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安装时间长达十七年之久的测压管扬压力计工作仍然正常
来源: | 作者:水利监测人张工 13990298835 | 发布时间: 2024-01-27 | 332 次浏览 | 分享到:
2002年，我公司技术人员为四川绵阳某水库安装测压管（扬压力计），近期公司技术人员再次到水库现场，通过水库管理人员精心介绍，目前该仪器仍然正常工作，测值稳定，数据监测可靠。
VWPD型振弦式扬压力计由透水环、感应膜、密封壳体，信号传输电缆、振弦及激振电磁圈等组成。

3.2工作原理
当被测水压荷载作用在扬压力计上时，将引起弹性膜板的变形，其变形带动振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出水荷载的压力值。同时可同步测出埋设点的温度值。
VWPD型振弦式扬压力计采用外壳接地及电缆双绞线屏蔽，有效地提高了仪器抗干扰和防雷击的能力。
3.3计算方法：
    a) 当外界温度恒定，扬压力计仅承受水荷载时，其压力值P与输出的频率模数△F具有如下线性关系：
P = k△F
△F = F0 - F
式中： k — 扬压力计的测量灵敏度，单位为KPa/F ；
△F — 扬压力计基准值相对于实时测量值的变化量，单位为F；
F — 扬压力计的实时测量值，单位为F；
F0 — 扬压力计的基准值，单位为F。 
b) 当作用在扬压力计上水荷载恒定，而温度增加△T，此时扬压力计有一个输出量△F´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。
实验可知△F´与△T具有如下线性关系：
P´= k△F´+ b△T = 0
k△F´= -b△T
△T = T - T0
式中 ：b — 扬压力计的温度修正系数，单位为KPa /℃；
△T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
T — 温度的实时测量值，单位为℃；
T0 — 温度的基准值，单位为℃。
c) 当扬压力计受到水荷载和温度的双重作用时，若大气压力有较大变化时，应予以修正。扬压力计的一般计算公式为：
Pm = k△F + b△T = k(F0 - F) + b(T - T0) + (Q0-Q)
式中：Pm — 被测渗透(孔隙)水压力量，单位为KPa；
Q0— 大气压力测量基准值，单位为KPa；
Q — 大气压力实时测量值，单位为KPa。
注：按水压来表示时1米水柱 = KPa/9.81
4 埋设与安装
扬压力计埋设安装时应根据设计要求进行观测断面的布设，下面主要对埋设在测压管内的扬压力计作一些简述。
4.1扬压计在混凝土坝中的安装
4.1.1安装埋设的准备
扬压力计的安装埋设的准备工作与渗压计基本相同，埋设安装前将扬压力计的透水部件拧下放在水中浸泡2小时以上，透水部件再次安装到扬压力计上时一定要在水中进行，装好透水部件的扬压力计拿出水面时进水口应朝上，避免腔内的水流出。如储水腔内含有空气，将影响测量的准确度。
扬压力计通常安装在测压管内，将传感器放到水面以下预定的高程，则水面高程的变化将反映为作用在传感器膜片上的水头压力变化，输出信号也产生相应的变化。为了使测量高程定位可靠，可用不锈钢丝绳吊住扬压力计的尾部，然后固定在测压管的管口。
仪器观测电缆从测压管口引出后，按设计走向埋设固定，管口设保护装置。
4.1.2测压管的安装埋设
4.1.2.1钻孔
钻孔时应严格控制深度和垂直度，如有倾斜，应测出其斜度，以便准确计算底部高程。
4.1.2.2深孔单管式测压管（附图2）
在钻孔底部灌注15cm厚的水泥砂浆或膨润土浆，将套上管底盖的内径50mm左右的塑料管或钢管放入孔内。在测压管壁打有小孔的花管段，按设计要求在管外回填入颗粒为10mm～20mm砾石或细砂。其余的部位回填灌注水泥砂浆或膨润土浆，管顶要加盖保护。
4.1.2.3深孔多管式测压管（附图3）
多管式测压管的埋设方法与单管式测压管的埋设方法基本相同，钻孔的直径应由埋入的测压管的根数决定，管数越多孔径越大。孔内反滤料、细砂及水泥砂浆的分布按单管式的方法逐级埋设。应注意做好各岩层之间的封闭隔离。
 
