测压管在土坝工程中布设维护与应用

李严坤，陈 权

(黑龙江省引嫩工程管理处，大庆163316)

1 概况

1.1 工程简介

引嫩扩建骨干工程是是在已建的北部引嫩工程基础上的改扩建工程，位于黑龙江省西部嫩江左岸松嫩平原，一期工程建设方案其中一项是将北引渠首改建为有坝引水渠首，渠首按远期规模一次建成，枢纽正常引水位176.20 m，一期引水流量114 m3/s。

土坝型式为黏土砂砾石混合坝，地基特性为高液限黏土、级配良好砾，顶长度2 446 m，顶宽7 m。坝顶高程181.80 m，坝高可达6.6 m，50 a一遇洪水设计，200 a一遇洪水校核。

1.2 布设测压管现状

国内大多数土石坝工程设立测压管主要是为了了解土坝浸润线位置，掌握坝体在运行期内渗透情况［1］。引嫩渠首土坝新建完工、测压管布设后能满足大坝管理、观测及资料分析要求，土坝工程测压管布设方面选取3个监测断面即，桩号0+600km、1+400km、2+300km。主要作用用来观测断面的压力分布和确定浸润线位置。根据断面形状及地质情况，在每个观测断面的上游侧、下游侧、马道附近(高程178.80 m)等处分别布设共计9支渗压计。

2 测压管埋设

2.1 地质概况

根据地质勘查报告［2］，按填筑土的组成可分为土坝段砂坝段及混合坝段。土坝由低液限黏土填筑而成，微弱透水，总长1 030 m(其中包括0+300－0+900，1+500－1+930)占坝体总长的53%，桩号0+300－0+900段填土系数指标值经过试验测，总体上看土坝段填筑质量较好，见表1。

表1 黏土系数指标值

砂坝段由级配良好细砾级配不良粗砂等填筑而成(桩号0+000－0+300、0+900－1+500)，长900m，占坝体总长的47%，砂坝段密实性较差，透水性强，抗冲刷能力差，渗透稳定性差。

坝基除桩号1+250－1+450段上部为砂性土外，其余各段均为黏性土，岩性为低液限黏土，厚度1.5～3.5 m。新建土坝(桩号1+930－2+202、2+229.4－2+473.5)段坝基上部连续分布有低液限黏土，厚度0.5～1.9 m，坝基各土层地基承载力均满足设计要求，抗滑稳定性较好。

2.2 测压管结构与埋设

本工程测压管公称口径为50 mm的镀锌钢管，壁厚为3.00 mm。根据规范要求［3］，为保证管壁上的开孔面积满足开工率的要求，滤管上的钻孔直径为6.00 mm，沿管周每周均布钻14孔为宜，见图1。使用时和维修前要进行测压管的灵敏度试验:测压管冲洗完毕后，要及时做注水灵敏度试验，检查灵敏度是否符合规程要求。具体步骤为试验前先测定管中稳定水位即静水位，然后向管中注入清水，注意事项为:①埋在土料中的测压管注入相当测压管内壁空间4米体积的水。②埋在砂砾料中的测压管要注入相当测压管内壁空间6 m体积的水。③用测量管内动水位回落到稳定水位所经历的时间来判别测压管合格的标准。④测量动水位的时间隔为5、10、15、20、30、60 min，直到动水位降落至静水位时停止测量。将测量持续的总时间与《水工建筑养护规程》条款相对照。

2.3 渗流分析

筑坝土料和坝基砂砾料是散粒体结构，并且颗粒间存在着大量孔隙，具有一定的透水性［4］。在水压力作用下，库水沿着坝身、坝基中的孔隙向下游渗透，易于造成坝身、坝基或绕坝渗漏。据相关资料数据统计，在已破坏的土坝事故中，由于因渗漏造成的事故约占40%［5］。因此，坝体和坝基的渗流控制和分析是保证土坝安全的一项重要措施。可以采用三维有限强度来分析坝坡稳定性［6］，土坝稳定边坡系数F［7］公式如下:

