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技術文章

油運動粘度測試儀工程監督測試中運用

1油運動粘度測試儀工程監督測試中運用
　　揚壓力是重力壩強度和穩定計算中的重要荷載。人們對揚壓力的認識，從無所知到有所知，從對它有模糊的概念到進行較準確的計算，已經經歷了1個多世紀的漫長時期。直至今日，人們對揚壓力的認識也并非進入到了無所不知的境界，仍有許多問題有待進一步研究。
　　揚壓力是指建筑物及其地基內滲水，對某一水平計算截面浮托力與滲透壓力之和。由于揚壓力是1個鉛直向上力，它減小了重力壩作用在地基上的有效壓力，從而降低了壩底的抗滑力，因此存在一定的負面作用。同時，壩體內也產生揚壓力，導致壩體內的應力分布受到一定影響。為了減小壩底揚壓力，提高壩的穩定性，通常采用布設壩基防滲帷幕以增加防滲效果，消耗壩底的滲透水頭，并在防滲帷幕后設排水孔幕，以釋放剩余水頭。通常將壩體上游壩面3～5m范圍內的材料的防滲性能提高，以形成防滲層，在防滲層后面再設置排水管。
　　滲透壓力又稱動水壓力，是指水在建筑物上，下游水位差作用下滲入建筑物及地基內而產生的水壓力。滲透壓力對巖，土體穩定性的影響隨滲流方向不同而異。如壩基下當滲流方向與重力一致時，滲透力能提高巖土體穩定性；如與重力方向相反，則將減小顆粒間壓力，即產生揚壓力對土體穩定不利。
　　隨著人類科學和技術的不斷進步，人們通過許多方法來**測量壩基揚壓力。振弦式傳感器就是一種可以**測量壩基揚壓力的儀器。
　　2監測傳感器定義及原理
　　振弦式傳感器是以拉緊的金屬弦作為敏感元件的諧振式傳感器。當弦的長度確定之后，其固有振動頻率的變化量即可表征弦所受拉力的大小，通過相應的測量電路，就可得到與拉力成一定關系的電信號。振弦式滲壓計工作原理：大壩壩基內的滲透水自進水口流經透水石，作用在彈性膜片上，引起彈性膜片的變形，導致振動弦的應力變化，從而改變振動弦的振動頻率。電磁線圈激振振動弦并同時測量其振動頻率，頻率信號經儀器電纜傳輸至儀器測讀裝置（2次儀表），即可測量出水的荷載壓力值。同時儀器內的熱敏電阻可同步測出埋設點的溫度。
　　振弦式滲壓計的工作特性方程，以頻率方式計算時，采用*小二乘擬合直線表示為：
　　Y=K（fi2-f02） C（1）
　　式中：Y為校準時作用在傳感器上的水壓力，kPa；K為傳感器系數（*小二乘直線的斜率），kPa/Hz2；fi為校準時傳感器對應于Y的輸出頻率，Hz；f0為校準時傳感器零壓力測試點的輸出頻率，Hz；C為計算常數（*小二乘法直線截距），kPa.
