弦式滲壓計的安裝與水位測管材質的選擇——渾河閘應急加固工程示例

李曉曦，李慶榮，陳明朗

( 大伙房水庫管理局，遼寧 撫順113007)

1 弦式滲壓計的應用

渾河閘工程主體由攔河閘、渾沙、渾蒲進水閘3 大部分組成，渾河閘樞紐工程原設計洪水標準按50 a一遇洪水設計，流量為4 174 m3/s; 按200 a 一遇洪水校核，流量為5 716 m3/s。正常擋水位35.00 m。

本次應急除險加固工程為滿足300 a一遇洪水校核的設計標準及工程安全和運行的實際需要，設置觀測項目有: 表面水平觀測、垂直位移觀測;閘底板揚壓力監測;閘上下游水位監測;過閘流量監測;閘下河床沖刷、淤積監測［1］。

根據設計要求，其中閘底板揚壓力監測、閘上下游水位監測、過閘流量監測3個項目中均使用了弦式滲壓計。

2 測點布置

2.1 閘底板揚壓力監測測點布置

在測點布置時要有針對性、能形成觀測斷面、測量數據便于相互印證。攔河閘、渾蒲進水閘、渾沙進水閘在上、下游水位差作用下產生揚壓力，在尾水作用下產生浮托力。為了監測它們對攔河閘、渾蒲進水閘、渾沙進水閘閘底板滲透壓力大小，我們在每個閘段中間的底板上埋設一個滲壓計觀測點。對攔河閘中間的5、7 兩個閘段的閘底板進行了重點監測，每個斷面埋設12個測點，共計10個閘段32個測點。對渾蒲進水閘中孔的閘底板進行了重點監測，斷面埋設4個測點，共計6個測點。對渾沙進水閘中孔的閘底板進行了重點監測，斷面埋設4個測點，共計6個測點。這些測點與設置在閘上啟閉機內的MCD 振弦采集儀聯接，與設置在監測房內的電子計算機組成揚壓力滲透自動化監測系統。

2.2 閘上、下游水位監測與過閘流量測點布置

在渾河閘流量監測系統中采用閘孔出流計算公式推求引水流量的測流方式，因此，除對閘門開度需要進行監測外，還必須對22 孔攔河閘和6 孔進水閘閘前水位和閘后水位進行測量。根據閘門的實際情況，閘孔出流形態為自由流狀態，可以根據閘前水位和閘門開度監測流量。

依據《規范》必須于蓄水前在閘前設置一個永久性測點，測點應設置在:

1) 水面平穩受風浪和泄流影響較小，便于安裝設備和觀測的地點。

2) 岸坡穩固處或永久性建筑物上。

3) 基本能代表壩前平穩水位的地點。

下游水位觀測應符合以下要求:

1) 測點布置的技術要求。

2) 與測流斷面統一布置。

3) 應布置在水流平順，受泄流影響較小，便于安裝設備和觀測的地點。

4) 當各泄水口泄流分道匯入干道時，除在干道上必需設置測點外，可在各分道上也布設測點［2］。

渾河閘前水位監測(1 處) 布置在水面平穩處，監測點設在渾河閘上游右岸擋墻( 樁號Y0 +060.00 處) 。渾河攔河閘、渾浦渾沙閘共計32 孔，每孔設一個閘后水位監測點，監測點設在閘室、閘后的閘墩上，共計32個測點。在每孔閘門上設一個閘門開度儀，共計32個測點。典型閘孔超聲波流量計監測4 處，考慮攔河閘22 孔，可以多選擇1 孔，渾浦、渾沙進水閘各選擇1 孔。共33 處水位監測點、32 處流量監測點、4 孔超聲波流量測量點。

3 閘底板揚壓力監測測點弦式滲壓計的安裝方式選擇與安裝過程

3.1 埋設與測壓管兩種安裝方式的對比

測壓管和埋設滲壓計是常用的滲流壓力監測方法，對兩種方法進行比較如下:

1) 測壓管相對埋設滲壓計而言滯后現象比較明顯。所以，規范規定:“作用水頭＜20 m的壩、滲透系數≥10－4cm/s的土中、滲透壓力變幅小的部位、監視防滲體裂縫等，宜采用測壓管”顯然，對于滲透系數小、水位變幅和速率大以及可能引起滲透變形的部位不宜采用測壓管。

2) 測壓管測量方便，測量重復性可達厘米級，埋設滲壓計對測點滲壓的測量受滲壓計的性能指標影響，無法采用有效的方法對測值的準確度進行校核。在實現自動化時，測壓管人工比測方便，而滲壓計則難以進行有效的人工比測。

