弦式渗压计的安装与水位测管材质的选择——浑河闸应急加固工程示例

李晓曦，李庆荣，陈明朗

( 大伙房水库管理局，辽宁 抚顺113007)

1 弦式渗压计的应用

浑河闸工程主体由拦河闸、浑沙、浑蒲进水闸3 大部分组成，浑河闸枢纽工程原设计洪水标准按50 a一遇洪水设计，流量为4 174 m3/s; 按200 a 一遇洪水校核，流量为5 716 m3/s。正常挡水位35.00 m。

本次应急除险加固工程为满足300 a一遇洪水校核的设计标准及工程安全和运行的实际需要，设置观测项目有: 表面水平观测、垂直位移观测;闸底板扬压力监测;闸上下游水位监测;过闸流量监测;闸下河床冲刷、淤积监测［1］。

根据设计要求，其中闸底板扬压力监测、闸上下游水位监测、过闸流量监测3个项目中均使用了弦式渗压计。

2 测点布置

2.1 闸底板扬压力监测测点布置

在测点布置时要有针对性、能形成观测断面、测量数据便于相互印证。拦河闸、浑蒲进水闸、浑沙进水闸在上、下游水位差作用下产生扬压力，在尾水作用下产生浮托力。为了监测它们对拦河闸、浑蒲进水闸、浑沙进水闸闸底板渗透压力大小，我们在每个闸段中间的底板上埋设一个渗压计观测点。对拦河闸中间的5、7 两个闸段的闸底板进行了重点监测，每个断面埋设12个测点，共计10个闸段32个测点。对浑蒲进水闸中孔的闸底板进行了重点监测，断面埋设4个测点，共计6个测点。对浑沙进水闸中孔的闸底板进行了重点监测，断面埋设4个测点，共计6个测点。这些测点与设置在闸上启闭机内的MCD 振弦采集仪联接，与设置在监测房内的电子计算机组成扬压力渗透自动化监测系统。

2.2 闸上、下游水位监测与过闸流量测点布置

在浑河闸流量监测系统中采用闸孔出流计算公式推求引水流量的测流方式，因此，除对闸门开度需要进行监测外，还必须对22 孔拦河闸和6 孔进水闸闸前水位和闸后水位进行测量。根据闸门的实际情况，闸孔出流形态为自由流状态，可以根据闸前水位和闸门开度监测流量。

依据《规范》必须于蓄水前在闸前设置一个永久性测点，测点应设置在:

1) 水面平稳受风浪和泄流影响较小，便于安装设备和观测的地点。

2) 岸坡稳固处或永久性建筑物上。

3) 基本能代表坝前平稳水位的地点。

下游水位观测应符合以下要求:

1) 测点布置的技术要求。

2) 与测流断面统一布置。

3) 应布置在水流平顺，受泄流影响较小，便于安装设备和观测的地点。

4) 当各泄水口泄流分道汇入干道时，除在干道上必需设置测点外，可在各分道上也布设测点［2］。

浑河闸前水位监测(1 处) 布置在水面平稳处，监测点设在浑河闸上游右岸挡墙( 桩号Y0 +060.00 处) 。浑河拦河闸、浑浦浑沙闸共计32 孔，每孔设一个闸后水位监测点，监测点设在闸室、闸后的闸墩上，共计32个测点。在每孔闸门上设一个闸门开度仪，共计32个测点。典型闸孔超声波流量计监测4 处，考虑拦河闸22 孔，可以多选择1 孔，浑浦、浑沙进水闸各选择1 孔。共33 处水位监测点、32 处流量监测点、4 孔超声波流量测量点。

3 闸底板扬压力监测测点弦式渗压计的安装方式选择与安装过程

3.1 埋设与测压管两种安装方式的对比

测压管和埋设渗压计是常用的渗流压力监测方法，对两种方法进行比较如下:

1) 测压管相对埋设渗压计而言滞后现象比较明显。所以，规范规定:“作用水头＜20 m的坝、渗透系数≥10－4cm/s的土中、渗透压力变幅小的部位、监视防渗体裂缝等，宜采用测压管”显然，对于渗透系数小、水位变幅和速率大以及可能引起渗透变形的部位不宜采用测压管。

2) 测压管测量方便，测量重复性可达厘米级，埋设渗压计对测点渗压的测量受渗压计的性能指标影响，无法采用有效的方法对测值的准确度进行校核。在实现自动化时，测压管人工比测方便，而渗压计则难以进行有效的人工比测。

