樊口二站工程泵站基礎(chǔ)安全監(jiān)測(cè)成果分析

張志華 李佳紅 胡海波

摘 要：為了保證泵站運(yùn)行的安全性、可靠性，需要做好泵站的安全監(jiān)測(cè)工作。本研究針對(duì)樊口二站泵站的內(nèi)部監(jiān)測(cè)成果，重點(diǎn)從泵站基礎(chǔ)的滲壓監(jiān)測(cè)及沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在泵站施工期及運(yùn)行期間，內(nèi)部安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)，滲壓值、沉降值無(wú)突變，為泵站的安全運(yùn)行提供了有效的保障。

關(guān)鍵詞：安全監(jiān)測(cè);泵站;滲壓計(jì);沉降計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV698.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）12-0070-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.12.014

Analysis of Basic Safety Monitoring Results of Pump Station in Fankou Second Station Project

ZHANG Zhihua1? ? LI Jiahong 1? ? HU Haibo2

（1.Hubei Institute of Water Resources Survey and Design，Wuhan 430070，China;

2.Hubei Dayu Construction Limited by Share Ltd.，Wuhan 430000，China）

Abstract： In order to ensure the safety and reliability of the operation of the pump station， it is necessary to do a good job in the safety monitoring of the pump station. According to the internal monitoring results of Fankou second station pump station， this study focuses on the analysis of the seepage pressure monitoring and settlement monitoring data of the pump station foundation. The results show that the internal safety monitoring data is stable during the construction and operation of the pump station， all indicators are within the normal range， and there is no sudden change in the seepage pressure value and settlement value， which provides an effective guarantee for the safe operation of the pump station.

Keywords： safety monitoring; pumping station; osmometer; settlement gauge

0 引言

湖北省樊口二站工程是湖北省新增外排能力建設(shè)項(xiàng)目之一，工程位于鄂州市樊口電排站西側(cè)，長(zhǎng)江干堤右岸。樊口二站采用堤身式布置方案。主要建筑物有主泵房、引水渠、攔污柵橋、進(jìn)水前池、出水渠、新建防洪堤及配套交通橋等。泵站建在粑鋪大堤外，主泵房機(jī)組中心距粑鋪大堤中心約200 m，設(shè)計(jì)流量為150 m/s，為Ⅱ等大（2）型泵站，共裝機(jī)5臺(tái)，單機(jī)容量4 000 kW;副廠房、安裝間分別布置在主泵房左、右兩側(cè)，呈一字形排列;站區(qū)從左至右由新建防洪堤、左岸刺墻（副廠房）、主泵房、出口檢修間及右岸刺墻（安裝間），其與兩端粑鋪大堤相接，形成封閉的防洪體系;攔污柵布置在引水渠距泵站125 m處;水泵、電機(jī)、輔機(jī)設(shè)備及金屬結(jié)構(gòu)等布置在相應(yīng)建筑物內(nèi)。泵站沿引水渠兩岸布置有進(jìn)場(chǎng)公路，站區(qū)公路通過(guò)攔污柵橋形成環(huán)形公路。

1 安全監(jiān)測(cè)概況

安全監(jiān)測(cè)是工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的重要組成部分[1]。通過(guò)選擇適宜的監(jiān)測(cè)方法、恰當(dāng)?shù)夭荚O(shè)測(cè)點(diǎn)，能夠及時(shí)地獲取各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)，在監(jiān)控工程安全、了解工作狀態(tài)、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工等方面發(fā)揮著重要的作用[2]。

根據(jù)樊口二站樞紐工程的地質(zhì)條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定以下項(xiàng)目作為其施工期和運(yùn)行期的主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：建筑物（含翼墻）的沉降監(jiān)測(cè);建筑物的水平位移監(jiān)測(cè);閘底板揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè);上、下游水位監(jiān)測(cè);流速監(jiān)測(cè);人工巡視檢查。

主要內(nèi)觀監(jiān)測(cè)儀器有滲壓計(jì)、測(cè)縫計(jì)、單點(diǎn)沉降計(jì);外觀監(jiān)測(cè)儀器有水平兼垂直位移GPS測(cè)點(diǎn)、沉降點(diǎn)、水位計(jì)、MCU數(shù)據(jù)采集單元。基礎(chǔ)工程是水利工程的基礎(chǔ)，因此，基礎(chǔ)工程的安全監(jiān)測(cè)是水利工程安全監(jiān)測(cè)的首要關(guān)口[3]。本研究針對(duì)泵站基礎(chǔ)滲壓監(jiān)測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)記錄從2018年3月至2020年12月。

2 主要監(jiān)測(cè)儀器技術(shù)指標(biāo)

