軟基地質條件下原型觀測儀器的施工
王超
中水一局
[摘要] 本文結合河南省西霞院反調節水庫泄洪閘基礎及電站廠房基礎部位原型觀測儀器在安裝埋設過程中的實際施工情況，闡述了施工中遇到的施工難點及解決方法，并作出了特別說明、提出了自己的看法。
[關鍵詞] 軟基礎 倒垂鉆孔 多點位移計 滲壓計 壓力盒
一、概述
小浪底水利樞紐配套工程——西霞院工程是一座以反調節為主，結合發電，兼顧供水、灌溉等綜合利用的大型水利工程，西霞院工程泄洪閘及電站廠房基礎部位共設倒垂坐標儀2套，多點位移計16套，淺孔滲壓計76支，深孔滲壓計9套，樁間壓力盒9支，樁頂壓力盒6支。地質鉆孔揭露厚度大于58m，以棕紅色粉質粘土巖及土紅色、灰白色微膠結泥質粉砂巖、泥質砂巖為主，局部為微膠結礫巖、砂礫巖，泥質粉砂。該地層總體上成巖作用差，觀測儀器安裝難度較高，在如此復雜的地質條件下進行原觀儀器的安裝，在水電系統中也是比較少見的。
二、各種儀器的埋設特性及施工難點
各種儀器的埋設特性及施工難點詳見表一，為了充分說明西霞院工程廠房及泄洪閘部位地質條件的復雜，本文列舉了幾個比較有代表性多點位移計鉆孔地質描述柱狀圖，詳件后附。
表一
基礎各種儀器的埋設特性及施工難點
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儀器名稱
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埋設特性
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施工難點
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倒垂坐標儀
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垂直于壩基礎鉆孔埋設；測量壩基礎的絕對位移。
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地質條件差，專用倒垂孔鉆機無法施工，采用沖擊鉆機、泥漿護壁進行成孔，則其孔斜控制及測量成為施工難點；鉆孔孔徑大、易塌孔，安裝倒垂保護鋼管時如何保證其垂直度成為施工難點。
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多點位移計
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垂直于壩基礎鉆孔埋設；測量壩基礎的沉降。
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地質條件差，鉆孔深度大，有個別鉆孔有比較大的涌水壓力，成孔后極易塌孔。
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淺孔滲壓計
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基礎開挖面以下0.5m埋設；測量壩基礎地下水的揚壓力。
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地質條件差，鉆孔淺、采用鉆機鉆孔太浪費，人工挖孔開挖量較大，對基礎破壞大，如何能做到既經濟施工又保證基礎不被破壞成為淺孔滲壓計埋設的施工難點。
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深孔滲壓計
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基礎砼防滲墻下游1.8m處鉆孔埋設；測量壩基礎地下水在各高程的揚壓力。
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軟基礎，只適用于地質鉆機泥漿護壁鉆孔，但滲壓計的測頭部分在安裝過程中又怕泥水進入而導致儀器無法正常工作，所以滲壓計的鉆孔清洗成為深孔滲壓計埋設的施工難點。
