水利水电施工组织设计专项方案模块311混凝土施工原型观测.docx
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水利水电施工组织设计专项方案模块311混凝土施工原型观测
原型观测
原型观测分内部观测和外部观测。
原型观测的目的:
(1)指导工程施工。
如混凝土温度控制,接缝灌浆等。
(2)监控工程安全运行。
观测数据出现异常时,可及时分析原因,采取补救措施。
(3)校核设计。
为改进设计提供依据。
(4)为科研服务。
提供科研所需的监测数据。
第1节内部观测
1.观测项目、仪器设备及施工组织
1.1观测项目与仪器设备
内部观测项目包括:
基岩温度、变形,坝体温度、应变、应力,缝开合度及混凝土裂缝,钢筋应力,钢板变形及应力,渗水压力,土压力,泥砂压力,坝基扬压力、坝体地震反应等。
目前,广泛用于混凝土坝的内部观测仪器按结构原理分类,有差动电阻式、钢弦式、贴片式、电感式和电容式等。
随着近代光电技术的发展应用,还出现了光纤传感器。
差动电阻式仪器性能稳定,可兼测温度,由于五芯桥路系统的发展,排除了线路电阻的干扰,提高了观测精度,在世界上许多国家广泛使用。
钢弦式仪器通过钢弦频率信号传输,不受导线电阻影响,灵敏度高,适用于远距离的测量。
钢弦式仪器的稳定性取决于仪器绝缘、钢丝松驰等制造工艺。
目前国内外生产的弦式仪器也可兼测温度。
光纤传感器采用一束普通的多态光学纤维传送信号至输出装置和多通道数字记录器,具有非常高的测量精度、良好的线性和重复性,并能进行静、动态测量。
光纤传感器突出的优点是尺寸小、重量轻、反应快速、抗腐蚀、抗电磁干扰,适合远距离测量,是安全监测仪器的发展方向。
在地震区的大坝应设置强震仪观测坝体在地震时的振动状况。
水工强震仪主要由拾震系统、触发启动系统、时标服务系统、不间断电源系统和信号采集分析系统组成。
现代的数字磁带记录式强震仪通过高速电子转换开关,把地震信号分割成离散的电压脉冲,经过浮点放大,送入A/D转换器变成数字量。
我国混凝土坝内埋设的常用安全监测仪器及监测设备的型号、规格、技术指标列于表11-1-1、11-1-2,仪器设备代号及图形符号见表11-1-3。
随着计算机技术和网络技术的不断发展,为提高观测效率,达到“无人值班、少人值守、实时监控、安全预报”的目的,实施自动化监测已成为观测技术发展的主流趋势。
自动化监测系统按采集方式分为集中式、混合式和分布式3种模式,经过近年来的发展完善,自动化监测已逐渐由集中式过渡为分布式采集,即将数据采集单元(ADU)分散到大坝传感器附近,数据采集单元可以进行数据测量、A/D转换、数据存储,并通过现场总线(RS-485/CANbus)和计算机构建立现场通信网络,利用电话、无线电、微波、光纤及internet网等方式进行远程通讯。
国内常用安全监测仪器型号规格和技术指标
表11-1-1
仪器系列
名称
型号规格
主要技术指标
测量范围
最小读数
f
温度补偿系数
b(1/℃)
测温范围
(℃)
测温精度
(℃)
弹模
(MPa)
耐水压力
(MPa)
绝缘电阻(MΩ)
拉
压
0~.60℃水中
0.5MPa水中
差
动
电
阻
式
应变计
DI-25
DI-25TL
DI-15G
DI-10
500×10-6
200×10-6
600×10-6
600×10-6
1000×10-6
2000×10-6
1200×10-6
1200×10-6
≤4×10-6/0.01%
11.3×10-6℃
-25~+60
±0.5
500
1000
20002000
0.5
0.5
