振弦式滲壓計在楊埕水庫圍堤安全監測系統中的應用

2012-01-18 16:14:54劉長征劉蘭芳段秀娟

地下水 2012年3期

劉長征，劉蘭芳，段秀娟

(河北省滄州市水利科學研究所，河北滄州061000)

劉長征，劉蘭芳，段秀娟

(河北省滄州市水利科學研究所，河北滄州061000)

針對楊埕水庫運行管理的現狀，結合圍堤安全監測系統，詳細闡述了振弦式滲壓計結構、原理及安裝過程和注意事項，并通過對水庫圍堤壩體、壩基及圍堤建筑物的長期準確監測和原始數據采集，有力保障了楊埕水庫的穩定、安全運行，為解決滄州東部地區飲水安全問題提供了有效的技術支撐。

水庫;安全監測;滲壓計;水利自動化

河北省滄州市是全國嚴重缺水的地區之一，全市水資源總量12.64億 m3，人均水資源占有量192 m3，僅相當于全國平均水平的8%，人民常年飲用苦咸水、高氟水。作為滄州東部地區供水工程之一的楊埕水庫的建立，能夠徹底改善滄州東部地區人民群眾的飲水條件，有效緩解了水資源嚴重短缺的矛盾。圍堤安全監測系統作為楊埕水庫運行管理的重要組成部分，有效保障水庫大壩的長期穩定安全運行，特別是在七上八下的主汛期和每年2次的蓄水期實時監測顯得尤為重要。埋設在水庫圍堤大壩之中的長期用于監測孔隙水壓力的振弦式滲壓計傳感儀器是圍堤安全監測系統準確采集數據的有力保障。

1 基本概況

楊埕水庫位于河北省海興縣東部15 km，是滄州東部地區供水工程的重要組成部分。滄州東部地區供水工程共分引水工程、調蓄工程和供水工程，概算投資8.638億元，其中調蓄工程即楊埕水庫建設是整個供水工程的核心工程。水庫圍堤長約12 km，采用均質土壩，堤高8 m，蓄水深度6.5 m，庫區面積10.9 km2，總庫容6 568萬 m3。按照規劃，在年引水100天的條件下，每年可向渤海新區、海興縣及周邊村鎮等地區供水6 000萬 m3。實現讓滄州東部地區人民告別苦咸水、高氟水的多年夢想，同時作為一項重大基礎設施工程，楊埕水庫的建設將大大改善渤海新區的投資環境，推動滄州沿海經濟的快速發展。

為確保大壩的安全運行，余2009年5月建立了楊埕水庫圍堤安全監測系統，用于及時而迅速地掌握和評價水庫大壩的動態工況，監測項目包括大壩滲流監測(包括壩基揚壓力、壩基和壩體的滲流壓力、壩體的孔隙水壓力)、建筑物的基礎揚壓力、水庫上下游水位監測、庫區降水量監測、環境溫度監測等項目。在12 km大壩共布設6個大壩斷面監測站和供水泵站、泄水閘、進水涵洞3個建筑物監測站，安裝88支振弦式滲壓計，全部選用北京基康儀器公司生產的BGK－4500S系列弦式滲壓計。斷面安裝剖面布置圖如圖1所示。

圖1 斷面安裝剖面布置圖

2 振弦式滲壓計簡介

振弦式滲壓計是埋設在水工建筑物、基巖內或安裝在測壓管、鉆孔、堤壩、管道和壓力容器里，用于測量孔隙水壓力的專用儀器。其主要部件均用特殊鋼材制造，適合各種惡劣環境使用。。標準的透水石是用帶50微米小孔的燒結不銹鋼制成，以利于空氣從滲壓計的空腔排出。特別是在完善電纜保護措施后，可直接在施工期埋設在楊埕水庫的均質土壩中振弦式滲壓計內部結構圖如圖2所示。

圖2 振弦式滲壓計內部結構圖

3 振弦式滲壓計安裝

振弦式滲壓計安裝流程如圖3所示。

3.1 初步檢驗及率定

首先對滲壓計讀數進行檢查和記錄。每支儀器都提供了率定系數，包括溫度修正系數。采用過程可用來檢查率定表(參照《土石壩安全監測技術規范》(SL 60－94))提供的率定系數。

1)浸透過濾器透水石，并在透水石和膜片之間的空腔里充滿水。

2)用電纜將滲壓計沉到測量孔的底部以測量實際深度。

3)讓滲壓計熱平衡15－20分鐘，用BGK408型讀數儀記錄該液面的讀數。

4)將滲壓計提升一個已知的高度，記錄讀數，計算這個系數，給出壓力和讀數的變化。與率定表中的值進行比較，必要時可重復這個試驗。

圖3 鉆孔及孔隙水壓力計安裝流程圖

3.2 創建零讀數

每一只滲壓計都需要得到一個精確的零讀數(即初始讀數)，而這個讀數將用于隨后的數據處理。一般來說，是在儀器安裝之前(即未加壓力時)讀取的數值。

使滲壓計的溫度達到平衡，腔體達到水飽和，以保證滲壓計能得到精確的零讀數。要確保在讀取零讀數時記錄溫度和氣壓，以便必要時修正。

3.3 現場準備工作

傳感器的質量是楊埕水庫圍堤安全監測系統的基礎，傳感器在安裝前應做以下準備工作:

1)孔口高程測定;

2)傳感器安裝前應對照標定資料進行測讀，并對傳感器自帶的電纜進行檢查，無異常情況方可進行安裝;

3)安裝前將透水石煮至沸騰超過兩小時，去除透水石內的氣泡和油污，確保不影響透水效果;

4)測量壩基滲透壓力的傳感器應根據實際鉆孔情況放至基巖面，其余傳感器按設計高程進行安裝;

5)傳感器安裝位置上下各填筑30～50 cm粗沙;

6)封孔采用干燥的膨脹泥球，每次封孔長度不得超過50 cm，同時用測繩懸掛重物輕輕夯打;

7)傳感器在安裝前、就位及安裝結束時各測讀一次，并做好記錄;

8)傳感器安裝完畢對電纜頭貼標簽，并進行臨時保護。

9)安裝前，滲壓計應一直浸泡在水中達到飽和，直到安裝時為止。

3.4 鉆孔安裝

滲壓計采用無套管的鉆孔里直接安裝方式，采用多支同孔安裝，見圖4，就要特別注意鉆孔的密封。鉆孔中安裝時使用加厚的聚乙烯護套電纜。

鉆孔孔徑108 mm;清水鉆進，嚴禁高壓送水;成孔傾斜度≤1%，孔底沉渣≤20 cm。鉆至滲壓計預定位置以下15～30 cm，洗凈鉆孔，然后將孔的底部用干凈的細沙回填到滲壓計端頭以下15 cm時，即可放入滲壓計，將滲壓計封裝在一個砂袋里，保持干凈。用水浸透砂子，然后放到位(在電纜上做標志)，儀器在這個位置時，再環繞滲壓計周圍放進干凈的砂子，砂子可以放到滲壓計以上5 cm，到了上述的“集水區”，用膨潤土和適量的沙回填交替層約25 cm，然后用普通的土回填，如果在一個單孔里安裝多支滲壓計，膨潤土與沙應回填到上部滲壓計的下部，并以每兩個滲壓計之間的距離為間隔交替進行。在使用填塞工具時特別要小心，避免損壞滲壓計的電纜。由于振弦式滲壓計基本上是一個非流量儀器，所以其集水區不需要很大的尺寸，滲壓計可以與大多數材質接觸，因為這些材料的顆粒不能通過過濾器。