一种土石坝沉降管接力安装埋设结构及其方法与流程

1.本发明涉及土体沉降监测设备领域，特别涉及一种土石坝沉降管接力安装埋设结构及其方法。


背景技术：

2.土石坝内部沉降监测通常采用水管式沉降仪、电磁式沉降仪等监测仪器设备，其中电磁式沉降仪从填筑开始就进行监测，可以监测分层沉降量、分层压缩量和累积沉降量，具有全时空沉降变形监测的优点。其安装方法与原理如下：随土石坝填筑安装一根沉降管，沉降管底部埋入基岩或结构物等变形相对稳定部位，在沉降管外壁每隔一定距离安装沉降环，沉降环与土体紧密接触并能沿沉降管外壁做滑动位移，观测沉降变形时，从管口放入电磁式沉降仪探头，当沉降仪探头达到沉降环位置时，探头与沉降环之间产生电磁反应，通过电缆将电磁反应的信号传输到孔口的接收仪表，通过测量探头与孔口的距离即可获得沉降环的位置，多次测量即可获得沉降环的位移，即沉降量。
3.沉降管通常与测斜管共用一根管道，又称“测斜兼沉降管”或“沉降测斜管”，一般采用非坑式方法或坑式方法随坝体填筑埋设，已填筑部位和坝基可采用钻孔法埋设。笔者研究团队曾发明了“测斜兼沉降管接头保护装置（专利号：zl 2010 2 0300694.8）”与“测斜兼沉降管的埋设方法（专利号：zl 2010 1 0300302.2）”。这些发明在很大程度上提高了沉降测斜管接头的机械强度，从而提高了接头抵抗土压力和坝体变形的能力，降低了沉降测斜管的失效概率。不过，在高大土石坝中埋设沉降测斜管，由于受坝体内部变形和压力影响，超过一定深度后，沉降测斜管受损破坏致失效报废，从目前工程实践的调研统计情况看，当沉降管埋设深度超过100m时容易受损，目前在国内工程中沉降管的最大存活长度为糯扎渡水电站的147m。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种土石坝沉降管接力安装埋设结构及其方法，对于大埋深的沉降管，实现对沉降进行接力观测，减小沉降管局部失效而影响整体沉降观测质量的风险。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种土石坝沉降管接力安装埋设结构，包括下段沉降管，下段沉降管设置在沉降观测孔内，下段沉降管内设置支撑机构，支撑机构顶部设有土体沉降计，土体沉降计的信号电缆从下段沉降管顶部引出，下段沉降管顶部设置封盖，下段沉降管顶部外侧设有混凝土基座，上段沉降管下端埋设在混凝土基座内，下段沉降管和上段沉降管外侧均设有若干沉降磁环，下段沉降管外侧最上层的沉降磁环与混凝土基座连接。
6.优选的方案中，所述支撑机构为支撑管。
7.优选的方案中，所述支撑管包括多节单元管，单元管之间通过套筒连接。
8.优选的方案中，所述支撑机构下端通过水泥浆或水泥砂浆进行回填固定。
9.优选的方案中，所述下段沉降管或上段沉降管的长度为100～150m。
10.本发明还提供一种土石坝沉降管接力安装埋设方法，包括如下步骤：步骤一、在设计位置处的基岩面上钻孔，进行沉降观测孔加工，将下段沉降管安装在沉降观测孔中，并回填灌浆；步骤二、伴随土石坝填筑施工，并进行沉降磁环的分段设置安装，施工过程中，根据设计要求通过电磁沉降仪对下段沉降管外侧的各个沉降磁环进行沉降观测；步骤三、当土石坝填筑到分段高程时，在下段沉降管内安装支撑机构至沉降观测孔底部，并用水泥浆或水泥砂浆把支撑机构下端固定，在支撑机构顶部安装土体沉降计，土体沉降计的信号电缆引出后，对下段沉降管上端进行封闭处理；步骤四、在下段沉降管顶部外侧进行混凝土基座施工，下段沉降管外侧最上层的沉降磁环及其翅片嵌入混凝土基座内，混凝土基座安装上段沉降管，随着土石坝的继续填筑，不断连接加高上段沉降管，同时分段安装沉降磁环，并一同向上牵引信号电缆，直至完成上段沉降管的施工；步骤五、在进行上段沉降管观测作业时，分两部分进行，使用电磁沉降仪对上段沉降管外侧的各个沉降磁环进行读数。同时，使用读数仪对土体沉降计进行读数，分别得到上段沉降管外侧各沉降磁环处的沉降测值和下段沉降管外侧最上层的沉降磁环沉降测值，对这两部分测值进行综合计算，即可得到上段沉降管各层土体沉降量和下段沉降管范围内的土体总沉降量。
