談水利工程的滲流監(jiān)測

商 建

(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局，天津 300000)

談水利工程的滲流監(jiān)測

商 建

(南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局天津分局，天津 300000)

為及時掌握水工建筑物及其地基的滲流情況，分析判斷是否正常和可能發(fā)生不利影響的程度及原因，保證工程安全，應(yīng)對水工建筑物及其地基內(nèi)的滲流壓力、滲流量和滲水水質(zhì)等進(jìn)行觀測，介紹了滲流監(jiān)測的觀測內(nèi)容、工作原理和監(jiān)測方法。

滲流壓力監(jiān)測，滲流量監(jiān)測，滲水水質(zhì)監(jiān)測

對水工建筑物及其地基內(nèi)由滲流形成的滲流壓力、滲流量和滲水水質(zhì)進(jìn)行觀測，其目的是掌握水工建筑物及其地基的滲流及分布情況，分析判斷滲流是否正常、是否存在滲透破壞的可能以及對工程安全可能產(chǎn)生的不利影響及影響程度，并分析其原因，從而為工程安全運(yùn)行提供技術(shù)保障。

滲流監(jiān)測的內(nèi)容主要包括滲流壓力監(jiān)測、滲流量監(jiān)測和滲水水質(zhì)監(jiān)測等。

1 滲流壓力監(jiān)測

目前對滲流壓力進(jìn)行監(jiān)測的方法主要有滲壓計(jì)和測壓管。

1.1滲壓計(jì)

1.1.1工作原理

滲壓計(jì)種類較多，目前國內(nèi)廣泛使用的滲壓計(jì)主要為振弦式滲壓計(jì)。振弦式滲壓計(jì)由透水板(體)、承壓膜、鋼弦、支架、線圈、殼體和傳輸電纜等構(gòu)成。當(dāng)被測水壓荷載作用在滲壓計(jì)上，將引起彈性膜片的變形，其變形帶動振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率，頻率信號經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測出水荷載的壓力值，同時可同步測出埋設(shè)點(diǎn)的溫度值。

1.1.2物理量計(jì)算

振弦式滲壓計(jì)實(shí)測滲透壓力按下式計(jì)算：

Pi=K(R0-Ri)-C(T0-Ti)。

換算水頭為：

hi=Pi/9.8+h0。

其中，Pi為滲透壓力，kPa,為正值；hi為滲壓換算水頭，m；h0為滲壓計(jì)埋設(shè)高程，m；K為儀器系數(shù)，kPa/(f2×10-3)；C為溫度系數(shù)，kPa/℃；R0為初始頻模讀數(shù)，f2×10-3，f為頻率；Ri為當(dāng)前頻模讀數(shù)，f2×10-3，f為頻率；T0為初始溫度，℃；Ti為現(xiàn)在溫度，℃。

1.1.3觀測方法

使用專用讀數(shù)儀所帶的連接線夾將滲壓計(jì)與讀數(shù)儀連接，或在有終端箱(集線箱)的測站用連接頭連接，進(jìn)行人工測讀；或接入自動化監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行自動化觀測。

1.2測壓管

1.2.1工作原理

測壓管由透水管段和導(dǎo)水管段組成。滲流水在滲流壓力的作用下通過測壓管底部進(jìn)水管段上的進(jìn)水孔進(jìn)入測壓管，讀取測壓管管內(nèi)水位即可獲得測壓管底部的滲透壓力。

1.2.2觀測方法

對無壓測壓管，一般采用尺式水位計(jì)(如電測水位計(jì))進(jìn)行觀測，也可采用測繩配萬用表進(jìn)行觀測。測尺長度的最小刻度為1 mm，應(yīng)帶有不銹鋼溫度測頭，且耐用、防腐蝕。設(shè)測壓管管口高程為h0，測壓管管內(nèi)水面至測壓管管口實(shí)測距離為di，則測壓管滲壓水位hi(m)為:

hi=h0-di。

對有壓測壓管，一般在測壓管管口安裝壓力表進(jìn)行觀測。應(yīng)根據(jù)管口可能產(chǎn)生的最大壓力值，選用量程合適的精密壓力表，使讀數(shù)在1/3～2/3量程范圍內(nèi)，精度不得低于0.4級，測讀壓力值時應(yīng)讀到最小估讀單位；對于拆卸后重新安裝的壓力表，應(yīng)待壓力穩(wěn)定后才能讀數(shù)。設(shè)壓力表中心線高程為h0，壓力表讀數(shù)為Pi(MPa)，則測壓管滲壓水位hi(m)為:

hi=h0+Pi×102。

在觀測測壓管水位時，兩次測讀誤差應(yīng)不大于1 cm；所使用的尺式水位計(jì)和壓力表均應(yīng)進(jìn)行年檢。

2 滲流量監(jiān)測

2.1滲流量監(jiān)測分類

當(dāng)建筑物的滲流處于穩(wěn)定狀態(tài)時，在滲透通道面積不變的情況下，其滲流量將與水頭的大小保持穩(wěn)定的相對變化，滲流量在同樣水頭作用下的顯著增加和減少，都意味著滲流穩(wěn)定的破壞或排水系統(tǒng)的失效。因此進(jìn)行滲流量監(jiān)測具有重要意義。

