振弦式滲壓計在雙洎河渡槽監測中的應用

孟 方，宋田華

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

雙洎河渡槽工程位于河南省新鄭市境內，全長1.849 4 km，其中渠道長度0.772 4 km，建筑物長度1.077 km。渡槽全長810 m，其中梁式渡槽長600 m，閘渡連接段長55 m，進出口漸變段長155 m，分2聯4孔20跨，跨度30 m；單孔凈寬7 m、槽高7.9 m。設計流量為305 m3/s，加大流量為365 m3/s，槽身為預應力混凝土矩形槽。單跨渡槽一期混凝土(C50)方量為987 m3，鋼筋總量為150 t，鋼鉸線重量為56 t，單跨總重量為2 500 t，屬世界之最。設計水位為123.524～123.166 m，總水位差為0.358 m。渠道過水斷面呈梯形狀，設計底寬為23.5 m，設計水深為7 m，堤頂寬為5 m。渠道邊坡系數為2，設計縱坡為1/26 000，渠道基本都為全填斷面。本渠段共有各類建筑物6座，其中：河渠交叉1座，左岸排水1座，鐵路交叉1座，公路橋1座，節制閘1座，退水閘1座。

2 滲流監測布置

主要有渠道滲流監測、建筑物滲流監測和河道邊坡滲流監測。

(1)渠道滲流監測

明渠1段重點監測斷面SH(3)131+540中，在渠道中部基礎設計1支滲壓計，渠道邊坡中設計6支滲壓計。

明渠2段重點監測斷面SH(3)132+702.1中，在渠道中部基礎設計1支滲壓計，渠道邊坡中設計6支滲壓計。

(2)建筑物滲流監測

進口漸變段與總干渠接合斷面處設計3支滲壓計。

2、6、9號擋土墻以及分流墩在基礎各設計2支滲壓計。

退水閘共設計9支滲壓計，在退0-010.0進口底板中部建基面以下設計1支滲壓計，在退0+002.0閘墩前部左右邊墻外和底板中部基礎設計3支滲壓計，在退0+013.0閘墩后部左右邊墻外和底板中部基礎設計3支滲壓計，在退0+066.0出口5號流槽末端左邊墻外和底板中部基礎設計2支滲壓計。

節制閘、1號落地槽、2號落地槽在基礎各設計4支滲壓計。

出口箱基矩形槽基礎設計4支滲壓計，在右邊墻外回填土中設計1支滲壓計。

出口檢修閘基礎設計4支滲壓計。

5、8號擋土墻在基礎設計2支滲壓計。

出口導流墩基礎設計4支滲壓計。

出口漸變段與總干渠接合斷面處左右岸各設計3支滲壓計。

(3)河道邊坡滲流監測

河道右邊坡共設計6支滲壓計，設置2個監測斷面，分別位于渡槽中心線兩側各20 m。

3 儀器選型

采用振弦式儀器，規格及型號為BGK4500S—0.7 MPa，廠家為北京基康公司。主要技術指標為：量程范圍0.35～0.7 MPa，分辨率不低于0.025%F·S，精度不低于±0.5%F·S；每個滲壓計帶有≥3 m的專用電纜；溫度范圍不小于-20～70 ℃。

4 儀器的安裝埋設與接線注意事項

4.1 儀器的安裝埋設

(1)滲壓計現場安裝前外殼及透水石須在清水中浸泡24 h以上，使其充分飽和。

(2)加工砂囊(用土工布和過濾料(中、粗砂))并用細鋼絲將砂囊固定在儀器及電纜上。

(3)安裝在測壓管內的滲壓計用1.2 mm鋼絲懸吊，慢慢放入孔內，下放時儀器應靠近孔壁以便于人工比測。儀器就位測值正常后，將鋼絲固定在電纜保護管管口處的鋼筋上。鋼筋呈十字交叉焊于管口處，儀器電纜綁扎在鋼筋上，每隔1.5 m綁扎一處；電纜應保持適當的松弛，儀器安裝無誤后，盡快安設管口保護裝置。

(4)在結構物底部埋設的滲壓計按照設計圖紙和相關技術規范執行。

(5)埋設在建筑物兩側的滲壓計按照相關技術規范中深孔內滲壓計埋設方法進行。

4.2 接線注意事項

針對部分振弦式滲壓計的特性, 接線方面應該注意以下幾點：

(1)按儀器所需的電纜實際長度加上15%的松弛長度截取電纜,用砂紙除去芯線的氧化層，使上錫處表面光滑無毛刺。

(2)電纜生產過程中外皮較為光滑, 而且模具上有一定的油物, 接線時電纜兩頭需用刀片輕輕刮除,使熱熔膠熔化后與電纜更好地結合。

(3)為保證接頭兩端處熱縮和止水效果, 在熱縮后盡快用防水絕緣膠帶在接頭絕緣套管外加裹防水絕緣膠帶。采取這種方式可以保證接頭部位止水效果完好, 在運輸過程中不被損壞。

