測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線

2015.04水利工程管理技術(shù)測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線土壩建成蓄水后，由于水頭的作用，壩體內(nèi)必然產(chǎn)生滲流現(xiàn)象。水在壩體內(nèi)從上游滲向下游，形成一個(gè)逐漸降落的滲流水面，稱為浸潤面（屬無壓滲流）。浸潤面在土石壩橫截面上只顯示為一條曲線，通常稱為浸潤線。土壩浸潤面的高低和變化，與土壩的安全穩(wěn)定有密切關(guān)系。土壩設(shè)計(jì)中先需根據(jù)土石壩斷面尺寸、上下游水位以及土料的物理力學(xué)指標(biāo)，計(jì)算確定浸潤線的位置，然后進(jìn)行壩坡穩(wěn)定分析計(jì)算。由于設(shè)計(jì)采用各項(xiàng)指標(biāo)與實(shí)際情況不可能完全符合設(shè)計(jì)要求等，因此，土壩設(shè)計(jì)運(yùn)用時(shí)的浸潤線位置往往與設(shè)計(jì)計(jì)算的位置有所不同。如果實(shí)際形成的浸潤線比設(shè)計(jì)計(jì)算的浸潤線高，就降低了壩坡的穩(wěn)定性，甚至可能造成滑坡失穩(wěn)的事故。為此，觀測掌握壩體浸潤線的位置和變化，以判斷土石壩在運(yùn)行期間的滲流是否正常和壩坡是否安全穩(wěn)定，是監(jiān)視土石壩安全運(yùn)用的重要手段，一般大中型土壩水庫都必須予以重視，認(rèn)真進(jìn)行。為掌握土壩在運(yùn)行期間的滲透情況，應(yīng)在壩體埋設(shè)測壓管，進(jìn)行浸潤線觀測。測壓管法是在壩體選擇有代表性的橫斷面，埋設(shè)適當(dāng)數(shù)量的測壓管，通過測量測壓管中的水位來獲得浸潤線位置的一種方法。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線一、測壓管布置土壩浸潤線觀測的測點(diǎn)應(yīng)根據(jù)水庫的重要性和規(guī)模大小、土壩類型、斷面型式、壩基地質(zhì)情況以及防滲、排水結(jié)構(gòu)等進(jìn)行布置。一般選擇有代表性、能反映主要滲流情況以及預(yù)計(jì)有可能出現(xiàn)異常滲流的橫斷面，作為浸潤線觀測斷面。例如選擇最大壩高、老河床、合龍段以及地質(zhì)情況復(fù)雜的橫斷面。在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行浸潤線計(jì)算的斷面，最好也作為觀測斷面，以便與設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。橫斷面間距一般為100～200m，如果壩體較長、斷面情況大體相同，可以適當(dāng)增大間距。對于一般大型和重要的中型水庫，浸潤線觀測斷面不少于3個(gè)，一般中型水庫應(yīng)不少于2個(gè)。每個(gè)橫斷面內(nèi)測點(diǎn)的數(shù)量和位置，以能使觀測成果如實(shí)地反映出斷面內(nèi)浸潤線的幾何形狀及其變化，并能描繪出壩體各組成部位如防滲排水體、反濾層等處的滲流狀況。要求每個(gè)橫斷面內(nèi)的測壓管數(shù)量不少于3根。（1）具有反濾壩址的均質(zhì)土壩，在上游壩肩和反濾壩址上游各布置一根測壓管，其間根據(jù)具體情況布置一根或數(shù)根測壓管。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線（2）具有水平反濾層的均質(zhì)土壩，在上游壩肩以及水平反濾層的起點(diǎn)處各布置一根測壓管，其間視情況而定。也可在水平反濾層上增設(shè)一根測壓管。（3）對于塑性心墻，如心墻較寬，可在心墻布置2～3根測壓管，在下游透水料緊靠心墻外和反濾層壩址上游端各埋設(shè)一根測壓管如心墻較窄，可在心墻上下游和反濾壩址上游端各布景一根測壓管，其間根據(jù)具體情況布置。