量鋁合金卷軸及烤漆涂層的增強型支架具有良好的防腐特性，適合在安裝有沉降磁環、或磁性沉降盤的沉降管、測斜管、測壓管及其類似裝置一起使用。

3 觀測儀器布置

壩體內部位移采用電磁式沉降儀和桿式水平位移計監測，共布設三個監測斷面(典型監測斷面見圖1)，分別位于壩體DL0+81.0 m、DL0+125.0 m和DL0+150.0 m位置處。三個斷面共布設沉降管9套(壩基設基準環，壩體內部每隔6～7 m高程設置一沉降磁盤)，其中DL0+81.0 m共2套沉降管存在彎管段，DL0+125.0 m和DL0+150.0 m分別有1套電磁沉降管存在彎管段。累計共83個電磁沉降盤和9個沉降基準環，桿式水平位移計共計30個測點。

圖1 老撾南湃水電站大壩DL0+81.0 m電磁沉降管布置圖

4 儀器安裝埋設

4.1 無彎管段電磁沉降管埋設

(1)在清基完畢后鉆孔，孔深比基準環深度超1.5 m以上，預留施工過程中碎石等雜質調入管中的沉積空間。成孔及清孔后，將沉降管底部做密封處理，然后裝有爪式沉降磁基準環的沉降管下入孔內，用水泥漿回填封孔，孔口以上約0.5 m回填筑壩材料并予以夯實。埋設完成后需要做一個保護架把沉降管圍在中間，并在保護架外圍貼上反光條；

(2)隨著壩體填筑，同步連接沉降管，連接管處用PVC膠及鉚釘加固好。當填筑至需要安裝電磁沉降環時，需用細料整平，沉降環(板)需水平放置且與沉降管鉛直，人工回填細料夯實，避免沖擊管身，保持沉降管順直，并需要在填筑過程中定期校正，調整其鉛直度。埋設過程中要高度注意，勿將石塊或者雜物掉入管內，堵塞測管；

(3)壩體填筑過程中，機械設備較多，測管保護工作難度非常大，需與施工單位做好協調配合，并派專人24 h看守；

(4)重復以上操作，直至埋設至設計高程，做好孔口保護裝置。

4.2 有彎管段電磁沉降管埋設

一般位于大壩橫軸線上游位置的沉降管當填筑至一定高程時，鉛直往上施工就要與面板相交，從面板表面穿出，這樣后期就無法采集到沉降數據，因此，就需要采用彎曲埋設與面板平行施工至大壩頂部。

(1)豎直段埋設方法與無彎管段埋設方法一致；

(2)沉降管彎管技術目前在監測行業還不是很普遍，因為常用沉降管為ABS管，管材脆性度較大，柔韌度較低，弧形彎曲程度很難控制。因此，在這里提出一種用弦長代替弧長的方法，根據沉降管的規格而定。采用每根沉降管彎曲少許角度的方法來實現沉降管的彎曲；

(3)彎管段完成后，沉降管與大壩擠壓邊墻處于平行狀態。此時需要用一個與擠壓邊墻坡度一致的保護架支撐起沉降管，隨著壩體的填筑和擠壓邊墻的施工，電磁式沉降管安裝至大壩頂部，在孔口處設置保護裝置進行觀測。

老撾南湃水電站大壩電磁沉降管彎曲段示意圖如圖2。

圖2 老撾南湃水電站大壩電磁沉降管彎曲段示意圖

通過老撾南湃水電站監測室的探索，使用一種用弦長代替弧長的方法進行施工埋設。首先根據廠家提供的一根長3 m的沉降管，在CAD軟件中計算并畫出圖形，由圖中可以看出第一根彎曲的沉降管與豎直面偏差近6°，根據沉降管及接頭材質是可以做到的(管子自身也可以彎曲一部分)，第二根管子及后面管子相對需要偏差近11°多，在ES1管上進行了試驗。即每根進入彎管段的管子施工時，都根據填筑高程，作出一定計算，并在現場施工時用全站儀準確進行測管角度校正。每加長一根管子，都用電磁沉降儀檢測測管的有效孔徑是否能保證探頭靈活下放，并能準確檢測到下部沉降數據。在監測人員的共同努力下，最終ES1號管安全度過彎管段，此后沉降管與大壩擠壓邊墻處于平行狀態。

南湃水電站共設計4套有彎管段的沉降管。目前大壩已經填筑完成，裝入彎管段的電磁式沉降管中的活動式電磁式沉降儀，能順利進行觀測，同時，通過對采集到的沉降數據進行分析，數據可信度高，與土石壩沉降規律相符，由此判斷沉降管的成活率100%。

5 結 語

通過對老撾南湃水電站混凝土面板堆石壩9套電磁式沉降管(其中5套不帶彎管，4套存在彎管段)的施工，當前均已投入運行，彎管段電磁式沉降儀能順利放入并采集數據，彎管段的施工工藝效果良好。

該工程采用弦長代替弧長的電磁式沉降管彎管施工工藝，很好地解決了電磁式沉降管彎管段的施工難題，避免了面板施工采集不到面板以下壩體沉降數據的情況。通過對4套彎管的施工，取得了很好的施工效果，為以后老撾南俄3水電站200多m高混凝土面板堆石壩等項目電磁式沉降管施工打下了良好的基礎。