测压管法监测土坝浸润线

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1、职业教育水利水电建筑工程专业水利工程管理技术测压管法监测土坝浸润线水利工程管理技术项目组2015年4月测压管法监测土坝浸润线土坝建成蓄水后，由于水头的作用，坝体内必然产生渗流现象。水在坝体内从上游渗向下游， 形成一个逐渐降落的渗流水面，称为浸润面(属无压渗流)。浸润面在土石坝横截面上只显示为一 条曲线，通常称为浸润线。土坝浸润面的高低和变化，与土坝的安全稳定有密切关系。土坝设计中 先需根据土石坝断面尺寸、上下游水位以及土料的物理力学指标，计算确定浸润线的位置，然后进 行坝坡稳定分析计算。由于设计采用各项指标与实际情况不可能完全符合设计要求等，因此，土坝 设计运用时的浸润线位置往往与设计计算的位

2、置有所不同。如果实际形成的浸润线比设计计算的浸 润线高，就降低了坝坡的稳定性，甚至可能造成滑坡失稳的事故。为此，观测掌握坝体浸润线的位 置和变化，以判断土石坝在运行期间的渗流是否正常和坝坡是否安全稳定，是监视土石坝安全运用 的重要手段，一般大中型土坝水库都必须予以重视，认真进行。为掌握土坝在运行期间的渗透情况，应在坝体埋设测压管，进行浸润线观测。测压管法是在坝体选择有代表性的横断面，埋设适当数量的测压管，通过测量测压管中的水位 来获得浸润线位置的一种方法。一、测压管布置土坝浸润线观测的测点应根据水库的重要性和规模大小、土坝类型、断面型式、坝基地质情况 以及防渗、排水结构等进行布置。一般选择有代

3、表性、能反映主要渗流情况以及预计有可能出现异 常渗流的横断面，作为浸润线观测断面。例如选择最大坝高、老河床、合龙段以及地质情况复杂的 横断面。在设计时进行浸润线计算的断面，最好也作为观测断面，以便与设计进行比较。横断面间 距一般为100200m，如果坝体较长、断面情况大体相同，可以适当增大间距。对于一般大型和重 要的中型水库，浸润线观测断面不少于3个，一般中型水库应不少于2个。每个横断面内测点的数量和位置，以能使观测成果如实地反映出断面内浸润线的几何形状及其 变化，并能描绘出坝体各组成部位如防渗排水体、反滤层等处的渗流状况。要求每个横断面内的测 压管数量不少于3根。(1) 具有反滤坝址的均质土

4、坝，在上游坝肩和反滤坝址上游各布置一根测压管，其间根据具 体情况布置一根或数根测压管，如图1所示。(2) 具有水平反滤层的均质土坝，在上游坝肩以及水平反滤层的起点处各布置一根测压管，其间视情况而定。也可在水平反滤层上增设一根测压管，如图2所示。(3) 对于塑性心墙，如心墙较宽，可在心墙布置23根测压管，在下游透水料紧靠心墙外和 反滤层坝址上游端各埋设一根测压管，如图3所示。如心墙较窄，可在心墙上下游和反滤坝址上游端各布景一根测压管，其间根据具体情况布置， 如图4所示。(4) 对于塑性斜墙坝.在紧靠斜墙下游埋设一根测压管，反滤坝址上游端埋设一根测压管， 其间距视具体情况布置。紧靠斜墙的测压管，为

5、了不破坏斜墙的防渗性能并便于观测，通常采用有 水平管段的L形测压管。水平管段略倾斜，进水管端稍低，坡度在5%左右，以避免气塞现象。水 平管段的坡度还应考虑坝基的沉陷，防止形成倒坡，如图5所示。(5) 其他坝型的测压管布置，可考虑上述原则进行。不论何种坝型及布置方式，每一个横断 面内的测压管数目，应不少于3根。并应布置在横断面的中部的下游部分。必要时，还应在反滤设 备的下游安设一根。需要在坝的上游坝坡部分埋设测压管时，尽可能布置在最高洪水位以上，如必 须埋设在最高水位以下时，需注意当库水位上升即将淹没管口前，用水泥砂浆将管口封堵塞。1测压管；2进水管段；3浸润线；4反滤坝趾图1均质土坝(有反滤坝

6、趾)测压管布置示意图1测压管；2进水管段；3浸润线；4水平反滤层图2均质土坝(有水平反滤层)测压管布置示意图1测压管；2进水管段；3浸润线；4反滤坝趾；5宽心墙图3宽心墙坝测压管布置示意图1测压管；2进水管段；3浸润线；4反滤坝趾；5心墙图4窄心墙坝测压管布置示意图1测压管；2进水管段；3浸润线；4反滤坝趾；5斜墙 图5斜墙坝测压管布置示意图（6）面板堆石坝近年来是我国推广应用的一种坝型。由于面板是采用混凝土或沥青混凝土等 基本上不透水的材料构成；而且面板的厚度较薄（1m左右），因此面板内不存在观测浸润线的任务。 此种坝型堆石体内浸润线的位置很低，等势线近于垂线，因此也只需在每条垂线设一个测点

