任偉

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 太原 030024）

1 水庫概況

柏葉口水庫是一座以城市生活和工業(yè)供水、文峪河水庫防洪為主，兼顧提高現(xiàn)有灌區(qū)的灌溉保證率、發(fā)電等綜合利用的中型水利樞紐工程，位于山西省呂梁市交城縣會(huì)立鄉(xiāng)柏葉口村上游的文峪河干流上，控制流域面積875 km2，其下游為已建的文峪河水庫。

2 監(jiān)測(cè)任務(wù)概述

一般大壩對(duì)于水利工程應(yīng)發(fā)揮的主要作用確定了監(jiān)測(cè)項(xiàng)目選定和監(jiān)測(cè)儀器選擇的原則。

2.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的選定

壩基、壩體與壩基的連接部位是一個(gè)重要部位，特別是當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造帶穿過壩趾基巖時(shí)，與構(gòu)造帶的變形和蓄水后滲流條件變化有關(guān)的項(xiàng)目必須予以優(yōu)先考慮。大壩的防滲體是另一個(gè)重要部位，包括灌漿帷幕等，蓄水后的防滲效果是需要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目。

2.2 監(jiān)測(cè)儀器的選擇

本文的論述目的在于選擇大壩滲流監(jiān)測(cè)的儀器。選定的儀器必須性能可靠。對(duì)于國內(nèi)已定型生產(chǎn)的，并且已有較多工程使用又經(jīng)歷時(shí)間考驗(yàn)為正常運(yùn)行的儀器應(yīng)該首先考慮。

對(duì)于新開發(fā)的或者是超常規(guī)限定值的儀器必須經(jīng)過科學(xué)試驗(yàn)又具有確實(shí)的把握性才能采用。當(dāng)要求儀器承受超過其規(guī)定的高水頭作用時(shí)，儀器的防水、防潮必須作專門處理，再經(jīng)過具有相應(yīng)安全度的外水壓作用的穩(wěn)定性能試驗(yàn)后才能使用。

表1 各種孔隙水壓力計(jì)的性能比較表

3 孔隙水壓力計(jì)的類別

孔隙水壓力計(jì)型式多種，一般分為豎管式、水管式、氣壓式和電測(cè)式四大類。電測(cè)式又依傳感器不同分為：差別電阻式、振弦式、電阻應(yīng)變式和壓阻式等。各種孔隙水壓力計(jì)的性能比較見表1.根據(jù)分析比較，決定選定振弦式孔隙水壓力計(jì)。

3.1 振弦式孔隙水壓力計(jì)

3.1.1 用途

振弦式孔隙水壓力計(jì)因傳輸信號(hào)為頻率，不受電纜電阻、接頭電阻及接地漏電等因素影響，允許長電纜數(shù)據(jù)傳輸，而且靈敏度高，能在惡劣條件下長期穩(wěn)定工作，因此廣泛用于監(jiān)測(cè)土壩、混凝土建筑物、基巖、鉆孔（井）、基礎(chǔ)、管道及壓力容器內(nèi)孔隙水壓力、水位或液態(tài)壓力。

3.1.2 結(jié)構(gòu)型式

振弦式孔隙水壓力計(jì)由透水板，承壓膜、鋼弦、支架、線圈、殼體和傳輸電纜等構(gòu)成，分為鉆孔埋入式和填方埋入式。

根據(jù)孔隙壓力計(jì)的使用情況，儀器殼體的外形設(shè)計(jì)成多種形式。除標(biāo)準(zhǔn)埋入型用于填土外，還有錐體貫入型可以直接推入軟基中，配有螺紋管型可接入液壓或氣壓管路。在土石壩的測(cè)壓管內(nèi)觀測(cè)孔隙水壓力，要選用小尺寸、小量程、高精度的滲壓計(jì)。

電纜通常用氯丁橡膠護(hù)套，或聚氯乙烯護(hù)套二芯（三芯）屏蔽電纜，對(duì)高土石壩則應(yīng)采用帶加強(qiáng)鋼絲和加厚護(hù)套的屏蔽電纜。

3.1.3 工作原理

振弦式孔隙水壓力計(jì)將一根振動(dòng)鋼弦與一靈敏受壓膜片相連，當(dāng)孔隙水壓力經(jīng)透水板傳遞至儀器內(nèi)腔作用到承壓膜上，承壓膜連帶鋼弦一同變形，測(cè)定鋼弦自振頻度的變化，即可把液體壓力轉(zhuǎn)化為同等的頻率信號(hào)測(cè)量出來。

4 運(yùn)用

柏葉口水庫主要建筑物等級(jí)為三級(jí)，采用混凝土面板堆石壩，壩頂寬10 m，壩頂長296.0 m，從壩腳趾板最低高程算起，最大壩高88.3 m.

壩體滲流量觀測(cè)的目的是為了確定觀測(cè)斷面上的滲透量分布和浸潤線的位置。由于壩基覆蓋層較厚，相對(duì)透水層較深，地下水位又低于地面高程，再加上溢洪道出口與壩趾下游距離很短，受地形條件限制，不適合設(shè)排水溝及量水堰量測(cè)壩體及壩基滲流量。

依據(jù)《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容，“作用水頭大于20 m的壩，滲透系數(shù)小于10-4cm/s的土中，觀測(cè)不穩(wěn)定滲流過程以及不適宜埋設(shè)測(cè)壓管的部位，宜采用振弦式孔隙水壓力計(jì)，其量程應(yīng)與測(cè)點(diǎn)實(shí)有壓力相適應(yīng)”?！翱紫端畨毫τ^測(cè)斷面，一般設(shè)2～3個(gè)橫斷面，且其中1個(gè)為主觀測(cè)斷面。應(yīng)設(shè)于最大壩高，合龍段，壩基地基地質(zhì)地形條件復(fù)雜處，并應(yīng)盡量同變形、滲流、土壓力觀測(cè)斷面相結(jié)合?！?/p>

通過對(duì)儀器主要參數(shù)的選比，最后采用了南京南瑞集團(tuán)公司所生產(chǎn)的孔隙水壓力計(jì)（滲壓計(jì)），參數(shù)為：量程0.2～5.0，工作溫度為-25℃～60℃，測(cè)溫精度為±0.5℃.

根據(jù)規(guī)范規(guī)定及儀器的選定，在大壩下游斷面0+070、0+090兩處斷面各設(shè)測(cè)壓管3根，共計(jì)6根。通過觀測(cè)地下水坡降，計(jì)算出滲流量。壩內(nèi)各測(cè)點(diǎn)布置在壩基以上正常蓄水位時(shí)浸潤線以下。

壩基滲流壓力觀測(cè)的目的是為了監(jiān)測(cè)防滲系統(tǒng)的工作狀況和壩基覆蓋層的滲透穩(wěn)定性。包括壩基天然巖土層，人工防滲和排水設(shè)施等關(guān)鍵部位滲流壓力分布情況的觀測(cè)。在本大壩中，沿防滲帷幕下游10～20 m壩基內(nèi)埋設(shè)振弦式滲壓計(jì)，共埋設(shè)6支滲壓計(jì)。

5 結(jié)論

通過以上可知，柏葉口水庫的觀測(cè)設(shè)計(jì)采用振弦式孔隙水壓力計(jì)是非常重要的，包括資料的收集、處理、設(shè)計(jì)的確定、信息的反饋，其目的是為了工程的永久安全。總之，大壩安全監(jiān)測(cè)的目的就是利用一切手段，確保大壩以較少的投入來保證長期、穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)效益的最大化。