柏叶口水库工程孔隙水压力计的分析与运用

任伟

（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）

1 水库概况

柏叶口水库是一座以城市生活和工业供水、文峪河水库防洪为主，兼顾提高现有灌区的灌溉保证率、发电等综合利用的中型水利枢纽工程，位于山西省吕梁市交城县会立乡柏叶口村上游的文峪河干流上，控制流域面积875 km2，其下游为已建的文峪河水库。

2 监测任务概述

一般大坝对于水利工程应发挥的主要作用确定了监测项目选定和监测仪器选择的原则。

2.1 监测项目的选定

坝基、坝体与坝基的连接部位是一个重要部位，特别是当地质构造带穿过坝趾基岩时，与构造带的变形和蓄水后渗流条件变化有关的项目必须予以优先考虑。大坝的防渗体是另一个重要部位，包括灌浆帷幕等，蓄水后的防渗效果是需要监测的项目。

2.2 监测仪器的选择

本文的论述目的在于选择大坝渗流监测的仪器。选定的仪器必须性能可靠。对于国内已定型生产的，并且已有较多工程使用又经历时间考验为正常运行的仪器应该首先考虑。

对于新开发的或者是超常规限定值的仪器必须经过科学试验又具有确实的把握性才能采用。当要求仪器承受超过其规定的高水头作用时，仪器的防水、防潮必须作专门处理，再经过具有相应安全度的外水压作用的稳定性能试验后才能使用。

表1 各种孔隙水压力计的性能比较表

3 孔隙水压力计的类别

孔隙水压力计型式多种，一般分为竖管式、水管式、气压式和电测式四大类。电测式又依传感器不同分为：差别电阻式、振弦式、电阻应变式和压阻式等。各种孔隙水压力计的性能比较见表1.根据分析比较，决定选定振弦式孔隙水压力计。

3.1 振弦式孔隙水压力计

3.1.1 用途

振弦式孔隙水压力计因传输信号为频率，不受电缆电阻、接头电阻及接地漏电等因素影响，允许长电缆数据传输，而且灵敏度高，能在恶劣条件下长期稳定工作，因此广泛用于监测土坝、混凝土建筑物、基岩、钻孔（井）、基础、管道及压力容器内孔隙水压力、水位或液态压力。

3.1.2 结构型式

振弦式孔隙水压力计由透水板，承压膜、钢弦、支架、线圈、壳体和传输电缆等构成，分为钻孔埋入式和填方埋入式。

根据孔隙压力计的使用情况，仪器壳体的外形设计成多种形式。除标准埋入型用于填土外，还有锥体贯入型可以直接推入软基中，配有螺纹管型可接入液压或气压管路。在土石坝的测压管内观测孔隙水压力，要选用小尺寸、小量程、高精度的渗压计。

电缆通常用氯丁橡胶护套，或聚氯乙烯护套二芯（三芯）屏蔽电缆，对高土石坝则应采用带加强钢丝和加厚护套的屏蔽电缆。

3.1.3 工作原理

振弦式孔隙水压力计将一根振动钢弦与一灵敏受压膜片相连，当孔隙水压力经透水板传递至仪器内腔作用到承压膜上，承压膜连带钢弦一同变形，测定钢弦自振频度的变化，即可把液体压力转化为同等的频率信号测量出来。

4 运用

柏叶口水库主要建筑物等级为三级，采用混凝土面板堆石坝，坝顶宽10 m，坝顶长296.0 m，从坝脚趾板最低高程算起，最大坝高88.3 m.

坝体渗流量观测的目的是为了确定观测断面上的渗透量分布和浸润线的位置。由于坝基覆盖层较厚，相对透水层较深，地下水位又低于地面高程，再加上溢洪道出口与坝趾下游距离很短，受地形条件限制，不适合设排水沟及量水堰量测坝体及坝基渗流量。

依据《土石坝安全监测技术规范》的相关内容，“作用水头大于20 m的坝，渗透系数小于10-4cm/s的土中，观测不稳定渗流过程以及不适宜埋设测压管的部位，宜采用振弦式孔隙水压力计，其量程应与测点实有压力相适应”。“孔隙水压力观测断面，一般设2～3个横断面，且其中1个为主观测断面。应设于最大坝高，合龙段，坝基地基地质地形条件复杂处，并应尽量同变形、渗流、土压力观测断面相结合。”

通过对仪器主要参数的选比，最后采用了南京南瑞集团公司所生产的孔隙水压力计（渗压计），参数为：量程0.2～5.0，工作温度为-25℃～60℃，测温精度为±0.5℃.

根据规范规定及仪器的选定，在大坝下游断面0+070、0+090两处断面各设测压管3根，共计6根。通过观测地下水坡降，计算出渗流量。坝内各测点布置在坝基以上正常蓄水位时浸润线以下。

坝基渗流压力观测的目的是为了监测防渗系统的工作状况和坝基覆盖层的渗透稳定性。包括坝基天然岩土层，人工防渗和排水设施等关键部位渗流压力分布情况的观测。在本大坝中，沿防渗帷幕下游10～20 m坝基内埋设振弦式渗压计，共埋设6支渗压计。

5 结论

通过以上可知，柏叶口水库的观测设计采用振弦式孔隙水压力计是非常重要的，包括资料的收集、处理、设计的确定、信息的反馈，其目的是为了工程的永久安全。总之，大坝安全监测的目的就是利用一切手段，确保大坝以较少的投入来保证长期、稳定、安全的运行，实现效益的最大化。