11.本发明提供的一种土石坝沉降管接力安装埋设结构及其方法，具有以下效果：1、采用本方法进行安装埋设沉降管，一旦下段沉降管在巨大土压力作用下某处或某节出现破损，不会影响对下段沉降管段范围内的总沉降量进行观测，通过对下段沉降管的总沉降量的测量和上段沉降管观测结果的累加处理，可以得到完整的沉降量观测数据，极大减小因沉降管某处受损而导致沉降管失效报废，影响沉降观测质量的风险。
12.2、在工程实践中，土石坝施工阶段，对下段沉降管的各个位置的沉降观测成果，往往主要用于指导施工作业，并且在施工后期和工程运行期间通常已基本沉降完成，因此，采用本方法安装埋设沉降管，后期观测时，既能避免因下段沉降管某处失效而导致观测中断，也可以提高观测效率，只观测下段沉降管顶部的沉降量即可得到下段沉降管段范围内的总沉降量。
附图说明
13.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：图1为本发明的使用示意图；图中：下段沉降管1，沉降磁环2，支撑机构3，土体沉降计4，信号电缆5，封盖6，混凝土基座7，上段沉降管8，单元管301，套筒302。
具体实施方式
14.一种土石坝沉降管接力安装埋设结构，如图1所示，包括下段沉降管1和上段沉降管8，将深度超过150m的沉降管采取分段安装埋设的方法，即接力安装埋设方法。
15.从上到下按照100m~150m左右的长度进行分段，每段不超过150米。当总长大于150米时，下段100米，当总长大于250米时，分三段，下面两段各100米，当总长大于350米时，分四段，下面三段各100米。例如，当设计深度为220m时，上段取120m，下段取100m；当设计深度为300m时，则可按100m均分三段或按150m均分两段；当设计深度为250m时，可按两段均分，也可按上段100m，下段150m进行分段。
16.下段沉降管1设置在沉降观测孔内，下段沉降管1按照现行标准的方法进行安装埋设与观测，下段沉降管1外侧设有若干沉降磁环2，施工过程中通过电磁沉降仪下段沉降管1外侧的各个沉降磁环2进行沉降观测。
17.下段沉降管1内设置支撑机构3，在本实施例中，支撑机构3为支撑管，所述支撑管包括多节单元管301，单元管301之间通过套筒302连接。所述支撑机构3下端通过水泥浆或水泥砂浆进行回填固定在沉降观测孔底部。
18.当土石坝填筑到分段高程时，在下段沉降管1内安装土体沉降计4，在本实施例中，土体沉降计4选用装智能分布式土体沉降计。土体沉降计4设置在支撑机构3顶部，土体沉降计4的信号电缆5从下段沉降管1顶部引出，引出土体沉降计4的信号电缆5之后对下段沉降管1的顶部管口进行封闭处理，可以在下段沉降管1顶部设置封盖6。
19.下段沉降管1顶部外侧设有混凝土基座7，上段沉降管8下端埋设在混凝土基座7内，下段沉降管1外侧最上层的沉降磁环2与混凝土基座7连接。上段沉降管8进行安装时，随着土石坝的继续填筑，不断连接加高上段沉降管8，并一同向上牵引土体沉降计4的信号电缆5，直至沉降观测孔的顶部。
20.在下段沉降管1的顶部管口进行封闭处理之后，每次观测上段沉降管8时，把土体沉降计4所测得的下段沉降管1顶端沉降量累加到上段沉降管8的沉降观测结果中，实现接力观测，获取完整的沉降观测数据。
