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大坝及岩土工程安全监测仪器生产公司

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岩土工程类仪器 全国工业产品生产许可证编号  QS(川)XK07-0003-00002
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    来源:四川葛南仪器有限公司 | 作者:四川葛南蓉儿 | 发布时间: 2019-01-06 | 1846 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betwayapp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betwayapp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betwayapp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。betwayapp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。

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