武都水库ABS测斜管的安装工艺及在边坡监测中的运用

武都水库 ABS 测斜管的安装工艺及在边坡监测中的运用 中国水利水电第三工程局有限公司勘测设计研究院 张礼朋 王雄英 摘要 介绍了测斜管的安装工艺和测斜仪的工作原理 其中测斜管的安装 埋设至关重要 关系到测斜数据的可靠性 合理的测斜管安装操作 可有效地 提高测斜管安装的成功率 了解岩石 土体的活动情况 分析其活动趋势对工 程带来的影响 可以大大减少灾害的发生 所以 对土体 岩体的变形监测变 成了一项重要的课题 关键词 测斜管 测斜仪 安装 埋设 位移 1 前言 目前测斜是大坝安全监测中非常重要的一个监测项目 对于监测高边坡等 地质情况复杂的地段具有很高的意义 通过它对钻孔的逐段测量 就可获得测 孔在整个深度范围内水平方向变位的全貌 从而可以比较准确地确定其变位的 深度 大小和方向 目前已广泛应用于水利水电 煤炭 冶金 交通和城建部 门的岩土工程中 因此要保证测斜管的安装和测斜数据质量 是一个很大的难 题 应从测斜管和测斜仪型号选择 施工工艺和方法 观测方案和数据处理方面 来进行综合考虑 2 测斜仪的组成和基本原理 2 1 基本原理 测斜仪的工作原理是量测仪器轴线与铅垂线之间的夹角变化量 进而计算 出岩 土体不同高程处的水平位移 用适当的方法在岩土体内埋设一垂直 并 有4个导槽的测斜管 如图1所示 图1 测斜管形状 为获得测斜孔周围地层的完整的观测报告 有必要进行一系列倾斜观测 一般测斜仪探头有两组小滑轮 相距0 5m 将探头放到测斜孔底部开始测读 探头每提升0 5m 仪器将记录一个数据 直到到达顶部 这组数据被称为 A 可根据实际情况自行规定一个方向 把探头取出 旋转180 重新放入 测斜孔中 又得到另一组数据A 由于测斜仪探头通常包括两个互成90 的伺 服加速器 A轴和B轴 因此在测量时 用同样的方法可得到B 和B 的数据 当测斜管受力发生变形时 别求出不同的高程处的水平位移增量应由即 i L sin i 若把每段的水平位移增量自下而上逐段累加 i 便可得到孔口的总 位移 n n i 如图2所示 1 sin n i i L 图2 测斜仪观测原理 通过不同时间观测数据的比较 即可得出各时间段和坝体各高程的水平位 移变化和速率 达到安全监测的目的 2 2 测斜管的选取 1 应根据测斜管与周边被测介质弹性模量 变形模量尽量相等的原则 选择 测斜管的材质及尺寸 管径 壁厚 2 测斜仪管径的选择 主要是考虑安装条件和环境的影响 选择合适的管径 3 测斜管材质 测斜管材质一般可分为ABS塑料 铝合金 PVC塑料管等 不 同材质的测斜管 其弹性模量不同 使用场合也不同 塑料测斜管多用于 建筑物内部的水平位移观测 铝合金通常用于表面的位移观测 在较大温 度范围内 ABS塑料比PVC 塑料管更能保持其形状和弹性 相较铝合金测管 ABS塑料能适应更大的变形 适合与各类土壤 灌浆和地下水长期接触 而 且接头处处理较为方便 综合上述因素的考虑 本工程采用的测斜管是常州金土木公司生产的ABS测 斜管 外径70mm 内径63mm 接头采用ABS胶合剂胶粘在一起 然后用无纺布 密封胶密封 2 3 测斜管的连接 测斜管应按设计要求逐段连接 视安装环境和位置 连接可在安装前进行 也可在安装中进行 2 3 1 连接方法 测斜管在段间连接时 接头与管体之间的固定应采用铁制自拱螺丝 直径 4 mm 螺丝与预钻孔间应无明显间隙或松动 每个接头与管体的固定处应有 不少于4个固点 2 3 2 接头的防水密封 其目的是防止灌浆时浆液漏入管内堵塞测斜管 接头在安装应按照以下操 作步骤 接头与测斜管的连接面必须涂防水密封胶 整个接头段外必须用防水 胶带 加粘合剂或防水胶泥 缠绕 总体效果要做到整个接头在其就位后不漏 水 特别在大深度的地下连续孔中的测斜管 接头的防水必须处理好 应尽量 使用 无纺布 密封方法 材料 30 cm 150 200 cm无纺布 防水密封胶 防水粘胶带 在2节管子接头处涂抹一层防水密封胶 然后用准备好的无纺布缠扎 共缠绕约7 8 层 缠到最后一层时 用防水粘胶带自上而下牢固缠绕1 2 层 将所缠无 纺布包裹在胶带中 上述操作过程和完成后总体状态 