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樁間壓力盒
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基礎抗滑樁之間基礎表面埋設；測量壩基礎所承受來自基礎上部砼的壓力。
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壓力盒上部必須保證回填原狀砂礫料，而壓力盒上部又不允許直接與砂礫料接觸而造成應力集中，所以如何對壓力盒上部進行回填成為壓力盒埋設的施工難點。
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樁頂壓力盒
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基礎抗滑樁樁頂部埋設；測量壩基礎抗滑樁所承受來自基礎上部砼的壓力。
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三、各種儀器的施工方法
㈠ 倒垂坐標儀
1、鉆孔及其孔斜測量方法
鉆孔：
①根據西霞院廠房及泄洪閘部位地質狀況及倒垂孔安裝技術要求，采用150型沖擊鉆機進行倒垂鉆孔，并采用外徑450mm，長度3m的鋼管做測斜器。
②在鉆機頂部采用4根鋼絲繩固定，鉆機底座采用螺紋鋼筋與混凝土預埋鋼筋焊接在一起，保證鉆機鉆進過程中不會移位。
③鉆機在鉆孔過程中每0.5~1m測一次孔斜，如發現孔斜超出要求時，立即回填卵石重新鉆孔糾偏，直至孔斜合格為止后方可繼續鉆進；
④鉆孔施工所需要的泥漿循環池采用0.5m高的沙袋圍成。
鉆孔孔斜的測量方法：
①在孔口地面的上下游和南方向各做一個中心點的控制點，以確定鉆孔的中心點；
②在孔口用鋼卷尺測量鋼絲繩距孔口中心點的長度（S1）、鉆機頂部滑輪中心距孔口地面段鋼絲繩的長度（L1）；
③根據鋼絲繩上的記號或水尺測量測出孔底至地面的孔深（L2），依據相似三角形原理計算得出孔底至設計線的孔斜（S2），如圖1所示，用公式表示為：
S2=S1（L2+ L1）/L1
圖1 倒垂鉆孔孔斜測量原理圖
2 、倒垂保護鋼管的安裝及垂直度的控制方法：
①將外徑273mm、壁厚8mm的無縫鋼管切割為長度2.6m/根，并對鋼管內外壁進行防腐刷漆處理；
②將鋼管兩端加工成絲扣，再根據絲扣尺寸加工相應尺寸的管箍；
③在倒垂鉆孔上部用槽鋼制作一個倒垂保護鋼管的安裝支架；
④根據鉆孔的中心點在支架上制作兩個保證鋼管垂直度的固定點；
⑤在安裝倒垂保護鋼管前在第一根鋼管底部中心點上系一根長度滿足安裝要求的魚線，然后在管內灌滿水，用浮漂配合魚線測量鋼管的有效孔徑及垂直度是否符合要求，如符合要求，繼續安裝第二根鋼管，
⑥第一根鋼管與第二根鋼管采用管箍連接（加膠圈做防漏水處理），然后在管內灌滿水，用浮漂檢測鋼管的垂直度是否滿足要求，如不符合要求將管箍卸開后重新聯結，如符合要求，繼續進行第三根鋼管的安裝。以此類推，直至最后一根鋼管安裝完畢，安裝原理詳見圖2。
圖2倒垂保護管安裝原理圖
3、倒垂鉆孔的回填灌漿
倒垂保護鋼管安裝完成后立即采用灌漿泵進行回填灌漿，防止塌孔。在灌漿過程中必須注意灌漿壓力，以保證不會因灌漿壓力過大造成保護鋼管有效孔徑超出設計要求。
4、施工中應注意的問題
①工序連接必須緊密。在類似地質條件下，即使有泥漿護壁，也極其容易塌孔，這就要求成孔后立即進行下步工序：保護鋼管的安裝與灌漿。
②孔斜測量必須嚴格要求，避免進行回填返工。
③軟基地質條件下倒垂保護鋼管必須采用管箍絲接，以節省下管時間，防止塌孔。
㈡多點位移計
1、鉆孔方法
①在儀器安裝位置挖一個1m×1m×1m的坑，待基礎墊層砼澆筑時，用砼將坑填平（如圖4所示）；
②在鉆孔附近挖一個深1m×1m×0.5m的坑做循環泥漿池；