　　水利信息化2010，（4）46當傳感器在實際使用中進行溫度修正時，其工作特性方程為：
　　Yi=K（fi2-f02） b（Ti-T0） C（2）
　　式中：Ti為對應于Yi的溫度；T0為傳感器在安裝時相應于基準點f0的溫度；b為傳感器溫度系數，kPa/℃。
　　儀器主要由壓力感應部件，振弦感應組件及引出電纜密封部件3個部分構成。滲壓計的感應部件由透水石，感應板組成。感應板上接振弦傳感部件，振弦感應組件由振動弦和電磁線圈構成。止水密封部分由接座套筒，橡皮圈及壓緊圈等組成，內部填充環氧樹脂防水膠，電纜由其中引出。主要部件均采用特殊鋼材制造，適合在各種惡劣環境中使用。標準的透水石選用帶50μm小孔的燒結不銹鋼制成，具有良好的透水性且能有效防止泥沙進入。振動弦式傳感元件固定在中空圓柱體2端之間，1個柔性膜片焊接在鋼性圓柱體上。振動弦由液壓擠壓固定，相當于將所有零件焊在一起，但完全不影響其彈性。
　　適用范圍：適合埋設在水工建筑物和基巖內，或安裝在測壓管，鉆孔，堤壩管道或壓力容器中，以測量孔隙水壓力或液體液位。用于監測巖土工程和其它混凝土建筑物的滲透水壓力，適用于長期埋設在水工建筑物或其它建筑物內部及其基礎，或安裝在測壓管內，測量結構物內部及基礎的滲透水壓力。也可用于水庫或邊坡地下水位的測量。在完善電纜保護措施后，油運動粘度測試儀工程監督測試中運用，也可直接埋設在對儀器要求較高的碾壓混凝土中。
　　常用的安裝埋設方式有以下幾種：在現澆混凝土內，基巖面上，土體中，水平淺孔中，深孔中埋設，在測壓管中安裝等。由于使用場合很多，應根據不同的具體使用條件進行埋設安裝。本文主要就滲壓計在測壓管中的安裝方法做詳細舉例。
　　滲壓計的典型安裝方法是將儀器直接投入到測壓管中的設計位置，當測壓管很深時，應采用鋼絲或細鋼絲繩拴住滲壓計，將儀器電纜綁在鋼絲繩上，再緩緩放入測壓管中，并將鋼絲繩固定在管口上部。
　　當測壓管很深時，應采用鋼絲或細鋼絲繩拴住滲壓計，儀器電纜綁在鋼絲繩上，緩緩放入測壓管中，鋼絲繩固定在管口上部。
　　測壓管的工作狀況有3種：即有壓，無壓及時有時無壓。安裝滲壓計后，管口可按2種方式進行改造：一種為針對無壓的管口（如土石壩的測壓管，混凝土壩的繞壩滲流孔等），其管口結構應保證能方便地進行人工比測，并對設備具有良好的防護功能；另外一種則針對有壓和時有時無壓的管口，如混凝土壩的揚壓力孔測壓管，測壓管管口既要能密封以承受壓力，而當測壓管無壓時又要能進行人工比測，因此需要制備相應的專門管口設備。
　　3工程實例
　　合面獅水庫位于廣西賀州市信都鎮，地處西江支流賀江中游，距賀州市45km.工程于l970年動工興建，1976年全部建成。合面獅水庫是一座集灌溉，發電，航運等的綜合利用工程，該水庫控制集雨面積6260km2，正常蓄水位為88.0m，水庫總庫容為2.96億m3，設計灌溉面積6866.7hm2，電站裝機4臺，總裝機容量80MW.合面獅水庫樞紐主要建筑物由大壩，壩后電站及升船機組成。大壩為混凝土寬縫重力壩，壩頂長度189.0m，其中溢流壩段長93.5m，*大壩高54.5m.大壩右側壩段為重力壩段，電站廠房位于該壩段下游側；大壩左側壩段為溢流壩段，堰頂高程78m，設6扇13.5m×10.0m的弧形鋼閘門，單個孔口凈寬13.5m，總凈寬為81m，升船機位于左側岸邊上。
　　大壩原安裝有測壓管，但根據測壓管安裝資料和現場調查發現，測壓管沒有按有關規定安裝，觀測成果不能真實反映壩基滲透壓力。施工時按設計及規范要求重新安裝測壓管，并實施了監測系統自動化改造，更換了新的自動化測量模塊，將系統原有軟件進行版本的升級，以便準確，及時地監測大壩壩基滲透壓力分布情況。
　　3.1測壓管制作安裝
　　3.1.1測壓管制作
　　測壓管由透水段和導管組成。透水段可用導管管材加工制做，油運動粘度測試儀工程監督測試中運用，面積開孔率約10～20（孔眼形狀不限，但須排列均勻且內壁無毛刺），外部包扎無紡土工織物或不銹鋼網，以防止土顆粒進入，管底封閉且不留沉淀管段；也可采用與導管等直徑的多孔聚乙烯過濾管或透水石管制作。透水段頂端與導管牢固相連。導管長度視管材和埋設情形而定。