见图2 图2 无纺布 密封法密封处理过程 底部的密封 如无特殊要求 一般的测斜管底部采用供应商提供的管 底帽封闭 将底帽与管口拧紧 2 4 测斜管的埋设 在岩土体内预钻终孔孔径应不少于130mm的钻孔 然后向钻孔内逐节安放测 斜管直至所需深度 测斜管周围用水泥砂浆回填密实 保护好孔口 具体步骤 如下 1 成孔 根据设计要求 钻孔终孔孔径为由130mm 最终成孔直径应为测 斜管外径的1 2 1 4 倍 成孔的不垂直度应不大于2 2 测斜管的接长 接长测斜管的方法可采用一次结成或连接成几段 由于 平溪滑坡测斜孔的埋深较大 测斜管的接长采用现场逐节加长的方法 测斜管接长 方法是在前一测斜管上套入连接管长度的一半 对准连接 管上的滑动槽接上下一节管 是其两节测斜管对接 用螺丝固紧 外周 用防水胶带缠封 将接装好的测斜管 对准预测方向放入钻孔 3 测斜管放入钻孔 将连接好的测斜管慢慢放入孔内 由于部分测斜孔内有 水 在放入测斜管的时候由于受到水的浮力 使得测斜管不能下入孔底 这时应该及时向管内注入清水 从而加重测斜管重量 将测斜管放入孔内 4 量测导槽方向 我们规定为A向为垂直于水流方向 B向为顺水流方向 5 孔的回填 在测斜管与钻孔壁之间的孔隙用水泥砂浆进行回填 振动捣实 使测斜孔四周必须与基坑周围土体固定为一体 否则测量时测斜孔会晃动 造成较大的误差 6 孔口保护 安装就位后的测斜管顶部必须用与测斜管配套的管帽盖严 以 防异物进入测孔内 管口还需要加装保护装置 最后在顶部还需要浇筑一 个锥形的混凝土保护墩 在保护墩上必须有明显的标志 标志上应注明编 号和有警示色 以方便辨认和防止无意破坏 2 5 偏移与扭转的控制措施 对于测斜管的扭转问题 首要问题是控制埋设在底部钻孔中的导向槽方向 此外 在人工灌浆过程中 应将测斜管前后摇摆 使得浆液能够均匀的分布 当发现导向槽的扭转有增大趋势时 可以通过调整测斜管方向进行校正 2 6 监测数据处理 利用测斜仪测读设备读取的数据 进行位移 倾角的物理量测量 水平位 移计算公式如下 A向水平位移 2 i AA L A B向水平位移 2 i BB L B 任一高程处累计位移 iA 1 n i i A 1 n ii i BB 相对位移 A A 基准值A 基准值A A向相对位移 B B 基准值B 基准值B B向相对位移 3 工程实例 3 1 工程介绍 武都水库位于四川江油市武都镇上游 地理位置十分重要 武都水库总库 容 5 72 亿 m3 电站装机 3 50MW 主要建筑物包括碾压砼重力坝 1 座 坝身 泄洪冲砂底孔 3 个 表孔 2 个 左岸坝后式电站 1 座 表底孔在平面上间隔布 置 大坝自左至右由 309m 的左非溢流坝段 55m 的厂房坝段 70m 的 2 个表 孔 3 个底孔组成的溢流坝段及 293m 的右非溢流坝段组成 3 2 测斜孔布置 由于武都水库地处地质情况比较复杂的地带 因此设计在武都水库共布设 了 12 个测斜孔 分别分布在坝址区左右岸 库区柳林子 白石沟堆积层和窝坑 里滑坡体 具体分布情况如下表所示 安装安装 部位部位 仪器编号仪器编号埋设位置埋设位置 高程高程 m 孔深孔深 m 备注备注 IN5坝纵 0 200 00 坝横 0 325 00628 3521 05 IN6坝纵 0 325 00 坝横 0 150 00651 6418 30 IN7坝纵 0 200 00 坝横 0 290 00618 7517 30 坝址区 左岸 IN8坝纵 0 290 00 坝横 0 150 00641 9321 50 IN1坝纵 0 053 18 坝横 0 779 61668 1052 00 坝址区 右岸 IN2坝纵 0 139 257 坝横 0 499 358625 2930 70 IN1坝纵 0 555 430 坝横 0 736 557669 53920 70 库区 柳林子 IN2坝纵 0 410 077 坝横 0 767 074665 51136 60 库区 白石沟 IN1 X 3537916 19 Y 35479836 37 671 1922 0 IN1 X 35480224 72 Y 3545525 25 709 54948 70 