21.一种土石坝沉降管接力安装埋设方法，包括如下步骤：步骤一、在设计位置处的基岩面上钻孔，进行沉降观测孔加工，将下段沉降管1下端安装在沉降观测孔中，并回填灌浆；步骤二、伴随土石坝填筑施工，并进行沉降磁环2的分段设置安装，施工过程中，根据设计要求通过电磁沉降仪对下段沉降管1外侧的各个沉降磁环2进行沉降观测；步骤三、当土石坝填筑到分段高程时，在下段沉降管1内安装支撑机构3至沉降观测孔底部，并用水泥浆或水泥砂浆把支撑机构3下端固定，在支撑机构3顶部安装土体沉降计4，土体沉降计4的信号电缆5引出后，对下段沉降管1上端进行封闭处理；步骤四、在下段沉降管1顶部外侧进行混凝土基座7施工，下段沉降管1外侧最上层的沉降磁环2及其翅片嵌入混凝土基座7内，在混凝土基座7上安装上段沉降管8，随着土石坝的继续填筑，不断连接加高上段沉降管8，同时分段安装沉降磁环2，并一同向上牵引信号电缆5，直至完成上段沉降管8的施工；步骤五、在进行上段沉降管8观测作业时，分两部分进行，使用电磁沉降仪对上段沉降管8外侧的各个沉降磁环2进行读数。同时，使用读数仪对土体沉降计4进行读数，分别得到上段沉降管8外侧各沉降磁环2处的沉降测值和下段沉降管1外侧最上层的沉降磁环2沉降测值，对这两部分测值进行综合计算，即可得到上段沉降管8各层土体沉降量和下段沉降管1范围内的土体总沉降量。
22.以某土石坝建设项目，编号为se-3的沉降观测孔，沉降观测孔的孔口设计高程为1336.20m，孔底位于基岩内，设计高程为1076.20m，设计深度260m。在该沉降观测孔的设计深度130m处设置分段，高程为1206.20m，采用本方法接力安装埋设沉降管。
23.首先，在设计位置处的基岩面，基岩面的高程为1078.50m，钻孔到设计孔底高程1076.20m，安装下段沉降管1，并回填灌浆。此后伴随土石坝填筑施工，下段沉降管1加高至1207.20m，土石坝填筑至1206.50m，历时8个月。期间，从1081.20m设置第1个沉降磁环2（编号为1#），每5m设置一个沉降磁环2，共设置了25个磁环，25#磁环位于1201.20m处，按照设计要求的频次，使用电磁沉降仪对下段沉降管1的各个沉降磁环2进行沉降观测。
24.在沉降磁环2附近回挖“分段作业坑”，挖至分段高程1206.20m，安装支撑机构3至孔底，并实施5.0m深的回填灌浆施工，固定支撑机构3底端到孔底，在支撑机构3的顶端安装土体沉降计4，土体沉降计4量程顶端位于1206.25m，引出土体沉降计4的信号电缆5之后，封闭下段沉降管1的顶端，下段沉降管1的顶部高程为1207.20m。
25.在下段沉降管1顶部安装26#沉降磁环2，高程位于1206.20m，然后在沉降磁环2的一侧制作混凝土基座7模板，长宽高尺寸分别为50cm
×
50cm
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20cm，使26#沉降磁环2及其一侧翅片牢固嵌入混凝土基座7模板内，并在模板内放入上段沉降管8的第1节沉降管之后，浇筑混凝土。
26.待混凝土基座7凝固之后，回填“分段作业坑”并碾实，之后继续伴随土石坝的填筑施工，加高上段沉降管8，到达1211.20m时，在上段沉降管8上安装27#沉降磁环2，之后依次编号，到1331.20m安装51#沉降磁环2，然后填筑到沉降管设计顶部高程1336.20m，完成整个se-3沉降观测孔的沉降管安装埋设施工。
27.在上段沉降管8的每次沉降观测作业时，分两部分进行，在每次使用电磁沉降仪对上段沉降管8的各个沉降磁环2进行读数的同时，使用读数仪对下段沉降管顶端的智能分布式土体沉降计进行读数，分别得到上段沉降管8各沉降磁环2处的沉降测值和下段沉降管顶端26#沉降磁环2的沉降测值，对这两部分测值进行综合计算，即可得到准确的上段沉降管8各层土体沉降量和下段沉降管1范围内的土体总沉降量。