①滲壓計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)：量程0.35～1.0 MPa，精度±0.1 F·S，分辨率不低于0.025 F·S，零漂<0.02 F·S。

②單點(diǎn)沉降計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)：量程0.01～200.00 mm，精度±0.01 mm，分辨率不低于0.01 mm，零漂<0.02 mm。

③位移計(jì)。主要技術(shù)指標(biāo)：量程0.01～100.00 mm，精度±0.01 mm，分辨率不低于0.01 mm，零漂<0.02 mm。

④水位計(jì)。水位計(jì)采用雷達(dá)式，主要技術(shù)指標(biāo)：量程50 m，精度±0.1 mm。

⑤讀數(shù)儀。讀數(shù)儀為人工測(cè)讀儀表，用于上述各振弦式傳感器的數(shù)據(jù)采集，能在各種氣候條件下測(cè)讀數(shù)據(jù)，并帶有充電器接口、RS-232接口、通信軟件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。測(cè)量精度要求0.01%，激勵(lì)范圍400～3 000 Hz，溫度-10～50 ℃。

⑥垂直位移標(biāo)點(diǎn)（沉降標(biāo)點(diǎn)）。工作基點(diǎn)：標(biāo)點(diǎn)、標(biāo)芯采用半圓形不銹鋼材質(zhì)，水平位移工作基點(diǎn)為鋼筋混凝土觀測(cè)墩。

⑦水尺。用作人工觀測(cè)上下游水位，采用不銹鋼水尺。

⑧數(shù)據(jù)采集裝置MCU。MCU是數(shù)據(jù)采集測(cè)量控制單元，具有自動(dòng)集測(cè)、信號(hào)處理、控制和通信功能，能夠連接、集測(cè)上述各類(lèi)傳感器。主要功能和技術(shù)指標(biāo)：設(shè)有人工讀數(shù)接口，MCU出現(xiàn)故障時(shí)，可以采用便攜式讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)，另外也可以定期進(jìn)行MCU讀數(shù)與人工讀數(shù)比較;能夠采用220 V交流供電，能在（220±45）V電壓范圍內(nèi)正常運(yùn)行;具有內(nèi)置后備電池，可在外界電源斷電情況下繼續(xù)保持工作狀態(tài);供電時(shí)間不少于10 d;具有掉電自保護(hù)功能;具有對(duì)處理器、存儲(chǔ)器、電源、測(cè)量電路、時(shí)鐘、接口、傳感器線路進(jìn)行自診斷功能;配備數(shù)據(jù)采集軟件，能用便攜式計(jì)算機(jī)對(duì)MCU單機(jī)進(jìn)行觀測(cè);采用智能化模塊結(jié)構(gòu);具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能;支持多任務(wù)運(yùn)行;具有簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、輸出等功能;報(bào)警條件檢測(cè);設(shè)有RS232或RS485通信接口;為MCU、電源系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、傳感器線路設(shè)置有效的防雷設(shè)施;工作溫度為-10～60 ℃;測(cè)量時(shí)間每通道不超過(guò)3 s;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量不低于60測(cè)次。

3 儀器設(shè)備驗(yàn)收

所有的儀器設(shè)備運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后，會(huì)同監(jiān)理、業(yè)主對(duì)全部?jī)x器設(shè)備進(jìn)行開(kāi)箱檢查和驗(yàn)收，具體內(nèi)容包括以下6個(gè)方面。

①是否有儀器出廠合格證。

②出廠時(shí)儀器設(shè)備資料參數(shù)是否齊全，儀器數(shù)量與發(fā)貨單是否一致。

③外觀檢驗(yàn)，仔細(xì)檢查儀器外觀有無(wú)損壞痕跡和銹斑等。

④檢查儀器電纜有無(wú)斷線。

⑤檢查儀器本身的絕緣是否達(dá)到出廠值。

⑥檢查二次儀表測(cè)試儀器是否正常。

經(jīng)檢驗(yàn)，所用儀器設(shè)備均為合格產(chǎn)品。

4 儀器設(shè)備選型和采購(gòu)

①采購(gòu)的儀器設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足有關(guān)國(guó)家規(guī)范及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按照合同及設(shè)計(jì)技術(shù)要求進(jìn)行質(zhì)量控制。

②選用的監(jiān)測(cè)儀器為國(guó)內(nèi)知名品牌，其生產(chǎn)廠家具有較高的信譽(yù)度。所生產(chǎn)的儀器設(shè)備有在許多大型水利水電工程中使用的實(shí)例，并且均已經(jīng)良好運(yùn)行在5年以上。

③嚴(yán)格監(jiān)督和控制各監(jiān)測(cè)儀器出廠檢驗(yàn)、包裝、運(yùn)輸、保險(xiǎn)、保管、交貨、驗(yàn)收等各環(huán)節(jié)的操作質(zhì)量，確保儀器的質(zhì)量。