　　2端接頭處宜采用外絲扣，并用外箍接頭相連。而本工程按照設計要求，測壓管采用直徑為48mm，厚度為3.5mm的鍍鋅鋼管制作，除透水段特殊制作外，其余測壓管2端絞絲，并根據實際鉆孔深度確定測壓管的制作長度。測壓管管底150～650mm管段為進水管段，沿圓周方向鉆11排呈梅花形排列的小孔，每排4孔，孔徑5mm，排距50mm.測壓管自底部向上至800mm，用直徑0.8mm不銹鋼網包裹，再用直徑1.5mm漆包銅線綁扎；距不銹鋼網2端25mm各綁1道，中間綁扎3道；每道綁扎均牢固可靠。測壓管管底用直徑為56mm，厚度為6mm的鋼板焊密封，并在測壓管底部加焊4個定位支撐，確保測壓管入孔時居中。
　　3.1.2測壓管安裝
　　在鉆孔底部充填洗凈的粒徑為6～8mm，厚10cm的礫石墊層，進水管段底部位于該礫石墊層上。將測壓管放入孔內，先下進水段測壓管，用鍍鋅鋼管接頭將其它已車絲的測壓管逐根接入孔內，直至要求長度；接管時絲口用生膠帶纏裹后，用紅丹防銹漆涂刷，再擰緊接頭絲口。
　　3.2回填及灌漿
　　礫石層回填指在進水管周圍填入洗凈的Φ6～8mm礫石，并使之密實，將進水段覆蓋，厚度約800mm.砂層回填指在礫石層上回填150～200mm厚的粗砂。膨脹泥球回填指用膨脹土做成約Φ10～15mm大小的膨脹泥球均勻填入孔內，厚度約300mm.灌漿指用標號為P.O.32.5水泥制作水泥漿，水泥漿液采用機械攪拌，攪拌時間不少于3min，漿液水灰比為0.5：1.0；用泵加壓灌注，由灌漿管從測壓管與鉆孔壁之間導入距膨脹土0.50m左右開始灌注，邊送漿邊拔管，一般深孔分3次灌漿和待凝，上部用水泥砂漿回填，*后抹平封孔。
　　3.3注水試驗
　　測壓管安裝完畢后，逐孔進行了水位觀測及注水試驗，油運動粘度測試儀工程監督測試中運用，檢查測壓管的透水性。從觀測結果看，各觀測斷面測壓管水位從上游側向下游側遞減，符合壩體揚壓力分布規律。
　　3.4監測儀器安裝
　　本工程采用GK4500S型滲壓計作為揚壓力監測傳感器，所有測點均為無壓孔，滲壓計的安裝方法如下：按照設計要求安裝測壓管管口保護裝置附件；根據設計圖紙及現場放樣，確定滲壓計的電纜接長長度，為避免電纜自重超過其抗拉強度，防止滲壓計滑入測壓管內，采用不銹軟鋼絲繩吊裝傳感器，同時將儀器電纜和鋼絲繩進行綁扎；電纜接長應牢固，接頭處做好絕緣處理，電纜頭部應做醒目，牢固，耐久，不易損壞的標簽；安裝前將滲壓計在水中浸泡2h以上，使其達到飽和狀態，同時取下透水石使其內腔充滿水；根據設計及測壓管實際深度確定滲壓計的安裝位置，滲壓計安裝在測壓管管底以上約1m的位置；滲壓計入管前用讀數儀表進行測量，并記錄測量值；將滲壓計安裝到位并記錄實際安裝位置，同時測讀滲壓計入管后的讀數，并觀察滲壓計入管后是否工作正常；待滲壓計在測壓管內溫度平衡后，進行提升試驗，以檢查傳感器的性能及安裝調試質量；填寫滲壓計安裝考證表，記錄好儀器安裝的相關參數及情況。
　　3.5設備試運行情況
　　合面獅大壩揚壓力監測系統于2009年初安裝調試完畢。投入試運行以來，各傳感器讀數穩定，采集模塊各項功能工況正常，采集計算機和采集單元通訊暢通，采集模塊能夠按照設定的采集周期自動采集各揚壓力測壓管水位數據，并上報至采集計算機進行成果計算后保存到數據庫。管理人員可以在監控機房控制設備采集數據，調整和設置設備運行參數；采集計算機和工作站之間通信暢通，可協同工作；系統未曾受到雷電感應等電磁干擾的影響，運行過程中沒有出現數據漏測，缺測或測值錯誤等異常，系統各設備工作狀態良好。滲壓計人工比測結果見（E1-1，E1-2，E1-3是3支振弦式滲壓計的設計測點編號），人工測量與自動化測量的*大差值為15mm，在測量允許范圍以內，證實安裝的儀器完好，整個自動化測量系統運行良好。