③采用SGZ-III鉆機按照安裝點位采取循環泥漿護壁的方法鉆一個直徑為110mm，深度滿足設計要求的鉆孔。
2、儀器安裝方法
①根據多點位移計各個錨頭的設計深度計算出各測桿以及測桿保護管的長度，將測桿以及測桿保護管裁好；
②安裝前在平整的場地上對儀器進行試安裝，將儀器各部件調試好；
③鉆孔施工結束后立即進行儀器的現場組裝，將組裝好的儀器的錨頭、測桿、灌漿管一起放入鉆孔內（如圖3所示）；
④儀器安裝完成后馬上將灌漿管與灌漿機連接完畢，采用灌漿機將水泥砂漿注入鉆孔內直至砂漿將循環泥漿完全置換完畢為止；
⑤由于在灌漿結束后，水泥砂漿還會出現少量的沉淀，所以要在灌漿結束24小時后再進行一次補漿，以保證各個錨頭完全被水泥砂漿包裹。
⑥補漿結束后將儀器的傳感器部分按照設計要求調試完畢；
⑦儀器外露部分采用鋼保護罩保護，以保證多點位移計傳感器部分處于凌空面狀態（如圖4所示）。
圖3 多點位移計灌漿原理圖
圖4 多點位移計保護罩及回填砼示意圖
3、施工中應注意的問題
①多點位移計的安裝必須在白天進行。
② 多點位移計錨頭中心點的允許誤差要控制在±10cm以內。
③ 鉆孔完成后立即進行回填灌漿，防止鉆孔塌孔而造成多點位移計測桿部分無法放入鉆孔；
④ 灌漿機的灌漿壓力應控制在0.5Mpa以內，以防灌漿壓力過大造成儀器上浮。
㈢淺孔滲壓計
1、滲壓計的成孔：
① 在儀器安裝位置挖一個深1m的坑；
② 將一根直徑110mm的PVC管用電鉆在管上鉆間距2cm、直徑1 cm的孔
（如圖5所示）；
③ 將鉆好孔的PVC管纏上土工布垂直放入坑內（如圖6所示）；
④ 人工回填并夯實的開挖原狀料（如圖6所示）。
2、滲壓計的安裝：
①將滲壓計前端的透水石取下在清水中浸泡2小時以上；
②為了保證儀器進水口的通暢，防止污水泥漿進入進水口所以在滲壓計的前端用中細砂做成人工過濾層，人工過濾層外用多層紗布包裹；
③先在PVC管中放入50cm的洗凈中粗砂，然后將包裹好的滲壓計放入管中，滲壓計放好后繼續回填洗凈中粗砂，直至將PVC管填滿為止（如圖6所示）。
圖5 PVC花管制作示意圖
圖6 滲壓計安裝示意圖
3、施工中應注意的問題
①人工回填并夯實的開挖原狀料時必須按照人工夯實的規范進行以保證恢復基礎原貌；
②用于回填滲壓計的中粗砂必須是洗凈的。
㈣深孔滲壓計
1、滲壓計的成孔：
①將直徑110mm的鋼管截成2m一段，然后將鋼管兩端分別加工成絲扣（一端在鋼管內部加工成內絲，一端在鋼管外部加工成外絲），使鋼管首尾能夠連接；
②廠房及泄洪閘基礎面開挖到設計高程以后，采用全站儀定出鉆孔的位置；
③在鉆孔附近挖一個深1m×1m×0.5m的坑做循環泥漿池；
④采用SGZ-III鉆機按照鉆孔點位在基礎上先鉆進2m，然后將加工好的鋼管利用鉆機上的卷揚放入孔內；
⑤鉆機繼續鉆進2m后，將第二根鋼管與第一根鋼管用絲扣連接，繼續利用鉆機上的卷揚將鋼管放入孔內，以此類推，每鉆進2m連接一根長2m的鋼管，直至鉆孔鉆到設計深度（如圖7所示）；
⑥鉆孔鉆到設計深度以后，用循環的清水對鉆孔反復清洗，直至將鉆孔內的循環泥漿全部清洗干凈為止；
2、滲壓計的安裝：
①將滲壓計前端的透水石取下在清水中浸泡2小時以上；
②為了保證儀器進水口的通暢，防止污水泥漿進入進水口所以在滲壓
計的前端用中細砂做成人工過濾層，人工過濾層外用多層紗布包裹；
③在鉆孔內回填洗凈的中粗砂，回填的高程為第一支滲壓計的安裝高程；④將第一支滲壓計放入鉆孔內（如圖8所示）；
⑤在滲壓計上部回填1m高的洗凈中粗砂（如圖8所示）；
⑥在中粗砂上部回填0.5m高的膨潤土（如圖8所示）；
⑦利用鉆機上的卷揚將鋼管拉出2m，在絲扣處將鋼管卸下一節；
⑧繼續回填洗凈的中粗砂，直至回填到第二支滲壓計的安裝高程（回填過
程中根據回填的高度繼續將鋼管分節卸下來）；
⑨以此類推，直至將各高程滲壓計全部安裝完畢，同時將鋼管全部拉出（如
圖8所示）。
圖7 深孔滲壓計鉆孔示意圖
圖8 深孔滲壓計安裝示意圖