2.0
0.5
≥50
≥50
≤2×10-6/0.01%
≤6×10-6/0.01%
11.3×10-6℃
13.4×10-6℃
S-25
600×10-6
1000×10-6
≤3×10-6/0.01%
≈12.3×10-6℃
-25~+60
±0.5
0.5
≥50
≥50
测缝计
CF-5
CF-5GY
CF-12
CF-12GY
CF-40
CF-40GY
5mm
5mm
12mm
12mm
40mm
40mm
1mm
1mm
1mm
1mm
1~5mm
1~5mm
≤0.015mm/0.01%
≤0.015mm/0.01%
≤0.04mm/0.01%
≤0.04mm/0.01%
0.07mm/0.01%
0.07mm/0.01%
0.004mm℃
-25~+60
±0.5
0.5
2.0
0.5
2.0
0.5
2.0
≥50
≥50
0.005mm℃
钢筋计
KL-系列
0-200(300)
MPa
<1000KPa/0.01%
≈900kPa℃
-25~+60
±0.5
0.5(2.0)
≥50
≥50
孔隙压力计
SZ-2
SZ-4
SZ-8
SZ-16
200kPa
400kPa
800kPa
1600kPa
<1.471kPa
<2.942kPa
<5.884kPa
<11.768kPa
<1.471kPa/℃
<2.942kPa/℃
<2.942kPa/℃
<2.942kPa/℃
0~+40
±0.5
在0℃和40℃水中≥50
在量程上限≥50
应力计
WL-30
WL-60
WL-120
3000kPa
6000kPa
12000kPa
≤24.5kPa/0.01%
≤49kPa/0.01%
≤98kPa/0.01%
20kPa/℃
-20~+60
±0.5
0.5
≥50
≥50
电
阻
式
温度计
DW
-30~+70
±0.3
≥50
≥50
国内常用安全监测仪器型号规格和技术指标
表11-1-2
仪器系列
名称
型号规格
主要技术指标
测量范围
分辩率
(灵敏度)
(%F.S)
零漂
(%F.S)
温漂
(%F.S)
精度
(%F.S)
温度修正
系数
(1/℃)
工作温度
(℃)
拉
压
测温精度
(℃)
钢
弦
式
应变计
EM-5
3300×10-6
1.0×10-6
-50~+60
XYJ-2系列
XYJ-100系列
1000-1200×10-6
1000-1200×10-6
≤0.2
≤0.6
≤0.15
-10~+50
表面应变计
VSM-4000
3000×10-6
1.06×10-6
12×10-6/℃
-20~+80
XJM
3000×10-6
1.0×10-6
-20~+60
测缝计
JM-E
25mm
50mm
100mm
150mm
0.02%量程
0.1
-27~+65
钢筋计
IRHP
ф1/2″-ф2
30-667.2KN
±0.025%全量程
±0.25%全量程
-40~+75
渗压计
PWS
0.17-69MPa
0.01mm,0.1个线性单位
0.1%全量程/℃
0.1%~0.5%
-40~+65
±1。
0
温度计
SDT
0.1℃
-10~+80
±0.5
光纤式
应变传感器
25001
50001
0~+2500×10-6
0~+5000×10-6
<1.01%
横向灵敏度
<1×10-6
+35
位移传感器
FOLP-25
25mm
0.002mm
+350
压力传感器
(渗压计)
FOP
0~5Psi(0~0.3巴)-0~100005Psi(0-700巴)
满刻度的
0.01%
满刻度的
0.05~0.1
