測壓管在土壩工程中布設(shè)維護(hù)與應(yīng)用

李嚴(yán)坤，陳 權(quán)

(黑龍江省引嫩工程管理處，大慶163316)

1 概況

1.1 工程簡介

引嫩擴(kuò)建骨干工程是是在已建的北部引嫩工程基礎(chǔ)上的改擴(kuò)建工程，位于黑龍江省西部嫩江左岸松嫩平原，一期工程建設(shè)方案其中一項是將北引渠首改建為有壩引水渠首，渠首按遠(yuǎn)期規(guī)模一次建成，樞紐正常引水位176.20 m，一期引水流量114 m3/s。

土壩型式為黏土砂礫石混合壩，地基特性為高液限黏土、級配良好礫，頂長度2 446 m，頂寬7 m。壩頂高程181.80 m，壩高可達(dá)6.6 m，50 a一遇洪水設(shè)計，200 a一遇洪水校核。

1.2 布設(shè)測壓管現(xiàn)狀

國內(nèi)大多數(shù)土石壩工程設(shè)立測壓管主要是為了了解土壩浸潤線位置，掌握壩體在運行期內(nèi)滲透情況［1］。引嫩渠首土壩新建完工、測壓管布設(shè)后能滿足大壩管理、觀測及資料分析要求，土壩工程測壓管布設(shè)方面選取3個監(jiān)測斷面即，樁號0+600km、1+400km、2+300km。主要作用用來觀測斷面的壓力分布和確定浸潤線位置。根據(jù)斷面形狀及地質(zhì)情況，在每個觀測斷面的上游側(cè)、下游側(cè)、馬道附近(高程178.80 m)等處分別布設(shè)共計9支滲壓計。

2 測壓管埋設(shè)

2.1 地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)勘查報告［2］，按填筑土的組成可分為土壩段砂壩段及混合壩段。土壩由低液限黏土填筑而成，微弱透水，總長1 030 m(其中包括0+300－0+900，1+500－1+930)占壩體總長的53%，樁號0+300－0+900段填土系數(shù)指標(biāo)值經(jīng)過試驗測，總體上看土壩段填筑質(zhì)量較好，見表1。

表1 黏土系數(shù)指標(biāo)值

砂壩段由級配良好細(xì)礫級配不良粗砂等填筑而成(樁號0+000－0+300、0+900－1+500)，長900m，占壩體總長的47%，砂壩段密實性較差，透水性強(qiáng)，抗沖刷能力差，滲透穩(wěn)定性差。

壩基除樁號1+250－1+450段上部為砂性土外，其余各段均為黏性土，巖性為低液限黏土，厚度1.5～3.5 m。新建土壩(樁號1+930－2+202、2+229.4－2+473.5)段壩基上部連續(xù)分布有低液限黏土，厚度0.5～1.9 m，壩基各土層地基承載力均滿足設(shè)計要求，抗滑穩(wěn)定性較好。

2.2 測壓管結(jié)構(gòu)與埋設(shè)

本工程測壓管公稱口徑為50 mm的鍍鋅鋼管，壁厚為3.00 mm。根據(jù)規(guī)范要求［3］，為保證管壁上的開孔面積滿足開工率的要求，濾管上的鉆孔直徑為6.00 mm，沿管周每周均布鉆14孔為宜，見圖1。使用時和維修前要進(jìn)行測壓管的靈敏度試驗:測壓管沖洗完畢后，要及時做注水靈敏度試驗，檢查靈敏度是否符合規(guī)程要求。具體步驟為試驗前先測定管中穩(wěn)定水位即靜水位，然后向管中注入清水，注意事項為:①埋在土料中的測壓管注入相當(dāng)測壓管內(nèi)壁空間4米體積的水。②埋在砂礫料中的測壓管要注入相當(dāng)測壓管內(nèi)壁空間6 m體積的水。③用測量管內(nèi)動水位回落到穩(wěn)定水位所經(jīng)歷的時間來判別測壓管合格的標(biāo)準(zhǔn)。④測量動水位的時間隔為5、10、15、20、30、60 min，直到動水位降落至靜水位時停止測量。將測量持續(xù)的總時間與《水工建筑養(yǎng)護(hù)規(guī)程》條款相對照。

2.3 滲流分析

筑壩土料和壩基砂礫料是散粒體結(jié)構(gòu)，并且顆粒間存在著大量孔隙，具有一定的透水性［4］。在水壓力作用下，庫水沿著壩身、壩基中的孔隙向下游滲透，易于造成壩身、壩基或繞壩滲漏。據(jù)相關(guān)資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在已破壞的土壩事故中，由于因滲漏造成的事故約占40%［5］。因此，壩體和壩基的滲流控制和分析是保證土壩安全的一項重要措施?？梢圆捎萌S有限強(qiáng)度來分析壩坡穩(wěn)定性［6］，土壩穩(wěn)定邊坡系數(shù)F［7］公式如下:

非線性強(qiáng)度指標(biāo)