（4）對于塑性斜墻壩．在緊靠斜墻下游埋設(shè)一根測壓管，反濾壩址上游端埋設(shè)一根測壓管，其間距視具體情況布置。緊靠斜墻的測壓管，為了不破壞斜墻的防滲性能并便于觀測，通常采用有水平管段的L形測壓管。水平管段略傾斜，進(jìn)水管端稍低，坡度在5％左右，以避免氣塞現(xiàn)象。水平管段的坡度還應(yīng)考慮壩基的沉陷，防止形成倒坡。（5）其他壩型的測壓管布置，可考慮上述原則進(jìn)行。不論何種壩型及布置方式，每一個(gè)橫斷面內(nèi)的測壓管數(shù)目，應(yīng)不少于3根。并應(yīng)布置在橫斷面的中部的下游部分。必要時(shí)，還應(yīng)在反濾設(shè)備的下游安設(shè)一根。需要在壩的上游壩坡部分埋設(shè)測壓管時(shí)，盡可能布置在最高洪水位以上，如必須埋設(shè)在最高水位以下時(shí)，需注意當(dāng)庫水位上升即將淹沒管口前，用水泥砂漿將管口封堵塞。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線二、觀測設(shè)備（6）面板堆石壩近年來是我國推廣應(yīng)用的一種壩型。由于面板是采用混凝土或?yàn)r青混凝土等基本上不透水的材料構(gòu)成；而且面板的厚度較?。?m左右），因此面板內(nèi)不存在觀測浸潤線的任務(wù)。此種壩型堆石體內(nèi)浸潤線的位置很低，等勢線近于垂線，因此也只需在每條垂線設(shè)一個(gè)測點(diǎn)。另外，這種壩型的主要問題是面板開裂，產(chǎn)生集中滲流而沖刷面板下的墊層。因此，還應(yīng)在墊層內(nèi)設(shè)置測點(diǎn)，以監(jiān)測面板的開裂。觀測浸潤線的測壓管長期埋設(shè)在土石壩內(nèi)，因此要求管材不易變形和腐爛，經(jīng)久耐用。最常用的是金屬管，也可采用塑料管或無沙混凝土管。測壓管主要由進(jìn)水管段（長度0.8～1m）、保護(hù)設(shè)備兩部分組成。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線（一）測壓管的埋設(shè)與安裝測壓管一般埋設(shè)在土石壩竣工后干鉆造孔埋設(shè)（有水平管段的L形測壓管，必須在施工期埋設(shè)）。對于測壓管深度不超過10m的，可采用人工取土器鉆孔的方法埋設(shè)，對于測壓管深度超過10m以上的測壓管，一般應(yīng)采用鉆孔的辦法埋設(shè)。測壓管埋設(shè)后，應(yīng)妥加保護(hù)，管口加蓋上鎖，并進(jìn)行編號(hào)，繪制測壓管布置圖和結(jié)構(gòu)圖，測定出管口高程，最后將埋設(shè)過程以及有關(guān)影響因素記錄在考證表內(nèi)。（二）測壓管的注水試驗(yàn)檢查測壓管埋設(shè)完畢后，要及時(shí)做注水試驗(yàn)，檢查靈敏度是否符合要求。試驗(yàn)前，先測定管中水位，然后向管中注入清水。在一般情況下，土料中的測壓管注入相當(dāng)于測壓管3～5m體積的水；砂料中的測壓管注入相當(dāng)于測壓管5～10m體積的水，測得注水面高程后，則再經(jīng)過5min、10min、15min、20min、30min、60min后各測量水位一次，以后時(shí)間可適當(dāng)延長，測至降到原水位時(shí)為止。記錄測量結(jié)果，并繪制水位下降過程線作為原始資料。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線三、觀測測壓管水位的儀器和觀測方法對于粘壤土，測壓管內(nèi)水位如果五晝夜內(nèi)降到原來水位時(shí)，認(rèn)為是合格的，對于砂壤土，水位一晝夜降到原來水位時(shí)，認(rèn)為合格；對于砂礫料，水位如果在12h內(nèi)降到原來水位時(shí)或灌入相應(yīng)體積的水而水位升不到3～5m時(shí)，認(rèn)為是合格的。