+350
0.01%
温度传感器
FOT-L
0.1℃
±1.0C
-50~+250
自动化
智能分布式安全监测数据采集系统
DAMS-Ⅳ
系统最大通道容量
48400~96800个
网络通讯速度≤2400bps
防雷电感应500W~1500W
平均无故障时间20000小时
-10~+50℃或-25~+60℃
分布式大监测系统
DG
网络通讯速度>1200bps
防雷电感应<5000V
平均无故障时间大于6300小时
-10~-+50℃或-30~+60℃
自动化监测网络系统
IWHRSMNET
防雷电感应>1500W
平均无故障时间>20000小时
-40~70℃
Geomation自动监控系统
2380
网络通讯速度600-19200bps
平均无故障时间30000小时
-40~70℃
岩土工程安全监测自动化系统
LN1018-Ⅱ
-25~70℃
表11-1-3内部观测仪器设备符号图例
1.2施工组织
(1)设计单位根据工程规模及监测目的,在工程招标前完成内部观测技术设计,编制设计说明书;工程开工后,负责观测设计技术交底;参与观测资料的计算、分析,以实现观测设计的原定任务。
(2)施工单位根据监测设计的项目、内容、仪器数量、施工进度要求,配备熟练的监测技术人员和技工,组建“工程监测组”。
鉴于监测工作专业性强和具有长期性和连续性,在同一工程中监测人员应保持相对稳定。
工程监测组应按时完成各项监测设施的仪器准备、检验、安装埋设;收集施工期监测资料和相关施工资料;绘制各项监测设施安装埋设竣工图、进行监测资料整理分析,待工程竣工时连同施工期监测文件一并移交运行管理单位。
(3)运行管理单位应熟悉和掌握监测仪器设备的性能、操作使用方法、资料整理分析方法,以便担负运行期的监测任务和资料整理、分析工作。
必要时,可参与施工期的观测。
(4)施工阶段的施工组织监测设备施工程序包括监测设备选型定货、仪器设备检查率定、施工前准备、仪器配件加工、仪器组装与电缆连接、仪器设备安装埋设、电缆敷设、终端及自动化系统安装调试,观测资料整理分析、施工期观测与反馈、编写竣工图和竣工报告及工程验收。
监测工程实施计划应根据主体工程总体计划来制定,由于监测工程与主体工程各单位施工交叉,因此必须合理组织施工,按照工作面工作条件和主体工程施工的关系制定作业方式,保证与施工程序协调平衡,避免冲突和干扰,并满足安全监测的要求。
实施计划的内容应包括组织机构、施工措施、施工进度计划、劳动力和人员计划以及质量安全控制计划等。
监测工程组织机构应根据工程规模来考虑人员多少,大型工程应分专业组,由监测工程经验丰富的工程师领导,由具有多年操作经验的专业人员组成,一般可分为仪器率定组、现场安装组、观测及资料整理组,小型工程可不分组,各专业人员兼职管理。
2.仪器设备检验
2.1检验依据
主要依据以下标准、规范:
GB/T3408-94《差动电阻式应变计》;GB/T3409-94
《差动电阻式钢筋计》;GB/T3410-94《差动电阻式测缝计》;GB/T3411-94《差动电阻式孔隙压力计》;GB/T3412-94《电阻比电桥》;GB/T3413-94《埋入式铜电阻温度计》;GB/T13606-92《岩土工程用钢弦式压力传感器》;SDJ336-89《混凝土大坝安全监测技术规范》。
2.2现场检验内容
检查仪器工作状态;校核仪器出厂参数;验证仪器各项质量指标。
经检验合格的仪器在储存环境满足要求的储存期超过12个月,埋设前应重新检验。
2.3差动电阻式仪器检验
2.3.1力学性能检验
(1)试验条件、设备及注意事项
1)参比工作条件:
