差阻式渗压计在南水北调中线京石段S26标渠道断面中的安装技术

闫国平

（山西省水利建筑工程局 太原 030006）

1 渗压计功能及其在南水北调渠道工程中应用概述

南水北调中线京石段S26标主干渠设计流量135 m3/s，渠内设计水深4.5 m，渠底置于片麻岩、中砂或黄土状壤土上，渠道为梯形断面，过水边坡系数2.5，设计底宽18.5～21.5 m，渠道挖深8～18 m.本标段渠道设4个观测断面，分别在渠底、边坡和防洪堤顶共埋设渗压计20个，采用南京南瑞集团公司生产的差阻式渗压计。

渗压计又称孔隙水压力计，由弹性薄板、传感器、密封壳及引出电缆四部分组成。适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物及土体内，测量结构物或土体内部的渗透（孔隙）水压力，并可同步测量埋设点的温度，测值准确、性能稳定。差阻式渗压计的工作原理是压力水透过渗压计进水口的透水石后，使受压板产生挠曲，传递给装置于受压板后的传感器，引起电阻比变化，从而测得渗透压力的大小。差阻式渗压计有电阻比Z和电阻Rt两种测值，利用这两个测值及仪器特性参数可算出测点的渗透压力，利用电阻Rt测值和仪器特性参数可算出测点位置的温度。

2 渗压计埋设

2.1 仪器开箱检查和检验率定

渗压计选型前一定要仔细研究仪器的长期稳定性、精确度和在其它工程应用情况，按照图纸要求和监理指示，提交仪器采购计划，报监理工程师审批后方可采购。当采购的仪器运到现场后，检查仪器说明书、合格证书、出厂卡片、配件是否齐全，仪器运输过程是否有损坏，不合格的仪器设备应及时更换。

渗压计在安装前需要按照有关规范和设计技术要求进行率定和电缆测试，主要检查渗压计的工作状态，校核出厂参数，验证各项质量指标是否与设计要求和说明书相一致。渗压计在满足要求的储存环境中储存超过12个月时，埋设前应重新检验，安装前一定要保证仪器和电缆质量。

2.2 埋设方法

根据设计图纸，渠道渗压计布置在左右堤顶和左右一级马道处，以及渠底靠近边坡处的混凝土下方。渗压计埋设人员应熟悉仪器的各项性能，提前做好埋设前的准备工作，严格按设计图纸的要求现场测量放样，严格按厂家说明书、有关技术文件及规范的要求操作，同时认真收集各项资料，准确绘制埋设图。

堤顶和一级马道处的渗压计装在测压管内，在安装部位打直径为130 mm的孔，钻进到设计深度后结束。钻孔完成后，进行孔径、孔深、孔斜检验。验孔合格后，在底部回填200 mm厚的中细砂，然后将Φ50 mm的镀锌钢管插入钻孔，安放在中细砂上部。钢管底部用直径66 mm、厚度为4 mm的圆形钢板焊接封堵，钢板上固定一个30 cm高的不锈钢十字支架。钢管底部起2 m范围内为透水花管，周围用Φ8 mm钻孔，环向6孔均匀分布，沿纵向交错排列，管外包400 g/m2无纺土工织物2层，用12#铅丝缠绕扎紧。镀锌钢管插入钻孔后，用中细砂回填钢管和钻孔壁之间的空隙，钻孔回填是一项耐心细致的工作，投砂和土料时要从孔口少量均匀地投，不要一次过多，以免遮住孔壁。回填后，将渗压计用1.2 mm的钢丝悬吊，慢慢放入镀锌钢管内，直到放在十字支架上。渗压计在安装前，外壳及透水石须在清水中浸泡24 h以上，使其充分饱和；渗压计的引出电缆与接长电缆可靠连接。渗压计吊入管底后，将钢丝固定在镀锌钢管管口处的钢筋上，电缆通过镀锌钢管上的三通通向观测室。堤顶及一级马道处渗压计安装结构图见图1.

图1 堤顶及一级马道处渗压计安装结构图

渠底渗压计安装前先开挖埋设坑，坑口尺寸为15 cm×40 cm，深度根据渗压埋设设计高程确定。安装前需先将渗压计端部的透水石取下，将外壳和透水石在水中浸泡24 h以上，使其达到饱和状态，并且将引出电缆与接长电缆可靠连接。埋设前，用细铜网包裹细砂，渗压计放入细砂内，形成砂包，砂包由干净的细砂组成，并以水饱和。埋设坑内先铺一层细砂，将砂包裹体轻轻放入埋设坑内，然后再用细砂、原开挖土料分层回填。回填时采用薄层铺料、专门压实的方法，保证既不损坏渗压计，又回填密实不沉陷。渠底渗压计安装结构图见图2.

