振弦式渗压计在双洎河渡槽监测中的应用

孟 方，宋田华

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710000)

1 工程概况

双洎河渡槽工程位于河南省新郑市境内，全长1.849 4 km，其中渠道长度0.772 4 km，建筑物长度1.077 km。渡槽全长810 m，其中梁式渡槽长600 m，闸渡连接段长55 m，进出口渐变段长155 m，分2联4孔20跨，跨度30 m；单孔净宽7 m、槽高7.9 m。设计流量为305 m3/s，加大流量为365 m3/s，槽身为预应力混凝土矩形槽。单跨渡槽一期混凝土(C50)方量为987 m3，钢筋总量为150 t，钢铰线重量为56 t，单跨总重量为2 500 t，属世界之最。设计水位为123.524～123.166 m，总水位差为0.358 m。渠道过水断面呈梯形状，设计底宽为23.5 m，设计水深为7 m，堤顶宽为5 m。渠道边坡系数为2，设计纵坡为1/26 000，渠道基本都为全填断面。本渠段共有各类建筑物6座，其中：河渠交叉1座，左岸排水1座，铁路交叉1座，公路桥1座，节制闸1座，退水闸1座。

2 渗流监测布置

主要有渠道渗流监测、建筑物渗流监测和河道边坡渗流监测。

(1)渠道渗流监测

明渠1段重点监测断面SH(3)131+540中，在渠道中部基础设计1支渗压计，渠道边坡中设计6支渗压计。

明渠2段重点监测断面SH(3)132+702.1中，在渠道中部基础设计1支渗压计，渠道边坡中设计6支渗压计。

(2)建筑物渗流监测

进口渐变段与总干渠接合断面处设计3支渗压计。

2、6、9号挡土墙以及分流墩在基础各设计2支渗压计。

退水闸共设计9支渗压计，在退0-010.0进口底板中部建基面以下设计1支渗压计，在退0+002.0闸墩前部左右边墙外和底板中部基础设计3支渗压计，在退0+013.0闸墩后部左右边墙外和底板中部基础设计3支渗压计，在退0+066.0出口5号流槽末端左边墙外和底板中部基础设计2支渗压计。

节制闸、1号落地槽、2号落地槽在基础各设计4支渗压计。

出口箱基矩形槽基础设计4支渗压计，在右边墙外回填土中设计1支渗压计。

出口检修闸基础设计4支渗压计。

5、8号挡土墙在基础设计2支渗压计。

出口导流墩基础设计4支渗压计。

出口渐变段与总干渠接合断面处左右岸各设计3支渗压计。

(3)河道边坡渗流监测

河道右边坡共设计6支渗压计，设置2个监测断面，分别位于渡槽中心线两侧各20 m。

3 仪器选型

采用振弦式仪器，规格及型号为BGK4500S—0.7 MPa，厂家为北京基康公司。主要技术指标为：量程范围0.35～0.7 MPa，分辨率不低于0.025%F·S，精度不低于±0.5%F·S；每个渗压计带有≥3 m的专用电缆；温度范围不小于-20～70 ℃。

4 仪器的安装埋设与接线注意事项

4.1 仪器的安装埋设

(1)渗压计现场安装前外壳及透水石须在清水中浸泡24 h以上，使其充分饱和。

(2)加工砂囊(用土工布和过滤料(中、粗砂))并用细钢丝将砂囊固定在仪器及电缆上。

(3)安装在测压管内的渗压计用1.2 mm钢丝悬吊，慢慢放入孔内，下放时仪器应靠近孔壁以便于人工比测。仪器就位测值正常后，将钢丝固定在电缆保护管管口处的钢筋上。钢筋呈十字交叉焊于管口处，仪器电缆绑扎在钢筋上，每隔1.5 m绑扎一处；电缆应保持适当的松弛，仪器安装无误后，尽快安设管口保护装置。

(4)在结构物底部埋设的渗压计按照设计图纸和相关技术规范执行。

(5)埋设在建筑物两侧的渗压计按照相关技术规范中深孔内渗压计埋设方法进行。

4.2 接线注意事项

针对部分振弦式渗压计的特性, 接线方面应该注意以下几点：

(1)按仪器所需的电缆实际长度加上15%的松弛长度截取电缆,用砂纸除去芯线的氧化层，使上锡处表面光滑无毛刺。

(2)电缆生产过程中外皮较为光滑, 而且模具上有一定的油物, 接线时电缆两头需用刀片轻轻刮除,使热熔胶熔化后与电缆更好地结合。

(3)为保证接头两端处热缩和止水效果, 在热缩后尽快用防水绝缘胶带在接头绝缘套管外加裹防水绝缘胶带。采取这种方式可以保证接头部位止水效果完好, 在运输过程中不被损坏。

