任务三-混凝土坝和浆砌石坝的扬压力监测

项目三混凝土坝和浆砌石坝的安全监测任务三

混凝土坝和浆砌石坝基础扬压力监测主讲：胡昱玲

副教授学习目标：一、掌握扬压力监测的测点布置原则及观测方法二、熟悉扬压力监测设备的构造、埋设及观测精度要求三、培养学生具有基础扬压力监测的初步能力四、培养学生大局意识、纪律意识。学习内容：一、扬压力测点布置二、扬压力监测设备三、扬压力监测方法四、扬压力监测精度小结扬压力的概念:建筑物处于尾水位以下部分所受的浮力和在上下游水位差作用下，水从基底向下游渗透产生的向上的渗透压力的合力。

混凝土坝及浆砌石坝的基础扬压力观测△h2γ△h2△h1γ△h1△h1γ△h1△h2γ△h2扬压力渗透压力＝浮托力+

混凝土坝及浆砌石坝的基础扬压力观测

扬压力是在上下游净水头作用下形成的渗流场产生的，是静水压力派生出来的荷载。对于混凝土和浆砌石坝，向上的扬压力，相应减少了坝体的有效重量，降低了坝体的抗滑能力。可见，扬压力的大小直接关系到建筑物的稳定性。混凝土和砌石建筑物设计中，必须根据建筑物的断面尺寸和上、下游水位，以及防渗排水措施等确定扬压力大小，作为建筑物的主要作用力之一，来进行稳定计算。建筑物投入运用后，实际扬压力大小是否与设计相符，对于建筑物的安全稳定关系十分重要。

混凝土坝及浆砌石坝的基础扬压力观测

为此，对于混凝土和浆砌石坝，特别是混凝土重力坝，应重点监测坝基扬压力，以掌握扬压力的分布和变化，据以判断建筑物是否稳定。发现扬压力超过设计，即可及时采取补救措施。混凝土和砌石建筑物的扬压力通常是在建筑物内埋设测压管来进行的。在监测扬压力的同时，应监测相应的上、下游水位和渗流量。一、测点布置

（1）扬压力监测断面应根据建筑物的类型、规模、坝基地质条件和渗控措施等设计布置。一般应设纵向观测断面1～2个，1、2级坝的横向观测断面至少3个。断面间距一般为50～1OOm。

（2）纵向监测断面以布置在第一道排水幕线上为宜，每个坝段至少设1个测点；坝基地质条件复杂时，测点应适当增加；遇到强透水带或透水性强的大断层时，可在灌浆帷幕和第一道排水幕之间增设测点。一、测点布置

（3）横向监测断面通常布置在河床坝段、岸坡坝段、地质条件复杂的坝段以及灌浆帷幕转折的坝段。支墩坝的横向监测断面一般设在支墩底部，每个断面设3～4个测点，地质条件复杂时，可适当加密测点。测点通常布置在排水幕线上，必要时可在灌浆帷幕前布少量测点；当下游有帷幕时，在其上游侧也应布置测点；防渗墙或板桩后也要设置测点。一、测点布置

（4）每个监测断面内测点的数量与埋设位置，应根据大坝断面大小、结构型式、与基础接触面形状及坝基的地质情況等因素而定，以能测出基础扬压力的分布及其变化为原则。

（5）对于混凝土和砌石重力坝，一般是横向廊道中布置测压断面，以便于观测，支墩坝和连拱坝可布置在支墩和坝垛内。一、测点布置

如果需要研究扬压力沿建筑物纵向的分布情况，可沿建筑物轴线布设一排测点，构成一个纵向观测断面，以便分析扬压力沿整个基础的分布情况。

1—廊道；2—测压管

某宽缝重力坝扬压力测点布置图

1—廓道；2—测压管

某重力坝扬压力测点布置图

某碾压混凝土重力坝坝顶高程为745.5m，正常蓄水位739.0m，最大坝高121.5m，大坝全长1570m，包括左岸台地坝段、左岸岸坡坝段、河床坝段、右岸岸坡坝段和右岸台地坝段等87个坝段：副坝最大坝高14.5m，坝段长535m，电站装机容量为140MW。下图是其坝基扬压力监测平面布置图。工程案例二、监测设备监测扬压力的测压管与土坝浸润线测压管类似，也由进水管段、导管和管口保护设备三部分组成。一般在混凝土或砌石建筑物施工时埋设。

扬压力测压管由进水管、导管和装有保护装置的管口组成。扬压力测压管可选用双面热镀锌无缝钢管或硬工程塑料管，有条件的也可选用无缝不锈钢管。测压管内径一般为50mm，壁厚不小于3.5mm。二、监测设备（1）进水管测压管进水管长度根据监测目的和设计确定。用于建基面上的渗透压力监测以及其它点式孔隙水压力监测的测压管，进水管段长度一般为0.5m左右；用于绕坝渗流、地下水位监测的测压管，进水管段长与可能的渗水层层厚相当；而用于地质条件复杂的层状渗流监测的测压管，进水管段应准确埋入被监测层位，进水管段长与软弱带层厚相当。（1）进水管

进水孔沿管周均布4～8排，孔径φ4～φ6mm，沿轴向可交错排列。沿轴向孔间距为50～120mm，进水管较短时则孔较密，进水管较长时则孔较疏。管壁内的钻孔孔周毛刺应去除。如管为钢质材料，进水管段及接（端）头应进行防腐防锈处理。进水管过滤层采用厚度2～3mm的无纺土工布或厚度2～3mm的孔隙小于100μm的涤纶过滤布，纵向紧密包裹不少于2层，其长度应比进水孔段两端各长100mm以上，用φ1mm的铜丝（或高性能聚乙烯（钓鱼）线、或φ1mm不锈钢丝绳），沿布表缠绕，节距10～20mm，两端可靠扎结。