非线性强度指标

式中:σ3、Pα分别为最小主应力以及大气压力;c'、φ'为折减后的线性抗剪强度指标;△为反应φ与σ3关系的参数。利用土体本构模型来分析临界破坏状态。经过中国水利水电科学研究院通过对水流流场三维数值模拟，其中1+400土坝监测断面渗流分析计算，见表2。

图1 测压管型式

表2 渗流计算成果表

3 测压管检修方案的确定

目前对测压管淤积通常采用压力水冲洗法清理恢复受损测压管。为保证测压管的正常运行，提高观测数据的精确度和可靠度，针对本测压管埋设情况，考虑自行修复的技术力量和设备条件，对该测压管进行的清理方案:①采用高压水泵冲水来清理淤积物。②利用螺旋钻木工钻捞取管内杂物。③用管道疏通机疏通弯管内淤积物。④针对断裂毁坏的管壁可进行焊接浇筑混凝土保护。但此方案易破坏进水段反滤料的结构或将周围土料冲走，对保护测压管内部结构和反滤层均难以掌握，甚至会引起土坝局部渗透变形，同时经费多、工期长。

笔者根据多年的施工经验压力水压较大，压力水冲洗是否有效也没有十分的把握。通过浙江安地水库经验交流和方案对比，同时结合近年省内对测压管养护及工程施工过程中的一些实际经验，提出了采用自制测压管排水掏淤器对测压管进行检修的方案［8］。设计基本思路是考虑先掏水，再掏淤方案，所以掏淤器应有排水功能;采用下口单向活动控制门;由于管径尺寸过于接近测压管管径，极易造成卡管事故可以选择40 mm的镀锌自来水管和直径35 mm的不锈钢管。

4 测压管检查与维护注意事项

根据《土石坝安全监测技术规范》(SL60—94)要求，对测压管进行注水试验，试验前必须先测定管中水位A1，然后向管内注入清水，按每米测压管容积的3～5倍注水量要求注水容量A2，经定时测定管中水位，恢复历时约为87 h，能满足规范要求5 d左右时间要求。

测压管施工完毕，渗压计安装后、监测运行期间需要对其详细进行运行日记记录，维护时需要查阅测压管施工资料、期间运行日记、维修前的试验数据以及测压管渗流过程线。对对其进行灵敏度检验，通过检验资料，可能会发现灵敏度下降。究其灵敏度下降原因为:①管底产生淤积。下管时测压管管底深度B1，经多年运行后用测绳测量管底深度＜B1。②进水孔堵塞。测压管管长长达7.70 m，经过多年进水孔四周虽经过无纺布严密包裹，仍然存在自然淤塞的可能。

测压管在运行过程中应做好以下维护工作:①土坝测压管上端用箱盖式混凝土做保护罩做好安全保护措施，确保不让异物进入管内，以免测压管失去观测功能。②保持管内外渗透通畅，提高测压管的灵敏度。测压管内要定期清洗，清除管内铁质氧化物或者其他异物。③箱盖式混凝土上有φ 50预留孔，管内与管外保持大气压强平衡，以免水位观测失真。④测压管水位观测应委派专人进行观测，对每眼测压管历史水位观测资料做好记录和保存，应对每个测压管在灵敏度的灵敏程度产生地差异上要对观测水位产生的误差应进行横向和纵向对比分析［9］。只有在掌握充足序列的观测资料和长期观测经验资料的基础上，才能在汛期来到时较准确地提供水位动态参数。

［1］张爱华，胡金河.浅谈均质土坝测压管的布设与施工［J］.中国科技信息，2007(07):34－35.

［2］戴春胜，王波，等.尼尔基水利枢纽配套项目黑龙江省引嫩扩建骨干一期工程北引渠首初步设计报告［R］.哈尔滨:黑龙江省水利水电勘测设计研究院，2009.

［3］王延清.浅谈水利工程中土坝坝基渗漏的控制与处理［J］.工程技术，2004(02):203.

［4］刘进军，裴超平.浅谈均质土坝混合土料填筑施工及质量控制［J］.葛洲坝集团科技，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］叶亮.自制排水掏淤器在土坝测压管检测与维修中的应用［J］.浙江水利科技.2008，3(2):76－77.

［8］邵锋.蒙城闸采用冲水疏通法清理测压管［J］.科技创新导报. 2009，(21):69.