3、施工中應注意的問題：
滲壓計的電纜必須用管子保護好，以防回填中粗砂過程中將電纜拉斷；
㈤壓力盒
1、樁間壓力盒的安裝方法：
①在廠房基礎上部40cm砂礫料回填并碾壓完成后，定出樁間壓力盒的安
裝位置；
②人工將壓力盒安裝位置處的回填砂礫料挖除，露出原基礎面（如圖9所
示）；
③在基礎面上鋪設6cm水泥砂漿（第一層砂漿），并用水平尺找平（如圖9
所示）；
④水泥砂漿鋪設24小時后，在已經凝固的水泥砂漿表面再鋪設一層水泥砂
漿（第二層砂漿），鋪設厚度以3cm為宜（如圖9所示）；
⑤將壓力盒放在后鋪設的水泥砂漿上面，邊旋轉、邊擠壓同時用水平尺控制使之保持水平；
⑥用大于10kg的負重壓在壓力盒表面（如圖9所示）；
⑦負重24小時后，移去負重，在壓力盒表面再鋪設一層水泥砂漿進行保護
（如圖10所示）；
⑧砂漿鋪設24小時后，人工回填并夯實原狀料（如圖10所示）。
2、樁頂壓力盒的安裝方法：
①在廠房基礎上部40cm砂礫料回填并碾壓完成后，定出樁頂壓力盒的安
裝位置；
②人工將壓力盒安裝位置處的回填砂礫料挖除，露出砼抗滑樁表面；
③人工用錘子、釬子將砼抗滑樁表面找平，然后在樁表面上鋪設6cm水泥砂漿（第一層砂漿），并用水平尺找平（如圖11所示）；
④水泥砂漿鋪設24小時后，在已經凝固的水泥砂漿表面再鋪設一層水泥砂
漿（第二層砂漿），鋪設厚度以3cm為宜（如圖11所示）；
⑤將壓力盒放在后鋪設的水泥砂漿上面，邊旋轉、邊擠壓同時用水平尺控制使之保持水平；
⑥利用三腳架將大于10kg的負重壓在壓力盒表面（如圖11所示）；
⑦負重24小時后，移去負重，在壓力盒表面再鋪設一層細砂進行保護（如
圖12所示）；
⑧人工回填并夯實原狀料（如圖12所示）。
圖9 樁間壓力盒安裝示意圖
圖10 樁間壓力盒上部回填示意圖
圖11 樁頂壓力盒安裝示意圖
圖12 樁頂壓力盒上部回填示意圖
2、施工中應注意的問題：
①人工回填并夯實原狀料時必須按照人工夯實的規范進行；
②樁頂壓力盒回填細砂時一定要保證細砂中不含有大顆粒石子。
四、結語
根據西霞院工程復雜的地質情況，合理使用施工設備，采取有效的施工措施，確保了所有原觀儀器的施工質量（原型觀測儀器的安裝合格率100％，到目前為止均正常運行），保證了原型觀測工作順利有序的進行。
后附一
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孔口坐標：樁號：D1+756.059，壩下0+002.317；高程：93.278
孔號：BX4-01 傾角：0 方位：0 鉆孔日期：2005-5-9 13:00~2005-5-19 8:30
鉆機型號：SGZ-Ⅲ 孔徑：110mm 鉆頭類型：金剛石
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后附二
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孔口坐標：樁號：D1+901.004，壩下0+002.491；高程：95.023
孔號：BX4-13 傾角：0 方位：0 鉆孔日期：2005-6-25 19:00~2005-6-30 7:00
鉆機型號：SGZ-Ⅲ 孔徑：110mm 鉆頭類型：金剛石
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后附三
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孔口坐標：樁號：D1+776.012，壩下0+002.498；高程： 95.502
孔號：BX4-03 傾角：0 方位：0 鉆孔日期：2005-6-19 19:00~2005-6-23 10:30
鉆機型號：SGZ-Ⅲ 孔徑：110mm 鉆頭類型：金剛石
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