环境温度10~30℃,检验时环境温度应保持稳定,环境相对湿度≤80%。
2)主要设备:
①:
大小校正仪、“0”级千分表、10mm及15mm的“0”级百分表。
②:
活塞式压力计。
③:
压应力计承压板、压块和球座。
④:
1级万能材料试验机。
⑤电阻比电桥。
3)注意事项①:
检验前将仪器在参比工作条件下置放24h以上。
②:
仪器安装在检验设备上时,控制电阻比变化不大于20×0.01%。
③:
应变计安装后应将电阻比调至出厂时自由状态电阻比,测缝计应调至零位电阻比,然后才能进行预拉、预压,以免超限损坏仪器。
④:
正式检验前应在仪器测量上、下限值的1.2倍范围内预拉、压循环3次以上,直至测值稳定。
⑤:
渗压计检验时应将透水石取下,接入活塞式压力计接头并拧紧。
活塞式压力计上的压力表采用0.35级标准压力表。
4)分档加载规定见表11-1-4。
表11-1-4力学性能检验分档加载规定表
仪器名称
型号规格
测点数
加载分档
应变计
S-100
S-150
S-250
11
7
9
250
400
200
(×10-6)
测缝计
J-5
J-10-1
J-10-2
J-20
7
12
11
9
1
1
2
5
(mm)
孔隙压力计
P-2
P-4
P-8
P-16
6
6
6
9
0.04
0.08
0.16
0.20
(MPa)
钢筋计
R-18
R-20
R-22
R-25
R-28
R-32
R-36
R-40
6
7
9
6
7
9
6
6
40
35
25
40
35
25
40
40
(MPa)
应力计
WL-30
WL-60
WL-120
6
6
6
0.5
1.0
2.0
(MPa)
注:
表中未列出的仪器,加载分档参照本规定执行。
(2)端基线性度检验将仪器压至测量范围下限值(下行)量测电阻比,再分档施加拉力(上行),每档量测电阻比,全量程测电阻比n个;然后下行逐档量测电阻比,同样测得电阻比n个。
反复3次循环后计算下列各值。
各档测点电阻比总平均值:
(11-1-1)
式中:
(Zu)i-上行第i档测点电阻比平均值;
(Zd)i-下行第i档测点电阻比平均值。
各档测点电阻比理论值Zt由下式确定:
(11-1-2)
式中:
ΔZ-量程上下限各自6次电阻比测值平均值之差;
i-测点序号。
各档测点电阻比偏差δI为
δi=(Za)i-(Zt)i(11-1-3)
(11-1-4)
式中:
Δ1―各档测点电阻比偏差δi中最大值。
式中:
Δ2―每次循环中各测点上行及下行电阻比测值差的最大值。
式中:
Δ3―3次循环中各测点上行及下行的各自3个电阻比测值差的最大值。
(5)最小读数(灵敏度)ƒ检验
1)应变计
(11-1-7)
式中:
ΔL-相应于全量程的变形量(mm);
L-应变计标距(mm)。
2)测缝计
3)压应力计
式中:
P―检验时的最大压力(N);
A―压应力计有效面积(mm2);
4)孔隙压力计
(11-1-10)
式中:
P―检验时的最大压强(MPa)。
5)钢筋计
(11-1-11)
式中:
P―检验时的最大拉力(N);
Ae―钢筋计钢套截面积(mm2)。
6)误差计算
(11-1-12)
式中:
fT、fi分别为仪器厂家和用户检验的f值。
(7)误差控制力学性能检验的各项误差,其绝对值不得大于表11-1-5规定。
表11-1-5力学性能检验误差限值表
项目
限差(%)
2
1
1
3
2.3.2温度性能检验
(1)试验条件、设备及注意事项
1)参比工作条件:
环境20±2℃,环境相对湿度≤80%。
2)主要设备①超级恒温水槽和水银导电表;②二等标准内标式水银温度计;③双层保温桶(箱);④电阻比电桥;⑤100V直流兆欧表。