5 儀器設(shè)備檢驗(yàn)與率定

根據(jù)招標(biāo)文件要求，按照以下步驟進(jìn)行儀器設(shè)備的檢驗(yàn)檢查。

①儀器設(shè)備生產(chǎn)廠家提供的所供應(yīng)儀器的率定資料及產(chǎn)品合格證書(shū)等。

②按國(guó)家有關(guān)技術(shù)規(guī)范或廠家提供的方法在所采購(gòu)的儀器和設(shè)備進(jìn)行了檢驗(yàn)（率定）。

③內(nèi)觀監(jiān)測(cè)儀器檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括力學(xué)性能檢驗(yàn)、溫度性能檢驗(yàn)、防水性能檢驗(yàn)。

④電纜的檢驗(yàn)內(nèi)容主要包括電纜各芯線電阻、電纜各芯線間的絕緣電阻、抽樣檢驗(yàn)（10%）電纜的防水性能等。

⑤各檢驗(yàn)項(xiàng)目的技術(shù)要求和方法，嚴(yán)格按《混凝土壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（DL/T 5178—2016）附錄E執(zhí)行。

⑥對(duì)于測(cè)量?jī)x器和二次儀表，在鑒定和檢驗(yàn)規(guī)定的日期范圍內(nèi)使用，按規(guī)定每年送計(jì)量部門(mén)進(jìn)行鑒定和檢驗(yàn)。對(duì)于測(cè)量?jī)x器，在測(cè)量前進(jìn)行一次檢驗(yàn)。

⑦對(duì)于待安裝埋設(shè)的儀器，其檢驗(yàn)率定和埋設(shè)時(shí)間間隔不能超過(guò)6個(gè)月。

6 儀器安裝埋設(shè)前的施工準(zhǔn)備

監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備的埋設(shè)是關(guān)系原型監(jiān)測(cè)成敗的重要環(huán)節(jié)，因此，在監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)前應(yīng)做好充分準(zhǔn)備，其準(zhǔn)備工作有以下4個(gè)方面。第一，監(jiān)測(cè)儀器安裝埋設(shè)前，向監(jiān)理人上報(bào)安裝埋設(shè)計(jì)劃。報(bào)告內(nèi)容包括：安裝埋設(shè)開(kāi)工申請(qǐng)（含監(jiān)測(cè)儀器率定資料）;儀器安裝埋設(shè)的部位、高程坐標(biāo)（樁號(hào)）及鉆孔深度;埋設(shè)儀器的名稱(chēng)、型號(hào)、數(shù)量、編號(hào)（包括廠家編號(hào)）及合格證;埋設(shè)儀器的檢驗(yàn)率定結(jié)果及率定資料。第二，提前備齊所需監(jiān)測(cè)儀器和試驗(yàn)設(shè)備，不影響整個(gè)工程的儀器安裝埋設(shè)。第三，儀器運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，按有關(guān)規(guī)范或儀器生產(chǎn)廠家提供的方法，對(duì)儀器的性能進(jìn)行率定。率定合格后，儀器存放在干燥的倉(cāng)庫(kù)中妥善保存。第四，儀器安裝埋設(shè)前，對(duì)每支儀器進(jìn)行檢驗(yàn)、測(cè)試和率定。

7 儀器安裝

7.1 滲壓計(jì)埋設(shè)

按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行室內(nèi)檢驗(yàn)，具備施工條件后鉆孔，孔位偏差不超過(guò)5 cm，孔深達(dá)到設(shè)計(jì)深度，超、欠深不大于30 cm。滲壓計(jì)埋設(shè)前用土工織物和過(guò)濾料（細(xì)砂）包裹滲壓計(jì)，在水中浸泡2 h以上，使其達(dá)到飽和狀態(tài)。在滲壓計(jì)埋設(shè)的混凝土面位置鉆一個(gè)孔深100 cm、孔徑≥110 mm的集水孔，孔內(nèi)填75 cm深的砂礫石和砂。將裹有滲壓計(jì)（飽和水狀態(tài)）的細(xì)砂包放在集水孔上，砂包用水泥砂漿糊住，待砂漿凝固后，澆筑上部混凝土。

7.2 沉降計(jì)埋設(shè)

在設(shè)計(jì)孔位處鉆孔，實(shí)際鉆孔深度比設(shè)計(jì)孔深0.5 m，孔徑根據(jù)廠家要求進(jìn)行;將安裝好的測(cè)桿用土工布、膠帶包裹，外涂黃油，放入鉆孔內(nèi)至設(shè)計(jì)位置，然后在孔內(nèi)填滿(mǎn)水泥砂漿。當(dāng)?shù)装寤炷翝仓粮叱鰞x器埋設(shè)位置20 cm時(shí)，安裝錨栓和傳感器，回填混凝土。