7、。另外， 这种坝型的主要问题是面板开裂，产生集中渗流而冲刷面板下的垫层。因此，还应在垫层内设置测 点，以监测面板的开裂。二、观测设备观测浸润线的测压管长期埋设在土石坝内，因此要求管材不易变形和腐烂，经久耐用。最常用 的是金属管，也可采用塑料管或无沙混凝土管。测压管主要由进水管段（长度）.81m）、保护设备两部分组成。（一）测压管的埋设与安装测压管一般埋设在土石坝竣工后干钻造孔埋设（有水平管段的L形测压管，必须在施工期埋设）。 对于测压管深度不超过10m的，可采用人工取土器钻孔的方法埋设，对于测压管深度超过10m以 上的测压管，一般应采用钻孔的办法埋设。测压管埋设后，应妥加保护，管口加盖上锁，并

8、进行编号，绘制测压管布置图和结构图，测定 出管口高程，最后将埋设过程以及有关影响因素记录在考证表内。（二）测压管的注水试验检查测压管埋设完毕后，要及时做注水试验，检查灵敏度是否符合要求。试验前，先测定管中水位， 然后向管中注入清水。在一般情况下，土料中的测压管注入相当于测压管35m体积的水；砂料中 的测压管注入相当于测压管510m体积的水，测得注水面高程后，则再经过5min、10min、15min、 20min、30min、60min后各测量水位一次，以后时间可适当延长，测至降到原水位时为止。记录测 量结果，并绘制水位下降过程线作为原始资料。对于粘壤土，测压管内水位如果五昼夜内降到原来水位时，

9、认为是合格的，对于砂壤土，水位 一昼夜降到原来水位时，认为合格；对于砂砾料，水位如果在12h内降到原来水位时或灌入相应体 积的水而水位升不到35m时，认为是合格的。对于灵敏度不合格的测压管，在分析观测资料时应考虑到这一因素，必要时，应进行洗孔或在 该孔附近另设测压管。三、观测测压管水位的仪器和观测方法观测测压管水位的仪器设备品种很多，目前常用的有测深钟和电测水位器等，有些单位采用压 气U形管，还有些单位采用示数水位器以及研制遥测测压管水位计。简要介绍如下：（一）测深钟测深钟构造最为简单，中小型水库都可进行自制。最简单的形式为上端封闭、下端开敞的一段 金属管，长度为3050mm，好像一个倒置的杯

10、子。上端系以吊索，如图1。吊索最好采用皮尺或 测绳，其零点应置于测深钟的下口。观测时，用吊索将测深钟慢慢放入测压管中，当测深钟下口接触管中水面时，将发出空筒击水的“嘭”声，即应停止下送。再将吊索稍为提上放下，使测深钟脱离水面又接触水面，发出“嘭、嘭”的声音。即可根据管口所在的吊索读数分划，测读出管口至水面的高度，计算出管内水位高程。测压管水位高程=管口高程-管口至水面高度用测深钟观测，一般要求测读两次，其差值应不大于2cm。1 11r，:!. 25-351吊索；2测深钟图1测深钟示意图（单位：mm）（二）电测水位器电测水位器是利用水能导电或者利用水的浮力将导电的浮子托起接通电路的原理制成的。各

11、单 位自行制作的电测水位器形式很多，一般有测头、指示器和吊尺组成。测头可用钢质或铁质的圆柱 筒，中间安装电极。利用水导电的测头安装有两个电极如图2（b）所示。也可只安装一个电极，而 利用金属测压管作为一个电极，如图2（a）所示。电测水位器的指示器可采用电表、灯泡、蜂鸣器等。据有些单位使用，认为效果较好。指示器 与测头电极用导线连接。测头挂接在吊尺上，吊尺可用钢尺。连接时应使钢尺零点正好在电极入水构通电路处，或者用 厚钢尺挂接，再加自钢尺零点至电极头的修正值。观测时，用钢尺将测头慢慢放入测压管内，至指示器得到反映后，测读测压管管口的读数，然 后计算管内水面高程。测压管水位高程=管口高程-管口至水

12、面距离-测头入水引起水面升高值测头入水引起水面升高值可事先试验求得。用电测水位器观测测压管水位需测读两次，两次读数的差值，对大型水库要求不大于1cm，对 中型水库要求不大于2cm。1电线；2一 属短棒；3电线头；4隔电板；5电极图2测头构造示意图（三）遥测水位器在大型水库测压管水位低于管口较深，测压管数目较多，测次频繁，采用遥测水位器观测 管中水位可大大节省人力，而且精度高，效果好。适用于测压管管径不少于50mm，且安装比 较顺直的情况。其原理主要是采用测压管中的水位升降，由浮子带力传动轮和滚筒，观测时， 通过一系列电路带动滚筒一侧的棘轮，追踪量测滚筒的转动量，并反映到室内仪表，即可读出 管中

13、水位。将渗压计安装在测压管历史最低水位以下，测量渗压计承受的水压力，根据其放入测压管 内的深度及孔口高程，测得测压管水位，是实现自动化观测的常用方法。上述各种观测方法表明，测读测压管水位高程都要以管口高程作为依据，因此，管内水位 高程观测是否正确，不仅取决于观测方法的精度，同时也取决于管口高程是否可靠。为此，要求定期对测压管管口高程进行校测。在土石坝运用初期，应每月校测一次，以后 可逐渐减少，但每年至少一次。测头吊索上的距离刻度标志也要定期进行率定。测压管水位的测次，应根据水库蓄水等具体情况而定。当土石坝初建蓄水阶段，应每日观 测一次，以后可逐渐减少到每十天一次。但当水库水位超过历年实际最高水位或接近设计最高 水位，以及发现不正常渗流情况时，均应增加测次，以能掌握坝内浸润线变化的全过程。