3) 對于測壓管壽命受到泥沙淤積等的影響，可以通過定期掃孔的方式延長其使用壽命。埋設滲壓計的使用壽命決定于滲壓計的使用壽命和穩定性［3］。

3.2 閘底板揚壓力監測測點弦式滲壓計的安裝方式選擇

根據3.1 中的敘述，考慮到渾河閘蓄水、泄洪、灌溉的3個作用，結合表1、2 中的數據，閘底板揚壓力監測測點弦式滲壓計的安裝方式宜選擇埋設方式。

表1 沈陽站汛前及汛后洪峰系列表 m3/s

3.3 閘底板揚壓力監測測點弦式滲壓計的埋設方法

3.3.1 準備工作

弦式滲壓計在進行埋設前必須做好以下5 項準備工作:

1) 弦式滲壓計在埋設前必須進行室內檢驗。

表2 閘基砂土滲透系數計算表

2) 取下儀器端部的透水石，在鋼膜片上涂一層黃油或士林油以防生銹。

3) 電纜接長時必須將同色芯線接在一起，并用錫焊認真進行硫化。

4) 安裝前需將孔隙壓力計在水中浸泡2 h以上其達到飽和狀態。

5) 用土工布將弦式滲壓計包裹好待用［4］。

3.3.2 埋設過程

在埋設部位基礎打出一個直徑20 cm深約50 cm的孔洞，在孔內鋪一層細砂，將弦式滲壓計放在砂墊層上，再用細砂將儀器埋好，孔口用膨脹土封好，即可澆筑上層混凝土。

4 閘上、下游水位監測與過閘流量測點弦式滲壓計水位測管材質選擇與加工安裝過程

4.1 弦式滲壓計水位測管材質選擇

弦式滲壓計一般使用鍍鋅鋼管作為水位測管。熱鍍鋅管是使熔融金屬與鐵基體反應而產生合金層，從而使基體和鍍層二者相結合。熱鍍鋅是先將鋼管進行酸洗，為了去除鋼管表面的氧化鐵，酸洗后，通過氯化銨或氯化鋅水溶液或氯化銨和氯化鋅混合水溶液槽中進行清洗，然后送入熱浸鍍槽中。熱鍍鋅具有鍍層均勻，附著力強，使用壽命長等優點。冷鍍鋅就是電鍍鋅，鍍鋅量很少，只有10 ～50 g/m2，其本身的耐腐蝕性比熱鍍鋅管相差很多。正規的鍍鋅管生產廠家，為了保證質量，大多不采用電鍍鋅( 冷鍍) 。只有那些規模小、設備陳舊的小企業采用電鍍鋅，當然他們的價格也相對便宜一些。一般現在用的鍍鋅鋼管都是熱鍍鋅的，而電氣上用的線槽等用的是冷鍍鋅，顏色有一定的區別。水位測管應必須使用熱鍍鋅管，否則難以達到防腐要求，嚴重影響外觀質量和使用壽命。

因渾河閘位于渾河下游，此位置渾河水質非常惡劣，對剛性材料腐蝕較強;現場施工的測壓管為鍍鋅材質防腐的鋼管，經過2 ～3個月的灌溉及汛期過水，鍍鋅鋼管已被嚴重腐蝕，很難達到預定的安全使用年限，并嚴重影響外觀質量和使用壽命，因此改用防腐性能更好的304 不銹鋼。

4.2 水位測管的加工與安裝及其維護

4.2.1 水位測管的加工

采購的鋼管驗收合格后，經過鉆床打進水孔。進水孔部分鋼管長度≥1 m，使用反濾無紡布纏繞將其包裹，并使用12#鐵線綁扎牢固。管堵采用加厚鋼板制作，密封焊接固定在管底。

4.2.2 水位測管的安裝

在閘墩或擋墻上使用電鉆打孔，安裝膨脹螺栓，安裝測壓管前，采用絕對頂高程的方式確定安裝高程，再將測壓管對到安裝位置上，插入管口保護裝置內，最后將測壓管固定在卡環上，逐個上緊螺絲。

4.2.3 水位測管維護

水位測管淤積厚度超過透水段長度的1/3 時應進行掏淤，經分析確認副作用不大時，也可采用壓力水或壓力氣沖淤。固定反濾無紡布的鐵線如果銹蝕嚴重，無法起固定作用時，應重新綁扎。

5 結 語

弦式滲壓計在本工程中既作為水位計，又作為滲壓計使用。弦式滲壓計的使用，為本工程形成安全觀測系統創造了必要條件。本文敘述了弦式滲壓計在作為滲壓計使用時，安裝方式選擇方法和安裝施工過程;弦式滲壓計用于水位測量時，水位測管材質的選擇，加工及其安裝的過程。

［1］江蘇省水利勘測設計研究院. SL265－2001 水閘設計規范［S］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［2］水利部大壩安全監測中心. SL60－94 土石壩安全監測技術規范［S］. 北京:水利電力出版社，1994.

［3］方衛華，李燕輝. 土石壩安全監測綜述［J］. 四川水利發電，2004，23(4) :68－71.

［4］混凝土大壩安全監測技術規范編制組. SDJ336－89 混凝土大壩安全監測技術規范［S］. 北京:水利電力出版社，1989.