式中:σ3、Pα分別為最小主應(yīng)力以及大氣壓力;c'、φ'為折減后的線性抗剪強(qiáng)度指標(biāo);△為反應(yīng)φ與σ3關(guān)系的參數(shù)。利用土體本構(gòu)模型來分析臨界破壞狀態(tài)。經(jīng)過中國水利水電科學(xué)研究院通過對水流流場三維數(shù)值模擬，其中1+400土壩監(jiān)測斷面滲流分析計算，見表2。

圖1 測壓管型式

表2 滲流計算成果表

3 測壓管檢修方案的確定

目前對測壓管淤積通常采用壓力水沖洗法清理恢復(fù)受損測壓管。為保證測壓管的正常運行，提高觀測數(shù)據(jù)的精確度和可靠度，針對本測壓管埋設(shè)情況，考慮自行修復(fù)的技術(shù)力量和設(shè)備條件，對該測壓管進(jìn)行的清理方案:①采用高壓水泵沖水來清理淤積物。②利用螺旋鉆木工鉆撈取管內(nèi)雜物。③用管道疏通機(jī)疏通彎管內(nèi)淤積物。④針對斷裂毀壞的管壁可進(jìn)行焊接澆筑混凝土保護(hù)。但此方案易破壞進(jìn)水段反濾料的結(jié)構(gòu)或?qū)⒅車亮蠜_走，對保護(hù)測壓管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反濾層均難以掌握，甚至?xí)鹜翂尉植繚B透變形，同時經(jīng)費多、工期長。

筆者根據(jù)多年的施工經(jīng)驗壓力水壓較大，壓力水沖洗是否有效也沒有十分的把握。通過浙江安地水庫經(jīng)驗交流和方案對比，同時結(jié)合近年省內(nèi)對測壓管養(yǎng)護(hù)及工程施工過程中的一些實際經(jīng)驗，提出了采用自制測壓管排水掏淤器對測壓管進(jìn)行檢修的方案［8］。設(shè)計基本思路是考慮先掏水，再掏淤方案，所以掏淤器應(yīng)有排水功能;采用下口單向活動控制門;由于管徑尺寸過于接近測壓管管徑，極易造成卡管事故可以選擇40 mm的鍍鋅自來水管和直徑35 mm的不銹鋼管。

4 測壓管檢查與維護(hù)注意事項

根據(jù)《土石壩安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(SL60—94)要求，對測壓管進(jìn)行注水試驗，試驗前必須先測定管中水位A1，然后向管內(nèi)注入清水，按每米測壓管容積的3～5倍注水量要求注水容量A2，經(jīng)定時測定管中水位，恢復(fù)歷時約為87 h，能滿足規(guī)范要求5 d左右時間要求。

測壓管施工完畢，滲壓計安裝后、監(jiān)測運行期間需要對其詳細(xì)進(jìn)行運行日記記錄，維護(hù)時需要查閱測壓管施工資料、期間運行日記、維修前的試驗數(shù)據(jù)以及測壓管滲流過程線。對對其進(jìn)行靈敏度檢驗，通過檢驗資料，可能會發(fā)現(xiàn)靈敏度下降。究其靈敏度下降原因為:①管底產(chǎn)生淤積。下管時測壓管管底深度B1，經(jīng)多年運行后用測繩測量管底深度＜B1。②進(jìn)水孔堵塞。測壓管管長長達(dá)7.70 m，經(jīng)過多年進(jìn)水孔四周雖經(jīng)過無紡布嚴(yán)密包裹，仍然存在自然淤塞的可能。

測壓管在運行過程中應(yīng)做好以下維護(hù)工作:①土壩測壓管上端用箱蓋式混凝土做保護(hù)罩做好安全保護(hù)措施，確保不讓異物進(jìn)入管內(nèi)，以免測壓管失去觀測功能。②保持管內(nèi)外滲透通暢，提高測壓管的靈敏度。測壓管內(nèi)要定期清洗，清除管內(nèi)鐵質(zhì)氧化物或者其他異物。③箱蓋式混凝土上有φ 50預(yù)留孔，管內(nèi)與管外保持大氣壓強(qiáng)平衡，以免水位觀測失真。④測壓管水位觀測應(yīng)委派專人進(jìn)行觀測，對每眼測壓管歷史水位觀測資料做好記錄和保存，應(yīng)對每個測壓管在靈敏度的靈敏程度產(chǎn)生地差異上要對觀測水位產(chǎn)生的誤差應(yīng)進(jìn)行橫向和縱向?qū)Ρ确治觯?］。只有在掌握充足序列的觀測資料和長期觀測經(jīng)驗資料的基礎(chǔ)上，才能在汛期來到時較準(zhǔn)確地提供水位動態(tài)參數(shù)。

［1］張愛華，胡金河.淺談均質(zhì)土壩測壓管的布設(shè)與施工［J］.中國科技信息，2007(07):34－35.

［2］戴春勝，王波，等.尼爾基水利樞紐配套項目黑龍江省引嫩擴(kuò)建骨干一期工程北引渠首初步設(shè)計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，2009.

［3］王延清.淺談水利工程中土壩壩基滲漏的控制與處理［J］.工程技術(shù)，2004(02):203.

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