3) 对于测压管寿命受到泥沙淤积等的影响，可以通过定期扫孔的方式延长其使用寿命。埋设渗压计的使用寿命决定于渗压计的使用寿命和稳定性［3］。

3.2 闸底板扬压力监测测点弦式渗压计的安装方式选择

根据3.1 中的叙述，考虑到浑河闸蓄水、泄洪、灌溉的3个作用，结合表1、2 中的数据，闸底板扬压力监测测点弦式渗压计的安装方式宜选择埋设方式。

表1 沈阳站汛前及汛后洪峰系列表 m3/s

3.3 闸底板扬压力监测测点弦式渗压计的埋设方法

3.3.1 准备工作

弦式渗压计在进行埋设前必须做好以下5 项准备工作:

1) 弦式渗压计在埋设前必须进行室内检验。

表2 闸基砂土渗透系数计算表

2) 取下仪器端部的透水石，在钢膜片上涂一层黄油或士林油以防生锈。

3) 电缆接长时必须将同色芯线接在一起，并用锡焊认真进行硫化。

4) 安装前需将孔隙压力计在水中浸泡2 h以上其达到饱和状态。

5) 用土工布将弦式渗压计包裹好待用［4］。

3.3.2 埋设过程

在埋设部位基础打出一个直径20 cm深约50 cm的孔洞，在孔内铺一层细砂，将弦式渗压计放在砂垫层上，再用细砂将仪器埋好，孔口用膨胀土封好，即可浇筑上层混凝土。

4 闸上、下游水位监测与过闸流量测点弦式渗压计水位测管材质选择与加工安装过程

4.1 弦式渗压计水位测管材质选择

弦式渗压计一般使用镀锌钢管作为水位测管。热镀锌管是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。热镀锌是先将钢管进行酸洗，为了去除钢管表面的氧化铁，酸洗后，通过氯化铵或氯化锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽中进行清洗，然后送入热浸镀槽中。热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。冷镀锌就是电镀锌，镀锌量很少，只有10 ～50 g/m2，其本身的耐腐蚀性比热镀锌管相差很多。正规的镀锌管生产厂家，为了保证质量，大多不采用电镀锌( 冷镀) 。只有那些规模小、设备陈旧的小企业采用电镀锌，当然他们的价格也相对便宜一些。一般现在用的镀锌钢管都是热镀锌的，而电气上用的线槽等用的是冷镀锌，颜色有一定的区别。水位测管应必须使用热镀锌管，否则难以达到防腐要求，严重影响外观质量和使用寿命。

因浑河闸位于浑河下游，此位置浑河水质非常恶劣，对刚性材料腐蚀较强;现场施工的测压管为镀锌材质防腐的钢管，经过2 ～3个月的灌溉及汛期过水，镀锌钢管已被严重腐蚀，很难达到预定的安全使用年限，并严重影响外观质量和使用寿命，因此改用防腐性能更好的304 不锈钢。

4.2 水位测管的加工与安装及其维护

4.2.1 水位测管的加工

采购的钢管验收合格后，经过钻床打进水孔。进水孔部分钢管长度≥1 m，使用反滤无纺布缠绕将其包裹，并使用12#铁线绑扎牢固。管堵采用加厚钢板制作，密封焊接固定在管底。

4.2.2 水位测管的安装

在闸墩或挡墙上使用电钻打孔，安装膨胀螺栓，安装测压管前，采用绝对顶高程的方式确定安装高程，再将测压管对到安装位置上，插入管口保护装置内，最后将测压管固定在卡环上，逐个上紧螺丝。

4.2.3 水位测管维护

水位测管淤积厚度超过透水段长度的1/3 时应进行掏淤，经分析确认副作用不大时，也可采用压力水或压力气冲淤。固定反滤无纺布的铁线如果锈蚀严重，无法起固定作用时，应重新绑扎。

5 结 语

弦式渗压计在本工程中既作为水位计，又作为渗压计使用。弦式渗压计的使用，为本工程形成安全观测系统创造了必要条件。本文叙述了弦式渗压计在作为渗压计使用时，安装方式选择方法和安装施工过程;弦式渗压计用于水位测量时，水位测管材质的选择，加工及其安装的过程。

［1］江苏省水利勘测设计研究院. SL265－2001 水闸设计规范［S］.北京:中国水利水电出版社，2001.

［2］水利部大坝安全监测中心. SL60－94 土石坝安全监测技术规范［S］. 北京:水利电力出版社，1994.

［3］方卫华，李燕辉. 土石坝安全监测综述［J］. 四川水利发电，2004，23(4) :68－71.

［4］混凝土大坝安全监测技术规范编制组. SDJ336－89 混凝土大坝安全监测技术规范［S］. 北京:水利电力出版社，1989.