(4)为保证接头不过于粗大,加长接头, 采用分颜色剪成长度不等的线头，各线头连结后长度一致，接点错开。根据工程经验,将电缆接头长度控制在10～15 cm。由于接头过于粗大影响热缩套管使用, 不得使用与电缆直径不配套的绝缘套管, 以免造成电缆接头两端热缩不紧密, 导致密封不严。

(5)接头完成后不要急于搬动或拉扯, 以免破坏接头处尚未固化的止水胶。

5 监测数据的初步分析

5.1 基准值的选取

(1)对于埋入式渗压计。当安装位置有水时，以安装前零压力下的测值为基准值；无水时，以安装后仪器实测温度与周围环境温度一致时的测值为基准值。

(2)对于钻孔中的渗压计。当钻孔中有水时，渗压计入孔并置于水面之上0.5 m范围内，待温度测值稳定后测基准值；当钻孔中无水时，渗压计入孔于设计位置，待温度测值稳定后测基准值。

5.2 渗压(水头)的计算

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

hi=Pi/9.8 +h0

式中：Pi为渗压(kPa)；hi为渗压换算水头(m)；h0为仪器埋设高程(m)；G为仪器系数(kPa/kHz2)；K为温度系数(kPa/℃)；R0为初始频率模数(kHz2)；Ri当前频率模数(kHz2)；T0为初始温度(℃)；Ti为当前温度(℃)。

5.3 渠道地基相对隔水层面扬压力

5.3.1 渠底下方地基

在渠道衬砌施工完建期、渠道运行期，渠道底板地基中某测点扬压力水头与渠道水位差(见图1)应满足关系式：

图1 渠道底板地基中某测点扬压力水头与渠道水位差示意

Ht-Hq≤ 0.11+ 0.91·Ts

式中：Ht为渠底地基内相对隔水层或改性土底面测点实测地下水位(m)；Hq为渠道同期实测水位(m)；Ts为渠底地基内相对隔水层或改性土测点以上土层厚度(m)。

不满足上述关系时，应对相关部位衬砌板进行抬动监测，必要时应采取措施降低地下水位。

5.3.2 渠侧坡地基

在渠道衬砌施工完建期、渠道运行期，渠道侧坡地基中某测点扬压力水头与渠道水位差(见图2)应满足关系式：

图2 渠道侧坡地基中某测点扬压力水头与渠道水位差示意

Ht-Hq≤(0.13 + 0.9 ·Ts)·cosα

式中：Ht为渠道侧坡地基内相对隔水层或改性土底面测点实测地下水位(m)Hq为渠道同期实测地下水位(m)；Ts为渠道侧坡地基内相对隔水层或改性土底面测点到坡面的法方向距离(m)；α为与侧坡坡比n有关，α=tg(1/n)，双洎河渠道边坡系数为2。

不满足上述关系时，应对相关部位衬砌板进行抬动监测，必要时应采取措施降低地下水位。

6 监测技术报警情况

按照《南水北调中线干线工程安全监测数据采集和统计分析管理规定》第4节规定的内容进行监测资料的整理与初步分析，对每个监测项目各个测点绘制物理量变化过程曲线图表，通过多个测次分布图全面了解不同时期时效性变化情况，对监测过程中发现的异常值进行判断。若通过监测分析发现监测物理量超出设计允许值或技术警戒值时，及时检查观测值的可靠性、正确性和准确性，如有问题应立即重测或将不可靠数据剔除。若观测值反映的是实际情况，将检查环境因素有无重大变化，并及时向建管单位(或运管单位)反映出现的情况和问题。当仪器监测值或巡视检查结果表明结构、地基出现明显异常或险情时，应立即向监理，建管单位(运行管理单位)报告情况作出技术报警，并对有关项目加密监测，派人在现场值守严密监视情况变化。

7 结 语

渗流监测是双洎河渡槽工程安全监测的重要组成部分，通过渗压计在本工程渗流监测中的应用，对监测数据的分析，在一定程度上反映出工程主体渗流情况，以便于做好及时的技术预警，对工程安全应用起着重要的作用。由于振弦式渗压计具有稳定性好、耐久性高、信号抗干扰能力强、分辨率高以及不受降雨干扰等优点，近年来在水利工程的监测中得到广泛的应用；尤其是对高填方渠道和土石坝的渗流监测起到了很好的效果，为保证工程安全，验证设计成果，提高设计水平提供了宝贵的资料。

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