1.1 測壓管及滲壓計相關知識介紹
1.1.1 用 途
測壓管可用來監測壩體浸潤線、滲壓壓力、地下水位及繞壩滲流等。 埋設滲壓計除可以監測上述項目外,還可用來監測土石壩的孔隙水壓力。
1.1.2 應用時應注意的問題
測壓管的應用要求不能構成新的滲流通道,更不能對壩體造成破壞,因此在土石壩的防滲體交界面等處不宜使用。而采用埋設滲壓計的方法使用場合卻較為廣泛,但電纜敷設時也要避免構成滲流通道,并且要考慮到電纜熱脹冷縮所產生的影響[1]。
1.1.3 施工安裝
根據施工和應用經驗,測壓管施工可以在工程實施和運行過程的任意時候進行,而埋設滲壓計一般在施工過程中(針對不能設置測壓管的地方)進行,當然在工程竣工后,能采用測壓管的地方也均可采用埋設滲壓計法進行滲壓監測。但兩者施工時都要求鉆孔時不造成壩體結構的破壞和構成新的滲流通。測壓管和埋設滲壓計的方法都可以在一條鉛直線上設置多個測點,但兩者施工要求都較高。
1.1.4 測值精確度
采用常用監測手段對測壓管水位本身進行監測可達較高精度,如采用測深鐘等設備進行測量,精度可達0.5~1 cm。但是由于測壓管是將測點的壓力反應成一定體積的水頭,因此測壓管本身測值與真實測值存在誤差與滯后。從時間上來講,需要管內水位累積到一定的高程或消散到一定的高程,從而受到“水流速”的影響。在滲透系數大,作用水頭、變幅及變化速度均較小的地方應用尚可,而在滲透系數小、作用水頭大的地方,滯后時間會很長,在庫水位變化快時,資料分析更加困難。因此規范規定:“作用水頭大于20 m的壩,滲透系數小于10-4 cm/s的土中,觀測不穩定滲流過程以及不適宜埋設測壓管的部位如鋪蓋或斜墻底部、接觸面等,宜采用振弦式孔隙水壓力計。”為減少體積的影響,測壓管有向細管方面發展的趨勢,規范規定“測壓管宜采用鍍鋅鋼管或硬塑料管,一般內徑不宜大于50 mm,而近年在浙江和湖南的一些土壩采用了15 mm的聚氯乙烯塑料管,海南的松濤土壩采用15 mm的鍍鋅鋼管”[3]。從空間上講,測壓管監測的是進水管段的“平均”值,因此為減少誤差,進水管段不宜太長,規范規定“測壓管的透水段一般長1~2 m,當用于點壓力觀測時應小于0.5 m”。 測壓管必須注意施工質量、管口保護和運行維護,以防降雨、地面徑流對管內水位的影響。另外就是測壓管容易受泥沙沉積及進水孔堵死的影響,因此規范規定不留沉淀管,以避免因土體中實際水位低于測壓管管底高程時沉淀管存在“死水”而造成觀測水位偏高的假象。在百丈漈、昆都侖等每年校測一次”。
1.1.5 運行和維護
測壓管使用要注意管口保護,如魯布革大壩繞壩滲流監測的許多測壓管就因放牛娃在管內投入石塊而不能使用。因此使用一定時間后一定要對靈敏度進行檢驗,如發現有泥砂沉淀必須進行掃孔。埋設滲壓計法則無上述問題,采用埋設滲壓計的方法進行滲壓監測,其測值精確度與儀器(傳感器)及監測儀表(系統)有關,如監測儀器質量有保證,其維護工作量小,但如監測儀器報廢,該測點不能恢復,所以也要定期對監測資料進行分析和對儀器進行鑒定,以考核儀器及測量系統(設備)的可靠性。
1.1.6 測量自動化
測壓管在實現自動化時有如下特點:可以進行人工比測,從而校核自動化測值的可靠性。儀器運行一段時間后,可以對儀器進行重新率定,以了解儀器參數的變化和儀器性能,同時可以檢校測值的穩定性,當測量儀器損壞時可以更換。而采用埋設滲壓計的方法不能進行人工比測,監測儀器損壞后不方便進行更換。如魯布革大壩、松子坑大壩埋設了大量滲壓計,都因儀器質量和施工質量得不到保證不得不進行更新改造。如魯布革重新補充了12支測壓管,而松子坑大壩由于原埋設儀器全都不能應用,不得不重新進行監測設計。
1.1.7 測壓管法與埋設滲壓計法的優缺點
測壓管法由于監測的是“體積”量,因此當壩體內出現裂縫從而形成集中滲漏時,其反應非常敏感,同時于測壓管里的水質反映了壩(巖)體化學性質的變化。因此可以利用測壓管進行水質監測,同時由于溫度監測在滲流監測資料分析中的作用越來越明顯[3],而測壓管結構容易實現管內水溫測量。當然測壓管在測值精確度及運行維護過程中也有上文所述的不足之處。 埋沒滲壓計維護工作量較小,但儀器不能更換,不能進行人工比測,測值可靠性難以校核。