7.3 儀器電纜的連接和保護(hù)

在儀器引線安放和連接后、回填或埋入混凝土中之前，均對(duì)監(jiān)測(cè)儀器及電纜進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果合格，儀器測(cè)值穩(wěn)定。電纜安裝后繪制電纜實(shí)際走線圖。電纜跨結(jié)構(gòu)伸縮縫時(shí)，設(shè)置套管保護(hù)，電纜在管內(nèi)呈S形分布，在管外涂瀝青并用瀝青抹布將兩端管口封堵。電纜在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部牽引時(shí)，儀器電纜沿鋼筋牽引，并將電纜用尼龍繩綁扎在鋼筋上，每隔1 m綁扎一處，監(jiān)測(cè)儀器的電纜在施工干擾較大處和建筑物外部牽引時(shí)，電纜外加保護(hù)管保護(hù)。外露部分采用鍍鋅鋼管，管徑與電纜根數(shù)配套。水平敷設(shè)的電纜呈S形，垂直上引的電纜適當(dāng)放松，以防損壞。

8 安全監(jiān)測(cè)成果分析

8.1 滲壓監(jiān)測(cè)

按照設(shè)計(jì)要求，在主泵房基礎(chǔ)下共布置埋設(shè)安裝10支滲壓計(jì)。設(shè)計(jì)編號(hào)依次為P1～P10。其中，P1、P6安裝高程均為4.0 m;P2、P3、P7、P8安裝高程均為2.3 m;P4、P5、P9、P10安裝高程均為9.2 m。具體布置見(jiàn)圖1。

根據(jù)主泵房基礎(chǔ)滲壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同一安裝高程滲壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，選取不同安裝高程的3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（P1、P2、P4）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，滲壓計(jì)初始值安裝前已經(jīng)設(shè)置為0，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已換算為水頭壓力，滲壓值變化見(jiàn)圖2。

滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2018年3月至2018年底，泵站處于施工期，外江圍堰未拆除，滲壓測(cè)值變化量較小;2019年初圍堰拆除，汛期滲壓值折算水頭為4～11 m;2020年汛期，滲壓值折算水頭為5.5～11.5 m，監(jiān)測(cè)期間滲壓值折算水頭與內(nèi)外江水位的變化波動(dòng)，無(wú)突變狀況。其中，P2水頭保持在高水位，是因?yàn)槁裨O(shè)高程較低（2.3 m），所以相比其他滲壓計(jì)水頭較高。

8.2 沉降監(jiān)測(cè)

按照設(shè)計(jì)要求，在主泵房和防洪閘基礎(chǔ)下，共布置埋設(shè)安裝12支沉降計(jì)，設(shè)計(jì)編號(hào)為M1～M12，具體布置見(jiàn)圖3。主泵房基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)初始值已調(diào)整為0，年累計(jì)沉降數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。沉降計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，2018年2月沉降計(jì)安裝完成，近3年的沉降數(shù)據(jù)顯示，測(cè)點(diǎn)變形發(fā)展趨勢(shì)基本一致，建筑物建設(shè)完成后，位移量逐漸變小，趨于穩(wěn)定，地基和建筑物相對(duì)位移為1.003～1.129 mm。2019年測(cè)點(diǎn)總體沉降值與第一年相近，是因?yàn)楸灸甓冗M(jìn)行了機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)泵站基礎(chǔ)沉降有一定的影響;2020年機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較2019年長(zhǎng)，但各測(cè)點(diǎn)沉降值除M1測(cè)點(diǎn)外均小于前兩年，第三年平均沉降值為三年總沉降值的27.6%，符合沉降變化趨勢(shì)[4-5]。

9 結(jié)語(yǔ)

樊口二站是一座堤身式泵站，泵站主體與兩岸粑鋪大堤相接，形成封閉的防洪體系，其基礎(chǔ)的穩(wěn)定性尤為重要。本研究通過(guò)對(duì)近3年的泵站基礎(chǔ)安全監(jiān)測(cè)資料分析，其沉降變化很小且基本趨于穩(wěn)定，滲壓值與內(nèi)外江水位的變化波動(dòng)較小，說(shuō)明樊口二站各個(gè)點(diǎn)的滲流量處于穩(wěn)定狀態(tài);監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與理論計(jì)算趨勢(shì)相吻合，實(shí)際觀測(cè)數(shù)值與理論計(jì)算值偏差很小，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，泵站運(yùn)行處于安全狀況。后期須對(duì)泵站繼續(xù)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋分析數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)工程管理，確保泵站安全運(yùn)行。

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