大型渡槽监测设备布置及安装埋设方法

巩强敏，沈晓青

（1.中国水电建设集团国际工程有限公司，北京 100044；2.河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北 石家庄 050021）

1 概况

本文研究的渡槽是南水北调中线工程总干渠上的一座大型河渠交叉建筑物，由渡槽、进出口检修闸、退水闸、排冰闸以及进出口连接渠道组成。建筑物设计流量235 m3/s，加大流量265 m3/s，退水闸设计流量50 m3/s。其中进口渐变段、进口检修闸室、进口连接段、渡槽、出口连接段、出口检修闸室、出口渐变段以及退水闸室为Ⅰ级建筑物，退水渠、护岸工程等为Ⅲ级建筑物。

2 监测设备及其布置

为有效监测渡槽及退水闸工程在施工期和运行期的基本状况及受力效应的变化规律，及时发现异常现象并分析处理，确保工程安全，有必要对建筑物进行监测。

本渡槽需监测的建筑物有渡槽、进出口连接段、渐变段、进出口检修闸、退水闸。监测项目包括建筑物的垂直位移、不均匀沉降、混凝土结构的应变、钢筋应力、建筑物所承受土压力以及基底与建筑物周围渗透压力等。相关监测设备分别为沉降标点、工作基点、应变计、钢筋计、锚索测力计、土压力计、渗压计、无应力计等。

2.1 渡槽监测设施布置

桩基：主要进行应力应变监测和沉降监测。应力应变监测：选择1号槽墩（监测边墩）和2号槽墩（监测中墩）作为典型进行应变观测，分别在槽墩上下游2根桩基布设应变计，每根桩基对称布置2个应变计。沉降监测：鉴于桩基在整个工程中的重要性，在每个墩上均布设有测点进行观测，采用精密水准测量观测。1号、5号槽墩沉降标点位于墩顶抗震挡块顶部中点；2—4号槽墩沉降标点位于地面线以上1.2 m处，采用墙上水准标志测头6个。

槽身结构安全监测的任务是全面掌握槽身的运行状况，并达到指导施工、验证设计的目的。在监测仪器布置上选择第2跨槽身作为重点监测段，主要进行混凝土应力应变、预应力变化监测，其余槽跨仅进行纵梁跨中应力监测。

应力应变采用应变计进行监测，每段布设3个观测断面，分别位于1/2跨、1/4跨和1/8跨，且考虑结构的对称性只监测半跨的受力状况，对于横梁及竖向狭小空间应力监测，利用钢筋计代替应变计，达到监测断面准确的效果。典型槽跨布置单向应变计21个，钢筋计26支，无应力计2支，其余槽跨沿纵梁跨中设应变计4个。预应力监测包括纵向、横向和竖向预应力监测，以纵向预应力监测为主，预应力锚索测力计仅在典型槽布置12支。

2.2 进出口渐变段监测设施布置

进出口渐变段主要进行不均匀沉降、墙后土压力和渗流监测。在每个挡墙分段处下游1 m顶部两端各设1个沉降标点，共40个；进出口渐变段靠近闸室的两段翼墙后单侧各布置2个土压力计，共8个土压力计；进出口渐变段各设1个渗压监测横断面，监测扬压力变化，每个监测断面布置3个渗压计，共布置渗压计6个。

2.3 进出口检修闸监测设施布置

检修闸主要进行结构两侧的不均匀沉降和闸墩、底板应力监测以及闸下渗透压力监测。

沉降监测：进出口闸室各布设2个监测断面，每个监测断面在边墩上各设1个沉降标点，进出口闸室各布设4个沉降标点。

渗透压力监测：进出口闸室各布置2个渗压观测横断面，观测扬压力变化，各布置渗压计6个。

应力应变监测：采用土压力计及钢筋计进行监测，进口检修闸闸室设1个监测断面，设在闸室下游侧，闸墩外侧布设土压力计4个，底板布设钢筋计8个；出口检修闸闸室设1个监测断面，设在闸室下游侧，仅布设钢筋计8个。

