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1、测压管注水试验及改进赫振平(册田水库管理局,山西省大同市037300)摘要:在不需要增加水库除险加固工程投资的情况下,对土石坝安全监测中的测压管灵敏度检验规范的要求进行了改进,从而增加了渗流监测可供研究的数据,并通过对试验数据的定量分析,了解土石坝的填筑质量以及运行过程中坝体的稳定性,拓展了大坝安全监测分析的渠道。关键词:土石坝;安全监测;测压管;灵敏度检验;注水试验中图分类号:TV698.1引言新中国成立以来,已累计兴建了87000多座水库,这些水库绝大多数建于20世纪50年代末到70年代初,限于当
2、时的技术经济条件,有相当一部分水库存在不同程度的病险问题,不仅水库效益难以充分发挥,而且成为重大安全隐患。目前,迫切需要改造的病险水库仍然为数众多,现有病险水库存在的安全隐患仍然十分突出。2008年的中央1号文件,再次强调把病险水库除险加固作为农业基础设施建设的重点,决定大幅度增加投入,确保用3年时间完成大中型和重点小型病险水库的除险加固任务。需要完成除险加固任务的大中型和重点小型病险水库共有6240座。这些病险水库的大坝安全监测设施经过多年运行,或报废或带病运行,都需要进行改造更新。土石坝的渗流安全
3、问题在大坝的整体安全性中占有重要地位。对于土石坝渗流压力监测中的压力观测仪器,不论是选用测压管还是孔隙水压力计,在病险水库除险加固中一般都需重新钻孔埋设,而在SL60—94《土石坝安全监测技术规范》[1](以下简称SL60—94)中,仅仅依据经验对测压管的灵敏度进行宏观评价,没有对试验方法和数据提出具体要求,也没有对试验数据进行量化分析,使大量试验数据失去其应有的作用。鉴于此,本文在基本上不需增加工程投资与工程量的情况下,把SL60—94要求的测压管灵敏度检查改为SL345—2007《水利水电工程注水
4、试验规程》[2](以下简称SL345—2007)中要求的注水试验,这样,既能对测压管的灵敏度进行宏观定性评价,又可通过试验数据精确地计算出大坝的渗透系数,从而达到定量分析土石坝体的填筑质量及其渗透稳定性的目的。0SL60—94中测压管灵敏度检验方法SL60—94中规定:测压管安装、封孔完毕后应进行灵敏度检验,检验方法采用注水试验,一般应在库水位稳定期进行。试验前先测定管中水位,然后向管内注入清水。若进水段周围为壤土料,注水量相当于每米测压管容积的3倍～5倍;若为砂粒料,则为5倍～10倍。注入后不断观测
5、水位,直至恢复到或接近注水前的水位。对于粘壤土,以注水水位在5个昼夜内降至原水位为灵敏度合格;对于砂壤土,以1个昼夜降至原水位为灵敏度合格;对于砂砾土,以1h～2h降至原水位或注水后水位升高不到13cm～5cm为合格。[1]测压管注水试验的改进22.1采用方法由于现行规范SL60—94对测压管的造孔、制造、安装、封孔等方面的要求均不低于SL345—2007,只是在灵敏度检验上较为简略,所以,测压管灵敏度检验完全可以按SL345—2007中的钻孔注水试验方法进行。钻孔注水试验是野外测定土层渗透性的一种原
6、位试验方法,由此推求的土体渗透系数精度较高,完全可以用于对大坝的分析。钻孔注水试验常用的方法有常水头注水试验和变水头注水试验。由于常水头注水试验的注水流量较难准确控制,而且坝体的渗透系数较大时,常水头注水试验注水量较大,可能对土石坝的坝体稳定产生不利影响,故一般情况下土石坝宜采用降水头注水试验(常水头注水试验可参阅有关资料)。—51—[2]收稿日期:2008209215;修回日期:2008210226。2009,33(1)2.2钻孔降水头注水试验渗透系数计算测压管必须严格按照设计要求进行安装,如果安装
7、的是孔隙水压力计,则应先下套管(套管下端进行栓塞,以保证止水可靠)至设计高程,然后开始试验。注水水位应为测压管透水段(以滤料顶面为准)以上5m～10m,或者注满。水位观测开始,观测间隔为每5min一次,共5次,然后为每10min观测3次、每30min观测2次,最后根据水头的下降速度逐渐延长时间间隔,直至水头恢复或接近初始水头时结束。试验时,应在现场绘制水头下降比与时间(ln(Ht/H0)2t)的关系曲线,呈直线时说明试验正确,否则应分析原因后重新试验。计算公式为:系数,再对所有渗透系数分别按断面、按高
8、程进行汇总。分析时可采用以下方法:1)对渗透系数的空间分布情况进行分析,可以评价坝体的填筑质量、坝体内部存在的隐患或薄弱环节。2)定期进行注水试验,每年至少进行1次测压管注水试验(原要求为5年1次[3]),通过对k值过程线的分析,可得知坝体或坝基的运行情况。3)如果是直埋式孔隙水压力计,只能在首次埋设时进行试验,以后可通过库水位或断面上的其他孔隙水压力计压力过程线,由达西定理求出渗透系数:L(L2+ΔH2)1/2πr2ln(h1/h2)k=k=ΔHTAt