3)注意事项①温度系数检验时,仪器要浸入水下5cm,且勿接触加热器,保持水温变化在±0.1℃以内恒温1h,待仪器测值稳定时开始测读。
②检验R0电阻时,双层保温桶(箱)底部先铺垫20cm厚直径小于3cm的碎冰层,将仪器水平置于碎冰层上,仪器与桶壁间应有一定距离,不能相碰。
其上覆盖8~10cm厚碎冰,再放一层仪器,最顶上一层碎冰厚度不得小于20cm。
桶内注入洁净的自来水,水与冰比例为1:
2,恒温过程中要注意从保温桶底部放水,以保持水与冰比例不变。
恒温2h后,任选2支仪器抽检,待测值稳定时开始检测。
③检验分档规定,见表11-1-6。
表11-1-6检验分档规定,
仪器名称
检验分档(℃)
温度计
0
35
70
孔隙压力计
0
20
40
其他差动式电阻仪器
0
20
40
60
(2)0℃电阻检验
1)温度计:
温度0℃时仪器电阻和绝缘电阻。
2)差动电阻式仪器:
测量0℃时仪器电阻、电阻比和绝缘电阻。
3)计算0℃电阻值(除温度计外其他差阻式仪器)
(11-1-13)
式中:
R0′-―计算0℃电阻值;
R0――实测0℃电阻值;
β――钢丝材料电阻温度二次系数取2.2×10-6×℃-2或由厂家提供;
T1――60℃(孔隙渗压计为40℃)。
(3)温度系数检验每一检验档应测量仪器电阻、电阻比,温度上限档应同时测量仪器绝缘电阻。
(11-1-14)
式中:
α0―铜丝材料的电阻温度系数,取42.5×10-4×℃-1或由厂家提供.
2)差动电阻式仪器0℃以上和0℃以下温度系数α’、α″
(11-1-15)
α″=(1.066~1.097)α′(11-1-16)
式中:
α取2.89×10-3×℃-1或由厂家提供。
(4)检验误差规定仪器温度性能各项检验值与出厂系数之差的绝对值及绝缘电阻应满足表11-1-7规定。
表11-1-7温度性能检验误差规定
项目
R0(Ω)
R0′α′(℃)
T(℃)
RX(MΩ)
温度计
差动电阻式仪器
绝缘电阻
限差
≤0.03
≤0.3
≤0.3
≤0.5
≥50
2.3.3防水性能检验
(1)主要设备
1)承受1MPa的高压容器及配套的小型水压机;
2)量程1MPa的1~2级标准压力表;
3)100V直流兆欧表;
4)电阻比电桥;
5)测缝计专用夹具及电缆引出管止水橡皮塞。
(2)注意事项
1)高压容器充水后应排尽容器内的空气,并防止漏水;
2)检查并拧紧连接螺杆的螺帽,保证试验安全。
(3)防水检验
1)对仪器施加0.5MPa水压力(孔隙压力计应在测量上限压力下进行试验),持续时间≥0.5h。
2)测量仪器电阻比、电阻、室温;量测仪器外壳(或高压容器外壳)与电缆芯线之间的绝缘电阻,其值应≥50MΩ。
2.4电阻比电桥检验
电阻比电桥的准确性直接影响观测值的精度,必须定期检验。
2.4.1试验条件及设备
(1)参比工作条件环境温度10~30℃;环境相对湿度≤80%。
(2)主要设备电阻比电桥率定器(每年计量检定一次);光电反射式检流计;双臂电桥;100V直流兆欧表。
2.4.2检验项目
①绝缘电阻RX;②零位电阻r0及变差Δr0;③电阻比及电阻准确度;④内附检流计灵敏度fg及工作时间tg。
2.4.3率定器法检验
(1)绝缘检验:
将电桥“ε、t”开关指向“ε”,“3、5”开关指向“5”,检流计阻尼开关指向“关”。
用兆欧表火线接电桥“黑”(或“白”)接线柱,地线接电桥面板,兆欧表指示值RX应>200MΩ。
(2)零位电阻和变差检验:
反面放置电桥面板,使内部线路向上,将可变电阻旋钮全部置于“0”位。
