測壓管在土壩工程中布設維護與應用

李嚴坤，陳 權

(黑龍江省引嫩工程管理處，大慶163316)

1 概況

1.1 工程簡介

引嫩擴建骨干工程是是在已建的北部引嫩工程基礎上的改擴建工程，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，渠首按遠期規模一次建成，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6.6 m，50 a一遇洪水設計，200 a一遇洪水校核。

1.2 布設測壓管現狀

國內大多數土石壩工程設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滲透情況［1］。引嫩渠首土壩新建完工、測壓管布設后能滿足大壩管理、觀測及資料分析要求，土壩工程測壓管布設方面選取3個監測斷面即，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。根據斷面形狀及地質情況，在每個觀測斷面的上游側、下游側、馬道附近(高程178.80 m)等處分別布設共計9支滲壓計。

2 測壓管埋設

2.1 地質概況

根據地質勘查報告［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段填土系數指標值經過試驗測，總體上看土壩段填筑質量較好，見表1。

表1 黏土系數指標值

砂壩段由級配良好細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，抗沖刷能力差，滲透穩定性差。

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計要求，抗滑穩定性較好。

2.2 測壓管結構與埋設

本工程測壓管公稱口徑為50 mm的鍍鋅鋼管，壁厚為3.00 mm。根據規范要求［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程要求。具體步驟為試驗前先測定管中穩定水位即靜水位，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測壓管內壁空間4米體積的水。②埋在砂礫料中的測壓管要注入相當測壓管內壁空間6 m體積的水。③用測量管內動水位回落到穩定水位所經歷的時間來判別測壓管合格的標準。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。將測量持續的總時間與《水工建筑養護規程》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構，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。據相關資料數據統計，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。可以采用三維有限強度來分析壩坡穩定性［6］，土壩穩定邊坡系數F［7］公式如下:

非線性強度指標

式中:σ3、Pα分別為最小主應力以及大氣壓力;c'、φ'為折減后的線性抗剪強度指標;△為反應φ與σ3關系的參數。利用土體本構模型來分析臨界破壞狀態。經過中國水利水電科學研究院通過對水流流場三維數值模擬，其中1+400土壩監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受損測壓管。為保證測壓管的正常運行，提高觀測數據的精確度和可靠度，針對本測壓管埋設情況，考慮自行修復的技術力量和設備條件，對該測壓管進行的清理方案: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雜物。③用管道疏通機疏通彎管內淤積物。④針對斷裂毀壞的管壁可進行焊接澆筑混凝土保護。但此方案易破壞進水段反濾料的結構或將周圍土料沖走，對保護測壓管內部結構和反濾層均難以掌握，甚至會引起土壩局部滲透變形，同時經費多、工期長。

筆者根據多年的施工經驗壓力水壓較大，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驗交流和方案對比，同時結合近年省內對測壓管養護及工程施工過程中的一些實際經驗，提出了采用自制測壓管排水掏淤器對測壓管進行檢修的方案［8］。設計基本思路是考慮先掏水，再掏淤方案，所以掏淤器應有排水功能;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 測壓管檢查與維護注意事項

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

測壓管施工完畢，滲壓計安裝后、監測運行期間需要對其詳細進行運行日記記錄，維護時需要查閱測壓管施工資料、期間運行日記、維修前的試驗數據以及測壓管滲流過程線。對對其進行靈敏度檢驗，通過檢驗資料，可能會發現靈敏度下降。究其靈敏度下降原因為:①管底產生淤積。下管時測壓管管底深度B1，經多年運行后用測繩測量管底深度＜B1。②進水孔堵塞。測壓管管長長達7.70 m，經過多年進水孔四周雖經過無紡布嚴密包裹，仍然存在自然淤塞的可能。

測壓管在運行過程中應做好以下維護工作:①土壩測壓管上端用箱蓋式混凝土做保護罩做好安全保護措施，確保不讓異物進入管內，以免測壓管失去觀測功能。②保持管內外滲透通暢，提高測壓管的靈敏度。測壓管內要定期清洗，清除管內鐵質氧化物或者其他異物。③箱蓋式混凝土上有φ 50預留孔，管內與管外保持大氣壓強平衡，以免水位觀測失真。④測壓管水位觀測應委派專人進行觀測，對每眼測壓管歷史水位觀測資料做好記錄和保存，應對每個測壓管在靈敏度的靈敏程度產生地差異上要對觀測水位產生的誤差應進行橫向和縱向對比分析［9］。只有在掌握充足序列的觀測資料和長期觀測經驗資料的基礎上，才能在汛期來到時較準確地提供水位動態參數。

［1］張愛華，胡金河.淺談均質土壩測壓管的布設與施工［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建骨干一期工程北引渠首初步設計報告［R］.哈爾濱:黑龍江省水利水電勘測設計研究院，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，2004(02):203.

［4］劉進軍，裴超平.淺談均質土壩混合土料填筑施工及質量控制［J］.葛洲壩集團科技，2009(03):31－32.

［5］Duncan JM State of the art:Limit equilibrium and finite element analysis of slope［J］.Journal of Geotechnical Engineering ASCE.1996，122(7):580－590.

［6］GriffithsD V，Lane PA.Slope stability analysisby finite element［J］.Geotecknique，1999，49(3):388－395.

［7］葉亮.自制排水掏淤器在土壩測壓管檢測與維修中的應用［J］.浙江水利科技.2008，3(2):76－77.

［8］邵鋒.蒙城閘采用沖水疏通法清理測壓管［J］.科技創新導報. 2009，(21):69.