4.1.2.4测压管进水段的反滤保护装置
测压管的透水部分如遇钻孔断层或破碎层应加装反滤保护装置。
将带孔塑料管（多孔聚氯乙烯管），外包土工布，置入有可能塌孔的钻孔段或断层破碎带中的钻孔内，可起到反滤作用。
4.1.2.5测压管管口装置及保护
管口装置应根据测压管水位的测量方法，选择适用于无压、有压和自动化监测的要求进行设计。
管口保护装置，要求结构简单、固定牢固、能防止雨水流入和人蓄破坏，并能锁闭且开启方便。
4.2扬压计在土石坝中的安装
4.2.1造孔
在坝高或埋深小于10米的土体中埋设测压管时，可采用人工取土器钻孔(不宜加水)。深度大于10米者应采用钻机造孔，为保证有足够空隙填充封孔材料，埋设单管（测压管内径小于50mm者）时钻孔直径不宜小于100mm。埋设多管时，应根据装管数量进行扩径，原则上每增加一根测管相应孔径至少扩大一级。
不论何种土质，造孔均宜采用岩芯管冲击法干钻，并对岩芯作编录描述。严禁用泥浆固壁，为防止塌孔可采用套管护壁，如估计难以拔出，可事先在监测部位的套管壁上钻好透水孔。终孔后应检测钻孔斜度，以便精确确定测点位置及深度。
4.2.2测压管的预备
测压管由透水段和导管组成。透水段可用导管管材加工制做，面积开孔率约10%～20%（孔眼形状不限，但需排列均匀和内壁无毛刺），外部包扎足以防止泥土颗粒进入的无纺土工织物，管底封闭，不留沉淀管段。
也可采用与导管等直径的多孔聚乙烯过滤管或塑料透水管作透水段，透水段顶端与导管应牢固相连。导管长度视管材和埋设方法而定，两端接头处宜用外丝扣，用外箍接头相连。
测压管包扎图
4.2.3测压管的安装
埋设前应对钻孔深度、孔底高程、孔内水位、有无塌孔以及测压管加工质量、各管段长度、接头、管帽情况等进行全面检查，检查其是否完好并做好必要的记录。
下管过程中必须连接严密，吊系牢固，保持管身顺直。就位后，应立即测量管底高程和管水位，并在管外回填反滤料，逐层夯实，直至本测点的设计进水段高程。
从孔底至反滤料顶面的孔段长度，才是真正的测压管进水段（可大于测压管管体透水段），也是该测压管的实际监测范围，故须在埋设中严格遵守设计意图，精确测量并记录存档。
对反滤料的要求，既能防止细颗粒进入测压管；又具有足够的透水性，一般其渗透系数宜大于周围土体的10～100倍，对粘壤土或砂壤土可用纯净细砂；对砂砾石层可用细砂到粗砂的混合料。回填前需洗净，风干，缓缓入孔。
4.2.4封孔
凡不需要监视渗透的孔段(即非反滤料段)，原则上均应严密封闭，以防降水等干扰。尤其在一孔埋设多个分层测点时，更需要注意各测点间的隔离止水质量，必要时需在导管外叠套橡皮圈或油毛毡圈2～3层，管周再填封孔料，以防水压力串通。
封孔材料，宜采用膨润土球或高崩解性粘土球。要求在钻孔中潮解后的渗透系数小于周围土体的渗透系数。土球应由直径5～10mm的不同粒径组成，应风干，不宜日晒、烘烤。封孔时需逐粒投入孔内，必要时可掺入10%～20%的同质土料，并逐层捣实。切记大批量倾倒，以防架空。管口下1～2m范围内应用夯实法回填。回填3米左右高程后，应向管内注水，使水面超过泥球段顶面，使泥球崩解膨胀。
4.2.5灵敏度检验
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3～5倍；若为砂粒料，则为5～10倍。注入后不断观测水位，直至恢复到或接近注水前的水位。
对于粘壤土，注水水位在五昼夜内降至原水位为灵敏度合格；对于砂壤土，一昼夜降至原水位为灵敏度合格。对于砂砾土，1～2小时降至原水位合格。
当一孔埋多根测压管时，应自上而下逐根检验，并同时观测非注水管的水位变化，以检查它们之间的封孔止水是否可靠。
4.2.6管口保护
灵敏度合格者，应尽快安设管口保护装置。管口保护装置，一般可采用混凝土预制件、现浇混凝土或砖石砌筑，但均要求结构简单、牢固，能防止雨水流入和人畜破坏，并能锁闭且开启方便。尺寸和形式，应以测压管水位的测读方便而定。当采用自记或遥测装置时，还应满足测量仪表的各种需求。
4.2.7原始资料考证
从造孔始至灵敏度检验合格止的全过程中，应随时描述和记录有关情况及数据，必要时需取样进行干密度、级配和渗透系数等的试验。竣工时需要提交完整的“测压管钻孔柱状图”和“测压管考证表”，并存档妥善保管。
4.3 测试基准值
扬压力是水荷载量相对基准值的变化量，所以基准值取的准确与否，将直接影响到测值的准确性。
将准备好的扬压力计放入测压管内，直至浸入水中。同温两个小时后可进行测量，每隔5分钟测一次频率和温度，连续三次测值相同，即仪器与水已经同温。将扬压力计拎出水面，让仪器处于刚好出水面的位置。这时测量仪器的频率和温度，此测值可作为仪器的基准值。
为使基准值取的更准确，可将以上操作进行两次，如果两次测值基本相同(误差≤0.5％F.S)，则证明基准值取值正确。
扬压力在监测过程中，如测量值出现疑问值，可用以上方法重新测试基准值。
5测量
测量振弦式传感器应先将测量线快速插头插入VW-102型读数仪的左边插座上，将测量线的各色夹子对应连接上传感器的输出电缆， 黑、红测频率，白、绿测温度。振弦式传感器内附有智能识别芯片，其内存贮有该传感器的编号、系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，可顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量实现人工智能无纸化操作。

2002年，我公司技术人员为四川绵阳某水库安装测压管（扬压力计），近期公司技术人员再次到水库现场，通过水库管理人员精心介绍，目前该仪器仍然正常工作，测值稳定，数据监测可靠。