(4)為保證接頭不過于粗大,加長接頭, 采用分顏色剪成長度不等的線頭，各線頭連結后長度一致，接點錯開。根據工程經驗,將電纜接頭長度控制在10～15 cm。由于接頭過于粗大影響熱縮套管使用, 不得使用與電纜直徑不配套的絕緣套管, 以免造成電纜接頭兩端熱縮不緊密, 導致密封不嚴。

(5)接頭完成后不要急于搬動或拉扯, 以免破壞接頭處尚未固化的止水膠。

5 監測數據的初步分析

5.1 基準值的選取

(1)對于埋入式滲壓計。當安裝位置有水時，以安裝前零壓力下的測值為基準值；無水時，以安裝后儀器實測溫度與周圍環境溫度一致時的測值為基準值。

(2)對于鉆孔中的滲壓計。當鉆孔中有水時，滲壓計入孔并置于水面之上0.5 m范圍內，待溫度測值穩定后測基準值；當鉆孔中無水時，滲壓計入孔于設計位置，待溫度測值穩定后測基準值。

5.2 滲壓(水頭)的計算

Pi=G(R0-Ri)+K(Ti-T0)

hi=Pi/9.8 +h0

式中：Pi為滲壓(kPa)；hi為滲壓換算水頭(m)；h0為儀器埋設高程(m)；G為儀器系數(kPa/kHz2)；K為溫度系數(kPa/℃)；R0為初始頻率模數(kHz2)；Ri當前頻率模數(kHz2)；T0為初始溫度(℃)；Ti為當前溫度(℃)。

5.3 渠道地基相對隔水層面揚壓力

5.3.1 渠底下方地基

在渠道襯砌施工完建期、渠道運行期，渠道底板地基中某測點揚壓力水頭與渠道水位差(見圖1)應滿足關系式：

圖1 渠道底板地基中某測點揚壓力水頭與渠道水位差示意

Ht-Hq≤ 0.11+ 0.91·Ts

式中：Ht為渠底地基內相對隔水層或改性土底面測點實測地下水位(m)；Hq為渠道同期實測水位(m)；Ts為渠底地基內相對隔水層或改性土測點以上土層厚度(m)。

不滿足上述關系時，應對相關部位襯砌板進行抬動監測，必要時應采取措施降低地下水位。

5.3.2 渠側坡地基

在渠道襯砌施工完建期、渠道運行期，渠道側坡地基中某測點揚壓力水頭與渠道水位差(見圖2)應滿足關系式：

圖2 渠道側坡地基中某測點揚壓力水頭與渠道水位差示意

Ht-Hq≤(0.13 + 0.9 ·Ts)·cosα

式中：Ht為渠道側坡地基內相對隔水層或改性土底面測點實測地下水位(m)Hq為渠道同期實測地下水位(m)；Ts為渠道側坡地基內相對隔水層或改性土底面測點到坡面的法方向距離(m)；α為與側坡坡比n有關，α=tg(1/n)，雙洎河渠道邊坡系數為2。

不滿足上述關系時，應對相關部位襯砌板進行抬動監測，必要時應采取措施降低地下水位。

6 監測技術報警情況

按照《南水北調中線干線工程安全監測數據采集和統計分析管理規定》第4節規定的內容進行監測資料的整理與初步分析，對每個監測項目各個測點繪制物理量變化過程曲線圖表，通過多個測次分布圖全面了解不同時期時效性變化情況，對監測過程中發現的異常值進行判斷。若通過監測分析發現監測物理量超出設計允許值或技術警戒值時，及時檢查觀測值的可靠性、正確性和準確性，如有問題應立即重測或將不可靠數據剔除。若觀測值反映的是實際情況，將檢查環境因素有無重大變化，并及時向建管單位(或運管單位)反映出現的情況和問題。當儀器監測值或巡視檢查結果表明結構、地基出現明顯異?；螂U情時，應立即向監理，建管單位(運行管理單位)報告情況作出技術報警，并對有關項目加密監測，派人在現場值守嚴密監視情況變化。

7 結 語

滲流監測是雙洎河渡槽工程安全監測的重要組成部分，通過滲壓計在本工程滲流監測中的應用，對監測數據的分析，在一定程度上反映出工程主體滲流情況，以便于做好及時的技術預警，對工程安全應用起著重要的作用。由于振弦式滲壓計具有穩定性好、耐久性高、信號抗干擾能力強、分辨率高以及不受降雨干擾等優點，近年來在水利工程的監測中得到廣泛的應用；尤其是對高填方渠道和土石壩的滲流監測起到了很好的效果，為保證工程安全，驗證設計成果，提高設計水平提供了寶貴的資料。

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