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水准圆点——大坝安全监测双金属标施工与观测
来源:四川葛南仪器有限公司 | 作者:水利监测人张工 13990298835 | 发布时间: 2023-12-25 | 501 次浏览 | 分享到:
水准圆点——大坝安全监测双金属标施工与观测

双金属标水准圆点组成：钻孔200mm，外护管168D7钢管，内测管89D7钢管。


大坝安全监测双金属标施工与观测：大坝变形观测主要包括水平位移，垂直位移的量测。在大坝施工区域内，通常采用钻孔安装双金属标来为大坝垂直位移观测提供工作基点。双金属标有单标和双标两种。

   1 双金属标原理

     双金属标是指从坝顶或者廊道底板钻孔到大坝基础垂直位移可忽略处，在孔内安装钢管保护管，并在其中安装铝管及钢管，分别量测两管口相对孔口的位移。

     一般认为铝的线膨胀系数是钢的2倍（即α铝=2α钢），在相同温度变化的影响下，只要量测出长度基本相同的两管轴线方向变形的差值，即可求的温度改正量，从而扣除温度变化对垂直位移的影响。

     在实际操作过程中，先量测出钢管与孔口之间相对于初测值的变形量，其值包括孔口发生的沉降量及钢管发生温度变形之和：

                   h钢=ε+ε钢                  （1）

     同样，铝管与孔口相对初测值的变形量：

h铝=ε+ε铝                           （2）

 当α铝=2α钢时，有ε铝=2ε钢，代入（1）、（2）式中得ε钢= h铝- h钢，因此每次实测沉降量：

          h钢-ε钢= h钢-（ h铝- h钢）= 2h钢- h铝

   2 双金属标施工

     双金属标设置在坝基地质情况较好处，钻孔深度以钻到坝基相对不动为原则，孔径、孔深一般由工程设计方提出。

     双金属保护管一般采用直径168mm，壁厚6～8mm的无缝钢管，每节2～3m，内壁光滑，用公母螺纹对接，以方便钢、铝管安装。

     双金属标的钢、铝管需要选用同炉材料，保证具有相同的物理力学性能，对重要项目需要委托专门机构进行两者的温度膨胀系数测定。

 双金属标的钢、铝管可并排安装，也可两管套在同一圆心上。一般铝管的壁厚应比钢管的大些。钢、铝管每节一般也采用2-3米，用加工的外箍接头相连接。钢管接头与钢管用丝扣相接并可在工厂时就装配好，这样既可减少配件的数量，也可减少现场安装的工作量，提高安装质量及工作效率。铝管也可同样加工，可将连接的丝扣的牙距与钢管加工成不同，一方面是因为钢、铝管的特性不同，另一方面也可杜绝在安装时钢、铝管拼装错位。

 双金属标管一般在保护钢管放入钻孔中后逐断吊装，然后将保护钢管提起1米，将1:1的水泥沙浆从保护管与钻孔之间逐部灌入，直致钢、铝管底部1m埋入混凝土内。 

 以上这种灌浆方式很可能因为钻孔与保护管外壁间距小，而不能将水泥浆顺利送到孔底。为了解决这问题，可以将钢、铅管间的橡胶扶正环，做成哑铃形状，待保护管、钢管、铝管安装到位后，从中灌浆下去。钢管、铝管底部1250px部分开一些8mm的小孔，待水泥浆固结后，可从管口检查其中是否已灌浆到位。  

如果双金属标管能一天吊装完成，也可在吊装前将保护管提有1米后就向钻孔内灌浆，在水泥浆没有凝固前就将钢、铝管理入混凝土，能解决灌浆不到位的问题。

   3 观测及误差分析

     按照规范混凝土坝坝基垂直位移约为1~3mm，国际测量工作者联合会(FIG)变形观测小组提出监测值的误差应小于变形量的1/10~1/20，取前者，就要求垂直位移的误差应控制在0.1~0.3mm之间。引起实际垂直位移的误差的原因有传感器、人工读数、双金属标管的线膨胀系数等因素，对传感器我们可以选择测量精度更高的仪器，提高机械加工精度及安装质量降低装配误差，管材的线膨胀系数误差影响有多大，可进行简单分析。一般我们认为铝的线膨胀系数是24×10-6，实际检测中有23.8×10-6，安照双金属标管深30米，温度变幅10℃，其误差有0.06mm，同样钢管也会有0.03mm左右的误差，每次变形测值为2h钢-h铝，按误差传递理论，综合误差为0.09mm，已经接近于误差要求。因此我们认为双金属标管较深、温度变幅软大、观测部位变形较小时，需要进行精确测定管材的线膨胀系数才能取得较好的观测数据。

     选择量测点也很重要，钢管管口相对孔口的变形量，在我们有些工程项目中，认为孔口就是钢管保护管口，其实这样量测出来的变形量是偏小的，钢管保护管基本是到孔底，也就是说其底部已经到了垂直位移忽略不计的深度，则不能代表孔口部位的沉降量。