2.4 进出口连接段监测设施布置

沉降监测：进出口连接段各布设2个监测断面，每个监测断面在中墩上各设1个沉降标点，进出口连接段各设2个沉降标点。

渗透压力监测：进出口连接段各设1个渗压观测横断面，观测扬压力变化，共布置渗压计6个。

应力应变监测：采用钢筋计进行监测，进口连接段布设1个监测断面，布置在连接段中间，钢筋计8支。

2.5 退水闸、排冰闸监测项目

退水闸、排兵闸主要进行不均匀沉降和底板应力监测及闸下渗透压力监测。

沉降观测：进口挡墙墙顶分缝处设沉降标点，共4个；退水闸和排冰闸闸室在边墩上设沉降标点，共布设8个。退水闸各段陡槽分缝处设沉降标点，共设置12个，排冰闸仅设置在第一段陡槽，布设2个。共计26个。

渗透压力监测：闸室上下游各设1个渗压监测横断面，监测扬压力变化，共布置渗压计4个。

应力应变监测：采用钢筋计进行监测，退水闸闸室布设1个监测断面，设在闸室上游侧，共布设钢筋计7支。

3 各监测设备埋设安装技术要求

所有观测仪器在埋设之前，均按《混凝土坝安全监测技术规范》或厂家提供的方法重新率定或检验。

3.1 应力应变计监测仪器的埋设安装

埋设应力应变计监测仪器周围混凝土回填时，要小心填筑，剔除大于8 cm的骨料，由人工分层振捣密实。埋设后，仪器顶部已终凝的混凝土厚大于0.6 m以上时，守护人员方可离开。

应变计埋设应严格控制方向，位置误差应不超过2 cm，其角度误差不得超过±1°；应变计采用绑扎在架立钢筋上的预埋法。在钢筋捆扎点处，先缠一道减震的橡胶带或微孔塑料。绑扎在钢筋（或锚索）上时需要加垫块，绑扎安装时应确保应变计的方向。

钢筋计应与钢筋保持在同一轴线上，要求焊接强度不低于受力钢筋的强度；焊接时及焊接后，应在仪器部位浇水冷却，使仪器温度不超过60℃，但不得在焊接处浇水，以免影响焊接强度。

无应力计埋设前，先将无应力计筒内放置的应变计用细铅丝固定在无应力计筒内中心位置上，将无应力计筒用混凝土人工填满，回填过程中应保持应变计的位置，用人工振捣使混凝土密实，然后将无应力计筒固定在埋设位置。

3.2 渗压计的埋设安装

渗压计必须经室内监测合格，取下仪器端部的透水石，在钢模片上涂黄油或凡士林以防生锈；埋设前用土工布和过滤料包裹渗压计，在水中浸泡2 h以上，使其达到饱和状态，再在测头上包上装有干净的饱和细沙袋，使仪器进水口通畅，防止水泥浆进入渗压计内部。

3.3 土压力计的埋设安装

土压力计按坑式埋设方法进行。埋设时基础表面必须平整、密实，仪器周围及以上1.2 m填料由人工压实。

3.4 锚索测力计的安装

安装时应将测力计下垫板与外锚头孔口垫板对正，然后安装测力计、测力计垫板、锚具及千斤顶。检查无误后进行锚索张拉。

3.5 沉降标点的埋设安装

沉降标点深埋于原状土内，以保证长期稳定和安全，底盘应埋设于最大冻土深度以下0.5 m。使用监测仪器和设备对建筑物及地基进行长期系统的监测，并及时掌握建筑物的工作性质，以保障建筑物安全。监测仪器的埋设施工工作决定着整个安全监测系统的质量，仪器埋设一旦失败将无法补救。为此，仪器埋设时应充分考虑现场可能出现的各种情况，做好各施工工序的交底、协调、配合工作，埋设施工必须按照预先制定好的施工措施及有关规程进行操作。