将双臂电桥P1、C1两引线接入白接线柱上,P2、C2引线柱接入可变臂R与50Ω固定电阻焊接点处。
旋转双臂电桥滑线电阻使桥路平衡,双桥测值即为零位电阻r0,该值应≤0.01Ω。
将可变电阻4只旋钮反复钮转3次以上,再测零位电阻,前后两次测值之差Δr0称变差应≤0.02Ω。
(3)准确度检验:
对好AC1/4型检流计光点,将插头插入电桥插孔内,电桥与率定器相应的接线柱用专用连接片接好,调节检流计阻尼使其匹配。
反复旋转率定器及电桥各旋钮3~4次,将电桥可变电阻臂×1、×0.1、×0.01旋钮置于“0”位。
1)“×10”档检验:
将电桥“ε、t”开关指向“t”、“×10”档旋钮置于“1”;率定器“Z”旋钮置于“R”,“R”旋钮置于“1”。
按下电源开关,记录检流计偏格α;然后将电桥“×0.01”档拨进一档使可变电阻增加0.01Ω,记录检流计偏格α′。
检流计常数αT=α′-α(11-1-17)
“×10”档误差
(11-1-18)
用同样方法检验“×10”档2~10电阻准确度。
2)“×1”档检验:
将电桥“ε、t”开关指向“ε”,“×10”档旋置于“9”,“×1”档旋置于“5”,“×0.1”和“×0.01”档旋钮置于“0”;率定器“R”旋钮置于“Z”,“Z”旋钮置于“0.95”。
按下电源开关,记录检流计偏格α;然后将电桥“×0.01”档拨进一档,使可变电阻增加0.01Ω,记录检流计偏格α′。
检流计常数αT=α′-α
“0.95”档误差α/αT≤0.01(11-1-19)
用同样方法检验0.96~1.05电阻比准确度。
3)“×0.1”及“×0.01”档检验:
这两档电阻值小,其误差不影响电阻和电阻比测值,检验目的主要是查明桥路电阻是否有假焊,刷片是否接触不良。
使电桥处于平衡状态,按粗调电源开关,将“×0.1”档从“0”至“10”缓慢拨动,观察检流计指针是否均匀偏转,若均匀偏转则工作状态正常。
用同样方法检验“×0.01”档,检验时应按精调电源开关。
(4)内附检流计检验:
调整内附检流计指针对“0”,使电桥处于检验电阻比状态,将桥面电阻增加0.1Ω,指针偏转>3mm者为灵敏度fg合格。
调整桥面电阻,使检流计处于5mm~10mm偏格的不平衡位置,切断电源,用秒表测量指针返回原点时间tg应≤3s。
均匀转动桥面“×0.1’档旋钮,观察检流计指针偏转是否顺畅无阻碍。
(5)采用简易率定法时,限差可放宽1倍。
2.5钢弦式仪器检验
2.5.1力学性能检验
(1)参比工作条件:
环境温度20±1℃,(GB/T13606-92规定为20±1℃,由于钢弦式仪器受温度影响小,且检验时温度基本稳定,实际可采用10~30℃。
)检验时环境温度应保持一致;大气压力86~106kPa。
(2)主要设备率定架及配套传感器夹具;0级千分表;大量程0级百分表;1级万能材料试验机;高压容器及配套的小型水压机(或空气压缩机);活塞式压力计及0.35级标准压力表;钢弦频率计。
(3)注意事项:
①传感器在参比工作条件下预先放置2h以上;②传感器安装在检验设备上时,控制频率变化不大于20Hz;③检验前应在仪器测量上、下限范围内预拉压循环3次以上,每次循环间隔时间5min,记录测量上、下限及零位时频率;④检验过程中应平稳地施加拉(压)力,避免出现超调或回调现象。
每级测点应保持30s后方可测读频率,退回测量下限(或零点)应保持3min后再测读频率;⑤正式检验一般重复3次,在同一输入量(加载量)下允许频
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