万永波，董泽瑜

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

长河坝砾石土心墙分层沉降监测

万永波，董泽瑜

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，成都，610072)

长河坝水电站 砾石心墙 分层沉降 监测技术 电位器式位移计

1 工程概述

长河坝水电站砾石土心墙堆石坝最大坝高240m，基础覆盖层最大厚度为60m，大坝按Ⅷ度进行抗震设计。大坝砾石土心墙底宽125m，顶宽6m，高241.9m，施工期和蓄水期沉降变形较大。为了掌握长河坝大坝砾石土心墙的沉降量，设计在大坝基础 1465.0m 高程，心墙 1535.0m、1585.0m、1615.0m、1645.0m高程，坝顶1697.0m高程，分层埋设了沉降监测仪器；在大坝桩号(纵)0＋193.00m、(纵)0＋253.72m各设一个监测断面；在监测断面的心墙上游侧、坝轴线、下游侧布置电位器式位移计；在(纵)0＋330m心墙上、下游侧布置电位器式位移计。由不同高程的电位器位移计组成大坝沉降量观测线，使用电位器位移计观测大坝心墙的分层压缩量，将同一观测线上的分层压缩量累加，计算出大坝心墙的总沉降量。按照设计，长河坝大坝心墙共计埋设44套电位器式位移计，监测大坝砾石土心墙的沉降量。

2 分层沉降仪施工

分层沉降仪施工主要包括钻孔和仪器埋设。心墙填筑至分层仪器安装高程时，在心墙作业面安装钻机并调整钻机底座至水平，在钻机开孔位置安装导向管，保障钻孔的垂直度。钻机钻进时必须外加保护管，防止钻头对心墙拉裂。

分层沉降仪钻孔选用XY－2工程钻机，使用加长钻具、低压力、慢转速进行施工，以保证钻孔精度。工程钻机设备安装就位后应调整钻机、钻架、地基三者水平，立轴上下卡头无幌动，与孔口中心点吻合。开孔阶段将钻具下入孔内，松开卡盘，将立轴钻杆拧入沉接头，卡紧卡盘，轻压慢转开孔，并随孔深逐渐增加钻具和钻杆。钻进过程中按钻头所需正常压力给压，不可盲目加压，并随孔深增加逐步减压。金刚石钻头排队使用，应有3个钻头参加排队逐步淘汰。每回次钻进的岩心一定要卡取完毕(残留最多不能超过0.30m)。钻孔施工时交换班必须清楚，如实填写和交接钻孔的测斜数据、钻进情况、设备情况等；接班与交班应现场测斜，尽量避免孔内交班。钻孔偏斜量达到规定值，应急时停钻纠斜。采用测斜仪对已施工的钻孔进行多点测斜，然后根据测斜结果，设计专用处理钻具进行施工和纠正钻孔的斜度，满足钻孔设计倾斜要求。纠正倾斜的主要方法有以下几种:

(1)孔口平面位移纠偏法。通过孔口钻机的移动使立轴偏心，促使孔底钻头作用力点转移而达到导偏的效果。这种纠偏方法主要靠钻杆的钢度来达到纠偏目的，在浅孔段纠偏效果较好，在深孔段纠偏效果大大减弱；

(2)短钻具纠偏法。将钻具减至1m～1.5m，采用平面位移法和轴向压力使孔底钻具上部靠孔壁，底部钻具偏向另一方向，达到纠偏效果。这种纠偏方法操作难度大，一般技术人员不易掌握；

(3)导管找直法。使用小一级的套管(通管)下至孔底，然后在孔口找正、稳固，用小径钻具钻进小导孔，小导孔满足精度要求后再扩孔；

(4)导偏器法。加工一个导偏器，偏斜角度在1°左右，下入孔底后确定方位，用卡料卡牢后导偏。这种方法纠偏效果明显，但操作技术难度大，不易控制导偏器。

分层沉降仪钻孔完成，经设计、监理、业主联合验收合格后，进行仪器安装和埋设。先把锚头与传力杆连接牢固，再将传力杆外套φ20mm保护管，保护管末端与锚头密封后一起放入钻孔内，在下放过程中依次连接传力杆和保护管，传力杆和保护管的接头丝杆拧紧，保护管的接头用胶带密封。传力杆和保护管放至孔底后调直，用水泥浆灌浆锚固锚头，在仪器顶端用C20混凝土浇筑1m×1m仪器安装底座，混凝土底座应水平；待底座混凝土达到安装仪器的强度后，将电位器传感器预拉至设计量程，再把仪器安装到位固定牢固，仪器电缆按设计敷设和保护，传感器外安装钢保护罩，调平和调直后固定牢固保护罩。仪器安装完成后，在周围1m范围人工回填和夯实砾石土料。

3 砾石土心墙的沉降分析

根据长河坝大坝心墙区电位器式位移计监测成果，坝体心墙沉降量与心墙填筑呈正相关，沉降量随着心墙填筑高程的增高不断增大。目前坝体心墙最大沉降量(不含覆盖层)为1819.70mm，位于(纵)0＋193.00m桩号坝轴线位置，心墙沉降量占心墙填筑高度(约193m)的0.93%。

电位器式位移计沉降量受砾石土料填筑影响明显，1535m高程及以下累计变形量在472.28mm～1004.17mm之间，1535m～1585m高程累计变形量在276.11mm～431.17mm之间，1585m～1615m高程累计变形量在73.54mm～813.54mm之间。

(纵)0＋193m断面坝轴线部位心墙沉降量为1819.70mm，心墙填筑高度为193m，最大沉降量为心墙填筑高度的0.93%，处于正常状态；观测的最大沉降量位于心墙底部，中间部位的沉降量最小。

(纵)0＋253m断面坝轴线部位心墙沉降量为1716.99mm，心墙填筑高度为193m，最大沉降量为心墙填筑高度的0.89%，处于正常状态；观测的最大沉降量位于心墙顶部，中间部位的沉降量最小。

长河坝心墙沉降量与同类工程的沉降量对比，糯扎渡水电站在第四次安鉴时，心墙填筑高度为214.1m，心墙最大沉降量为2763mm，沉降率为1.3%；哥伦比亚瓜维奥坝(GuavioDam)最大坝高246m，运行期最大沉降率为2.4%。与此相比，长河坝心墙当前沉降率小于同类工程，处于正常状态。心墙沉降量随填筑高程增加而增加，符合土石坝沉降变形的一般规律。

4 结语

长河坝分层沉降仪使用的电位器式位移计，其传感器为直滑式精密仪器，测量时传感器采用5芯电缆恒流供电，仪器测值不受传输电缆的长度及环境温度变化等影响，观测成果精度高，测值稳定可靠。分层沉降仪采用后期钻孔埋设方法，对心墙的施工干扰小，仪器的保护措施简单，提高了仪器的完好率。同时，埋入式分层电位器式沉降仪，克服了传统电磁沉降环观测精度低的缺点，避免了水管式沉降仪在心墙内形成渗漏通道的缺陷。通过优化仪器结构，保障沉降成果的真实性、可靠性、稳定性，仪器性能趋于稳定成熟，为实现大坝内部沉降自动化观测奠定了基础，这是今后大坝内部沉降监测发展趋势和方向。

TV641.41∶TU433

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2095－1809(2016)05－0046－02

万永波(1973－)，男，重庆市丰都人，高级工程师，从事水电水利工程安全监测工作。