對于靈敏度不合格的測壓管，在分析觀測資料時(shí)應(yīng)考慮到這一因素，必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行洗孔或在該孔附近另設(shè)測壓管。觀測測壓管水位的儀器設(shè)備品種很多，目前常用的有測深鐘和電測水位器等，有些單位采用壓氣U形管，還有些單位采用示數(shù)水位器以及研制遙測測壓管水位計(jì)。簡要介紹如下：測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線（一）測深鐘測深鐘構(gòu)造最為簡單，中小型水庫都可進(jìn)行自制。最簡單的形式為上端封閉、下端開敞的一段金屬管，長度為30～50mm，好像一個(gè)倒置的杯子。上端系以吊索。吊索最好采用皮尺或測繩，其零點(diǎn)應(yīng)置于測深鐘的下口。觀測時(shí)，用吊索將測深鐘慢慢放入測壓管中，當(dāng)測深鐘下口接觸管中水面時(shí)，將發(fā)出空筒擊水的“嘭”聲，即應(yīng)停止下送。再將吊索稍為提上放下，使測深鐘脫離水面又接觸水面，發(fā)出“嘭、嘭”的聲音。即可根據(jù)管口所在的吊索讀數(shù)分劃，測讀出管口至水面的高度，計(jì)算出管內(nèi)水位高程。測壓管水位高程=管口高程-管口至水面高度用測深鐘觀測，一般要求測讀兩次，其差值應(yīng)不大于2cm。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線（二）電測水位器電測水位器是利用水能導(dǎo)電或者利用水的浮力將導(dǎo)電的浮子托起接通電路的原理制成的。各單位自行制作的電測水位器形式很多，一般有測頭、指示器和吊尺組成。測頭可用鋼質(zhì)或鐵質(zhì)的圓柱筒，中間安裝電極。也可只安裝一個(gè)電極，而利用金屬測壓管作為一個(gè)電極。電測水位器的指示器可采用電表、燈泡、蜂鳴器等。據(jù)有些單位使用，認(rèn)為效果較好。指示器與測頭電極用導(dǎo)線連接。測頭掛接在吊尺上，吊尺可用鋼尺。連接時(shí)應(yīng)使鋼尺零點(diǎn)正好在電極入水構(gòu)通電路處，或者用厚鋼尺掛接，再加自鋼尺零點(diǎn)至電極頭的修正值。觀測時(shí)，用鋼尺將測頭慢慢放入測壓管內(nèi)，至指示器得到反映后，測讀測壓管管口的讀數(shù)，然后計(jì)算管內(nèi)水面高程。測壓管水位高程=管口高程-管口至水面距離-測頭入水引起水面升高值測頭入水引起水面升高值可事先試驗(yàn)求得。用電測水位器觀測測壓管水位需測讀兩次，兩次讀數(shù)的差值，對大型水庫要求不大于1cm，對中型水庫要求不大于2cm。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線（三）遙測水位器在大型水庫測壓管水位低于管口較深，測壓管數(shù)目較多，測次頻繁，采用遙測水位器觀測管中水位可大大節(jié)省人力，而且精度高，效果好。適用于測壓管管徑不少于50mm，且安裝比較順直的情況。其原理主要是采用測壓管中的水位升降，由浮子帶力傳動(dòng)輪和滾筒，觀測時(shí)，通過一系列電路帶動(dòng)滾筒一側(cè)的棘輪，追蹤量測滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)量，并反映到室內(nèi)儀表，即可讀出管中水位。將滲壓計(jì)安裝在測壓管歷史最低水位以下，測量滲壓計(jì)承受的水壓力，根據(jù)其放入測壓管內(nèi)的深度及孔口高程，測得測壓管水位，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化觀測的常用方法。測壓管法監(jiān)測土壩浸潤線上述各種觀測方法表明，測讀測壓管水位高程都要以管口高程作為依據(jù)，因此，管內(nèi)水位高程觀測是否正確，不僅取決于觀測方法的精度，同時(shí)也取決于管口高程是否可靠。為此，要求