滲流量監(jiān)測一般分為點(diǎn)滲流量監(jiān)測和面滲流量監(jiān)測。

所謂點(diǎn)滲流量，是指為及時排除建筑物及其基礎(chǔ)部位的滲流而在建筑物及其基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置的具有一定深度的排水管或排水孔排出的滲流水流量。點(diǎn)滲流量也稱為單孔滲流量，其流量一般不大，因此常采用容積法進(jìn)行監(jiān)測。

所謂面滲流量，是指為判斷一定區(qū)域內(nèi)的滲流量大小而將滲流范圍劃分為若干滲流區(qū)域、分區(qū)域?qū)B流量匯集至集水溝來量測的方法。面滲流量也可稱為區(qū)域滲流量。面滲流量根據(jù)不同工程情況可采用不同的方法：當(dāng)流量小于1 L/s時，一般采用容積法；當(dāng)流量在1 L/s～300 L/s之間時，一般采用量水堰法；當(dāng)流量大于300 L/s或受落差限制不能設(shè)置量水堰時，可將滲流水引入排水溝中，采用流速儀法或流量計(jì)法進(jìn)行監(jiān)測。

2.2滲流量監(jiān)測方法

2.2.1容積法

所謂容積法就是通過測定在一定時間內(nèi)滲流水的體積來計(jì)算滲流量。一般采用秒表計(jì)時，采用量杯或量桶來記錄體積，充水時間不得小于10 s。

2.2.2量水堰法

所謂量水堰是指在集水溝的直線段上設(shè)置一定形狀缺口(過水?dāng)嗝?的量水堰，在無壓穩(wěn)定自由出流條件下，量水堰板前方的壅水高度與流量之間存在一定的函數(shù)關(guān)系，當(dāng)通過量水堰槽的流量發(fā)生改變時，堰板前的壅水高度將會發(fā)生改變，因此只要測出量水堰板前方的壅水高度，相應(yīng)的量水堰流量計(jì)算公式即可計(jì)算出滲流量。

根據(jù)缺口形狀，量水堰主要有三角堰、梯形堰、矩形堰等幾種型式。

2.2.3測流速法

所謂測流速法，是指當(dāng)滲流量較大時，將滲水匯集到比較規(guī)則平直的排水溝內(nèi)，采用流速儀或浮標(biāo)等方法來觀測滲流水流流速，并測出排水溝的過水面積，從而計(jì)算出滲流量的方法。

3 滲水水質(zhì)監(jiān)測

3.1滲水水質(zhì)監(jiān)測目的

對水工建筑物及其地基的滲水進(jìn)行透明度觀測和所含化學(xué)成分及其含量的化驗(yàn)，用以分析是否存在沖蝕或溶蝕。

3.2滲水水質(zhì)監(jiān)測方法

在水工建筑物上游水體和滲水出流部位取水樣進(jìn)行化學(xué)分析，對比其可溶性物質(zhì)成分和含量，據(jù)以分析滲水?dāng)y出可溶物的數(shù)量和速度。

水質(zhì)分析方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、原子吸收分光光度法、離子選擇電極法、離子色譜法、氣相色譜法、等離子體發(fā)射光譜(ICP-AES)法等。其中，離子選擇電極法(定性、定量)和化學(xué)法(重量法、容量滴定法和分光光度法)在國內(nèi)外水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測中普遍被采用。

當(dāng)水中含有懸浮物和膠體化合物時，透明度顯著降低。為了判斷排水設(shè)備的工作情況，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部沖刷和管涌現(xiàn)象，在進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測的同時，需進(jìn)行滲水透明度觀測。在滲水出口處用樣瓶取水樣注入透明度管中，從管口上端通過管中水樣觀看規(guī)定的字樣，觀看時逐漸放水，管中水面下降到看清字跡為止，此時讀取管壁刻度讀數(shù)即為透明度。再由事先率定的透明度與含泥量關(guān)系線查出含泥量，透明度大于30 cm者為清水。滲水溶蝕速度一方面取決于建筑物和地基中可溶性物質(zhì)的含量，另一方面也與滲透坡降、滲透流量、水溫以及巖土組成結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分等狀況有關(guān)。因此，滲水水質(zhì)監(jiān)測的資料需要結(jié)合有關(guān)巖土物理性質(zhì)和滲透觀測資料進(jìn)行分析。

4 結(jié)語

滲流監(jiān)測作為水利工程安全監(jiān)測的重要組成部分，對監(jiān)視工程安全，服務(wù)工程運(yùn)行，促進(jìn)水利工程科技發(fā)展起著舉足輕重的作用。本文介紹了滲流監(jiān)測的觀測內(nèi)容、工作原理和監(jiān)測方法，供同行交流學(xué)習(xí)。

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Discussiononseepagemonitoringofwaterconservancyproject

ShangJian

(TianjinBranchBureautheConstructionandAdministrationBureauofSouthtoNorthWaterDiversionMiddleRouteProject,Tianjin300000,China)

To grasp the seepage condition of hydraulic structure and its foundation, analysis to determine whether it is normal and the extent and causes of adverse effects may occur to ensure engineering safety, the seepage pressure, seepage flow and water quality of hydraulic structures and its foundations should be observed. This paper introduces the observation content, working principle and monitoring method of seepage monitoring.

seepage pressure monitoring, seepage flow monitoring, seepage water quality monitoring

TV223.4

A

1009-6825(2017)27-0207-02

2017-07-11

商 建(1984- )，男，工程師