图2 渠道渗压计安装结构图

2.3 电缆接头连接

电缆与渗压计的传感器直接连接，大部分为加保护管直接埋入土体或接触水体，引出地面后与观测站内的数据采集装置连接。渗压计引出电缆与接长电缆的接头连接工序很关键。具体做法是：根据设计和现场情况准备仪器的接长电缆，将电缆头护层剥开50～60 mm，不要破坏屏蔽层，然后按照绝缘的颜色错落（台阶式）依次剥开绝缘层，剥绝缘层时应避免将芯线碰伤，同时要去除芯线表面的氧化物。电缆连接前将密封电缆胶模具预先套入电缆的两端头，模具头、管套入一头，盖套入另一头，以保证接头部位的导体间、导体与屏蔽间得到良好绝缘。芯线接好后，要检查其连接是否可靠，搭接部位用电工绝缘胶布和橡胶带包裹。电缆外套与胶布粘接部位应锉毛，用电工绝缘胶布螺旋整体缠绕在一起。然后将电缆竖起（可以用简单的方法固定），将厂家提供的胶混合搅匀后，从模具上部均匀地倒入，待满后将模具上部盖上盖子。24 h后用万用表检测绝缘电阻，若接线良好，即可埋设电缆。

电缆沿钢管垂直上引，在三通位置穿出镀锌钢管，电缆沿电缆沟牵引至渠道观测室。电缆牵引时用Φ50 mm～Φ75 mm的PVC套管保护，不同直径保护管的衔接采用变径接头，保护管设在电缆沟内，折弯处采用三通或弯头衔接，电缆必需要有余度，并不得互相缠绕，电缆牵引完毕后用原土回填密实，上部覆盖厚度不小于50 cm.

3 电缆敷设技术要求

渗压计安装施工要求很高，电缆的质量和敷设中的过程保护是渗压计安装成功的一个很重要的环节。根据经验，仪器不能正常工作，最主要是由于电缆的损坏。因此，一方面要保证电缆质量，渗压计电缆应是能负重、防酸碱、耐腐蚀、质地柔软的水工观测专用电缆；另一方面要重视电缆敷设时的保护工作，防止电缆和仪器受到人为和机械等外力的损坏，也防止电缆和仪器受到日光的暴晒或雨水的淹没以及油类和化学物品的玷污和腐蚀。

对于土体中埋设的电缆，需沿电缆牵引线路挖槽形成电缆沟，电缆应埋于电缆沟中，并穿管保护。电缆在敷设时必须留有余度，敷设的电缆余度由敷设的介质材料、位置、高程而定，一般约为敷设长度的5%～10%.渗压计至监测站的电缆尽可能少用接头，在电缆接头处涂环氧树脂或侵入蜡，以防潮气渗入。应严格防止化学材料腐蚀电缆，经常保持电缆的干燥和清洁。

电缆在牵引过程中，要严防用力不均损坏电缆及接头；电缆跨施工缝或结构缝时，应留有足够的长度，并采用穿管过缝的保护措施，防止由于缝面张开而拉断电缆。

在电缆敷设的线路上，应设置警告标志。尤其是暗埋线时，应对准确的暗线位置和范围设置明显的标志；在电缆敷设过程中，要保护好电缆头和编号标志，应随时监测电缆和渗压计的状态及绝缘情况，并记录和说明；埋设的电缆应作好记录和敷设图。

4 数据观测要求

观测人员主要由具有操作经验的、并在类似工程中负责过观测设施的、具有一定理论知识的专业人员组成，并严格按照图纸和技术要求进行操作。渗压计埋设后立即全面检测仪器读数和绝缘性能，判断工作状态、精度是否和说明书及设计相符，并采集初始读数。渗压计仪器埋设后前5天，每天观测1次，之后每旬观测2次。观测时，需认真读取并记录仪器读数，分析观测结果是否正常，是否与实际情况相符。通过对观测成果的系统分析，可以检验和分析建筑物的工作状态是否在设计范围内，当出现异常情况时及时分析原因，提出处理措施。