金灣閘測壓管技術創(chuàng)新與應用

陳 華，繆慧麗，田磊磊

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

1 問題的提出

測壓管水位觀測對了解水閘防滲設施的工作效能，判斷建筑物在各種運行條件下的穩(wěn)定性，監(jiān)視工程安全狀態(tài)有著十分重要的作用，是水閘管理工作安全監(jiān)測中重要的觀測項目[1]。

金灣閘于1973年6月6日建成并投入使用，工程位于揚州市生態(tài)科技新城與江都區(qū)交界的金灣河上，系淮河入江水道的控制工程之一。該閘具有排洪、蓄水、引潮等綜合功能，配置22臺套閘門啟閉機，屬于大型水閘、Ⅱ級建筑物。

為完善金灣閘加固工程項目，對閘身進行穩(wěn)定驗算，需對閘身揚壓力等水文參數(shù)進行觀測、收集。金灣閘原有9只測壓管，由于長期風吹日曬雨淋，翼墻4只測壓管已損壞，無法測得數(shù)據(jù)，工作橋5只測壓管，觀測數(shù)據(jù)沒有變化，靈敏度試驗不符合要求。傳統(tǒng)測壓管失效處理經(jīng)驗方法是利用塑料軟管與水泵連接，軟管插到測壓管底部向管內(nèi)注水排出淤積，對失效測壓管進行沖洗疏通，但測壓管堵塞嚴重，沖洗疏通后仍不能正常使用，無法再進行觀測，因此決定對金灣閘進行測壓管重設。

2 項目設計

金灣閘閘底板底面高程-4.10 m以下為③層Q3的灰黃色粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土；翼墻部位上部為灰黃夾灰色素填土，以粉質(zhì)黏土為主；底板以下為③層Q3的灰黃色粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)壤土。因此，本次埋設的測壓管位于③層土中。

2.1 測壓管布置

根據(jù)設計要求，擬布置4組測壓管，每組2根。閘身測壓管分別位于工作便橋和公路橋下游側（7～8號閘門中墩及15～16號閘門中墩位置），翼墻測壓管分別位于閘兩側上游、下游翼墻內(nèi)側。

2.2 測壓管埋設鉆孔孔徑及深度

開孔孔徑采用130 mm（導管，閘墩腹拱部位），終孔孔徑為110 mm，進入閘底板以下（底板厚度2.00 m）持力層中3.00 m左右（即孔深超過閘底板3.00 m）終孔，孔深約17.00 m（閘身部位）和12.50～14.00 m不等（翼墻部位：上游孔深達到高程-3.40 m，即進入原狀土層1.00 m以上；下游孔深達到高程-5.20 m，即進入原狀土層1.00 m以上）。

2.3 測壓管管身結構及濾管結構

測壓管采用內(nèi)徑50 mm、外徑60 mm的鍍鋅白鐵管，透水管長度2.00 m，透水管以下接沉淀管（不透水管，底部用直徑90 mm鐵板封閉，鐵板兼顧導向），沉淀管長約1.00 m，濾管以上為不透水導管，不透水導管接至地面，每個接頭絲扣均用生料帶包裹。濾管的透水孔直徑約10 mm，濾管透水率為18%左右，外側采用80目尼龍網(wǎng)布及銅絲布各包扎2層。測壓管井結構見圖1。

圖1 測壓管井結構圖

3 項目施工

3.1 測壓管埋設

（1）閘身部位：成孔后，清水洗孔，待鉆孔回水至清水后，安放測壓管，于測壓管外側投放濾料（施工時采用篩選后清潔的中砂、細砂，投放濾料的同時從測壓管內(nèi)注入小水量對濾料進行清洗）至濾管上部0.50 m左右高度，其上用膨脹止水條，止水條高度在0.06 m左右，上面再投放水下環(huán)氧砂漿（不紊散混凝土），其高度在0.50 m左右，然后投放1:1:0.6（水泥:砂:水）的水泥砂漿進行封填至地面。

（2）翼墻部位：成孔后，清水洗孔，待鉆孔回水至清水后，放置測壓管，于測壓管外側投放濾料（采用篩選后清潔的中砂、細砂，一邊投放濾料一邊從測壓管內(nèi)注入小水量對濾料進行清洗）與濾管頂部高度一致，上面再投放水下環(huán)氧砂漿（不紊散混凝土），其高度在0.50 m左右，然后投放1:1:0.6（水泥:砂:水）的水泥砂漿進行封填至 地面。

3.2 洗 井

在測壓管內(nèi)放入軟管，采用從測壓管內(nèi)壓入清水和從測壓管內(nèi)抽水的方法對測壓管進行反復壓水、注水清洗，直至測壓管內(nèi)回水和抽出的水變清為止。

3.3 靈敏度試驗

測壓管清洗結束后，進行測壓管內(nèi)的水位恢復，觀測靜止水位，即時進行測壓管靈敏度試驗，觀測、記錄測壓管內(nèi)的水位變化情況，繪制測壓管靈敏度試驗曲線（水位下降過程曲線）。靈敏度試驗的過程與結果應符合水利工程觀測規(guī)程的要求，并判定測壓管是否靈敏、有效。