（1）进水管

测压管底盖采用适配闷头，导管连接采用导向性好的外接头，螺纹间以聚四氟乙烯密封止水。

扬压力测压管一般在混凝土或砌石建筑物施工时埋设，进水管段一般在清基时埋设。为防止浇筑混凝土或砌石时将进水管段和反滤料堵死，应将进水管段的上口临时封闭，反滤料表面可抹一层沙浆保护。

（2）导管扬压力测压管的导管与浸润线管一样，可采用与进水管直径相同的金属管或塑料管连接而成。导管应尽量保持垂直，最好使管口和进水管段在同一铅垂线上。对于不能保持管口和进水管段铅直时，可设水平管段，即进水管段用水平的导管引至设计管口的投影位置，然后与垂直导管连接，向上引至便于观测处管口位置。水平管段应略呈倾斜，靠铅直导管一端略高，靠进水管段一端略低，坡度约为5%，以避免产生气塞现象。对于扬压力水头低于管口高程的测压管，水平管段应设在低于可能产生的扬压力高程。

（3）管口扬压力测压管的管口应在不被淹没而便于观测的部位，并需保证不受破坏。

测压管管口装置依据有压、无压特性以及人工观测、自动化观测方式确定，以可靠和操作简便为原则。采用压力表监测有压管时应一管一表，管内安装渗压计监测时管口出线应密封；无压测压管管口保护装置结构应简单、牢固，能防止客水流入及人畜破坏，并可锁闭以及便于开启。无压测压管可采用钢尺水位计观测，也可在管内安装渗压计或水位计监测。1-压力表；2-水龙头；3-三通；4-阀门；5-渗压计电缆密封头；6-电缆；7-渗压计测压管管口装置示意图三、监测方法

扬压力测压管中水位低于管口的，其监测方法和设备与土石坝浸润线监测一样。管中水位高于管口的，一般用压力表或水银压差计进行观测。压力表适用于测压管水位高于管口3m以上，压差计适用于测压管水位高于管口5m以下。近年采用钢弦式渗压计。

（1）用压力表观测时，需在测压管顶部开一岔管安装压力表。压力表可以固定安装在测压管上，也可观测时临时安装。若观测时临时安装，需待压力表指针稳定后才能进行读数。压力表宜采用水管或蒸汽管上应用的压力表，其规格根据管口可能产生的最大压力值进行选用，一般应使压力值在压力表最大读数的1／3～2／3量程范围内较为适宜。

观测时应读到最小估读单位，测读两次。两次读数差不得大于压力表最小刻度单位。测压管水位Z的计算方法为：Z=Zb＋0.102P（m）。式中：Zb为压力表座中心高程，m；p为压力表读数，kPa。

（2）用水银压差计观测测压管水位时，需在管口安装压差计设备。一般采用外径10mm、高度大于400mm的带三通的U形玻璃管，安设在便于观测的木板上，中间装一有毫米刻度的标尺，标尺零点在压差计的中段。安装时，在U形玻璃管中注入水银，使两管水银柱面与标尺零点相平，然后用胶皮管连接测压管和U形管的三通，并向三通上口注水使水和水银面接触，其间不得存在气泡，最后用另一根胶管接在三通上口上，当水流出上口后，将胶管扎紧，即可进行测读。水银压差计示意图1—焊接；2—测压管；3—胶管；4—木板；5—压差计；6—标尺；7—水银

混凝土坝及浆砌石坝的基础扬压力观测

测读时，直接从标尺上读出压差计两端水银柱面距零点的距离h1和h2（单位为m，读至mm）。应测读两次，两次读数差不得大于1mm。测压管水位（m）=标尺零点高程+13.6（h1+h2）-h2水银压差计示意图1—焊接；2—测压管；3—胶管；4—木板；5—压差计；6—标尺；7—水银（3）渗压计

钢弦式渗压计由透水石、受压膜、钢弦、电磁铁和外壳等部件构成，如图所示。

式中：p为渗水压力（Pa）；k为渗压计灵敏度，（Pa/Hz2），可在仪器埋设前率定求出；fi为渗压计观测频率（Hz）；f0为零压力时渗压计的振荡频率（Hz）。求出渗水压力p后，再计算出水柱高度，最后由仪器埋设点高程算出渗水压力高程。

智能一体化水位遥测仪（HSST-SY）综合运用先进的电子测控技术、超低功耗电路设计技术、光电编码技术、机械传动技术、GSM(GPRS)/CDMA网络通信技术研发而成。该设备在整体设计上有效地结合了目前各种水位遥测设备的优点，同时解决了原有设备因检测原理、结构设计等问题造成的各种不适应性。

智能一体化水位遥测仪（HSST-SY）由水位传感检测单元、智能测控传输单元、锂电池供电单元三大单元组成，并将其有机结合，封装于专门设计的全密封防护壳体内。（4）智能一体化水位遥测仪测定测压管水位

混凝土坝及浆砌石坝的基础扬压力观测（四）监测精度（1）压力表量程宜为1.2倍最大压力，准确度不低于1.6级。（2）压力表不宜经常拆卸。对于拆卸后重新安装的压力表，需待压力表稳定后才能读数。每年应对压力表进行校验，确定能否继续使用。（3）量测测压管内水面至管口的距离时，两次读数之差不应大于1cm。（4）使用渗压计监测扬压力时，渗压计量程以1.2倍最大压力为宜，精度不得低于总量程的5/1000。小结（1）扬压力是建筑物处于尾水位以下部分所受的浮力和在上下游水位差作用下，水从基底向下游渗透产生的向上的