IN2 X 35480237 34 Y 3545569 21 702 4051 70窝坑里 IN3 X 35480260 00 Y 3548648 50 675 45156 70 3 3 测斜仪选型 武都水库采用的测斜仪为加拿大欧美大地公司生产的 DIS 500 数字式测斜 系统 DIS 500 数字式测斜系统设计制作中很好的融合了现代通讯科技和材料 工艺 数字式蓝牙传输系统允许对侧向变形进行高速 准确的测量 采用的 Kelvar 铠装电缆具有很高的强度 而且极大的减少了携带重量 仪器和 PDA 之 间的无线连接使得读数快捷 简单 仪器结构牢固并且非常轻便 易于单独携 带和操作使用 具体参数详见下表 探头技术规格 名称参数备注 率定范围 30 标准 或者 90 选择 传感器精度 0 02 F S 系统精度每 25m 累计误差不超过 2mm 分辨率0 01mm 重复性 0 008 FS 操作温度 20 50 卷盘尺寸500mm 防水性可达水下 400m 探头直径28mm 测斜管内径48mm 83mm 电缆技术规格 名称参数备注 长度30m 50m 75m 100m 125m 150m 175m 电缆标记牢固的电镀颜色编码 种类四芯电缆 Kevlar 纤维铠装 聚亚氨脂包裹层 重量42g m PDA 数字式读数仪 技术规格 名称参数备注 显示屏QVGA VGA TFT16 位彩色触摸屏 3 5 英寸 记忆卡容量64MB 初始数据量200KB 程序占有量128KB 内置电池2 2Ah 可充电 可拆除锂离子电池 有外置充电器接口 电池寿命8 12 小时 3 4 观测资料分析 根据情况 在这里选取左岸变形体的IN5测斜孔进行分析 观测时先将探头 沿主导槽放入孔底 待稳定5 10秒后 开始读数 一般每隔O 5m测读一次 一 个完整的测斜孔的测读需进行4个测次的测回 从而得到A A 和B B 我们 规定A方向为垂直于水流方向 B方向为顺水流方向 将所读取的数据储存在 数字记录器上 然后用记录器上管理软件从记录器中取出数据并将它存储在目 标数据库中 把这些原始数据输入到Excel文件 就可以进行位移的计算 根据要求 在这里我们只计算出A向和B向的相对位移 即 A A 基准值A 基准值A A向相对位移 B B 基准值B 基准值B B向相对位移 具体整编图如下图所示 A A向向相相对对位位移移 m mm m 2 21 1 2 20 0 1 19 9 1 18 8 1 17 7 1 16 6 1 15 5 1 14 4 1 13 3 1 12 2 1 11 1 1 10 0 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 0 01 11 12 22 23 33 34 44 4 孔孔深深 m m 2 20 01 11 1 0 08 8 1 12 2 2 20 01 11 1 0 08 8 1 19 9 2 20 01 11 1 0 08 8 2 26 6 2 20 01 11 1 0 08 8 2 29 9 2 20 01 11 1 0 08 8 3 30 0 B B向向相相对对位位移移 m mm m 2 21 1 2 20 0 1 19 9 1 18 8 1 17 7 1 16 6 1 15 5 1 14 4 1 13 3 1 12 2 1 11 1 1 10 0 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 4 4 4 4 3 3 3 3 2 2 2 2 1 1 1 1 0 01 11 12 22 23 33 34 44 4 孔孔深深 m m 2 20 01 11 1 0 08 8 1 12 2 2 20 01 11 1 0 08 8 1 19 9 2 20 01 11 1 0 08 8 2 26 6 2 20 01 11 1 0 08 8 2 29 9 2 20 01 11 1 0 08 8 3 30 0 从整编图可以看出 垂直于水流方向的轴相对位移变化较小 整体上在 0 5mm以内 顺水流方向的轴相对位移变化较大 整体上在1mm以上 可见由 于受水流向的冲力以及变形体地