4 技術創(chuàng)新

為延長測壓管的使用壽命，對金灣閘新埋設的測壓管從以下3個方面進行技術改進。

4.1 新材料：膨脹止水條和水下環(huán)氧砂漿的應用

水下環(huán)氧砂漿作為一種高分子復合材料，具有在水下不分散、自流平、自密實等優(yōu)點[2]。

利用水下環(huán)氧砂漿固化快、早期強度增長快、終期強度高、密實性好的特點，采用膨脹止水條和水下環(huán)氧砂漿雙重保險的方法止水，取代傳統(tǒng)黏土球止水。利用水下環(huán)氧砂漿在水下具有不分散性，能充分保證濾料的透水性以及防止測壓管內(nèi)產(chǎn)生淤積，避免以往使用黏土球軟化后導致濾料餅結的不利因素。

由于采用膨脹止水條和水下環(huán)氧砂漿在測壓管施工中沒有先例可循，需要進行現(xiàn)場模型試驗來全面掌握其各種膨脹和固結的性能及數(shù)據(jù)。試驗方法簡述：于測壓管的外圈再套放1根直徑為89 mm的導管，其底部焊接1個符合尺寸要求的圓環(huán)。將膨脹止水條緊貼圓環(huán)，纏繞于測壓管，再緩緩壓送到濾料頂部，并確認膨脹止水條已壓入到位，立即投放水下環(huán)氧砂漿。具體要求：

（1）按確定的配合比將砂、水泥攪拌均勻后再將HK-UW-1樹脂倒入骨料中，攪拌均勻。配合比為砂62%～66%，水泥13%～15%，HK-UW-1樹脂20%～25%。

（2）水下澆注時，砂應干燥，含水率宜小于1%，否則將影響強度；應先將砂、水泥拌勻后再開始配漿，以免產(chǎn)生樹脂快速固化的現(xiàn)象。

4.2 新工藝：測壓管地面裝置的改進

測壓管埋設完成后，于測壓管管口安裝2寸變1寸三通，以便于放入自動化觀測設備（水位計等）。

（1）公路橋、工作橋面的測壓管：測壓管管口低于路面100 mm左右，其上蓋1個350 mm×200 mm的井蓋。于測壓管近臨空面一側用沖擊鉆鑿1個深度約200 mm 的深槽，1寸三通口連接1寸鍍鋅白鐵管至橋面欄桿的外側，并在1寸鍍鋅白鐵管相同位置放置2寸PVC管（用于排泄地面積水），最后用砂漿封填PVC管外側。

（2）翼墻4個測壓管：采用預制保護井的方法，保護井兩側留有直徑60 mm 的小孔，便于安裝觀測設備和排泄雨水。測壓管管口高于地面100 mm左右，管內(nèi)裝有三通，保護井內(nèi)地面用砂漿抹平。所有測壓管的頂部均用悶頭封閉。

4.3 新措施：定期進行清洗、保養(yǎng)

以往很多測壓管失效是由測壓管長期淤積造成，因此，金灣閘測壓管埋設后，定期（每年）對所有的測壓管進行清洗、疏通、保養(yǎng)，同時進行測壓管水位觀測及靈敏度試驗，分析其水位變化情況及其變化是否正常，提出“金灣閘測壓管清洗、保養(yǎng)情況說明或書面報告材料”，建立保養(yǎng)檔案，以確保測壓管的長期、正常使用。

5 研究成果應用情況

靈敏度試驗結果見表1及圖2。根據(jù)SL 551—2012《土石壩安全監(jiān)測技術規(guī)范》“對于砂壤土，一晝夜降至原水位為靈敏度合格”的要求[3]，本次重設的測壓管靈敏度合格，金灣閘測壓管重設成功。

表1 靈敏度試驗水位數(shù)據(jù)表 m

續(xù)表1

圖2 靈敏度試驗水位曲線圖

6 結 論

測壓管損壞或觀測效果不佳是大型水閘測壓管長期運行后出現(xiàn)的普遍情況，金灣閘測壓管重設項目采用技術改進措施：

（1）施工過程中為防止砂漿滲漏到濾料中，影響濾料的透水性，甚至堵塞透水管，采用新型材料膨脹止水條和水下環(huán)氧砂漿（不紊散混凝土），其效果比以往用干黏土球止水效果好。

（2）通過測壓管地面裝置的改進，更好地保護測壓管管口外露部分。

（3）選擇透水管的過濾層要滿足透水率，還需質(zhì)量好，反濾作用可靠[4]，本次采用80目尼龍網(wǎng)布及銅絲布各包扎2層，濾管透水率為18%左右。

（4）測壓管內(nèi)徑一般不大于50 mm[5]，適當加大管徑，形成足夠保養(yǎng)空間，利于對測壓管定期進行清洗、疏通、保養(yǎng)。