CN116183461A - 坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，根据大坝坝基覆盖层三维渗流潜蚀计算成果，在可能潜蚀部位布置深部渗压计，沿渗流全路径设置技术渗压计；针对悬挂式防渗体，下游可能出现内管涌现象甚至导致出现下游覆盖层的渗流通道，根据可能破坏区域在坝基施工时设置深部渗压计，监测下游覆盖层30m全断面监测渗透破坏启动区域；针对下游防渗缺陷，可能出现的内管涌现象，设置深部渗压计；从而能够对渗透破坏区域提前预警，以避免更大范围的渗透破坏。

Description

坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程技术领域，具体涉及坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法。

背景技术

建于覆盖层上的大坝坝基渗流量是是监测重点之一。坝型、防渗结构、特别是覆盖层深度的不同，其监测布置和监测手段差别较大。

深厚覆盖层上土石坝的坝基渗流量监测，一般需对坝脚下游覆盖层地基采用垂直防渗封闭措施。坝下游无水或水位较低、覆盖层深度不大的土石坝，可将下游覆盖层清除，在基岩上设置截水沟（墙），布置量水堰进行监测。

当覆盖层深厚，则需设置全封闭防渗墙等截渗结构。将量水堰截渗结构与下游围堰防渗墙结合设计，待大坝填筑结束后，将下游围堰防渗墙局部拆除至量水堰底板高程，在其下游侧布置量水堰，对渗漏量进行监测。

深厚覆盖层，是指堆积于河谷之中，厚度大于30 m的第四纪松散沉积物，它具有结构松散、岩性不连续、成因类型复杂、物理力学性质不均匀等特点。

深厚覆盖层的渗透稳定性是影响大坝安全的关键科学问题，潜蚀是深厚覆盖层渗透稳定性问题中比较主要和突出的一种型式，它是指渗流携带内部不稳定土体中的细颗粒在粗颗粒的骨架孔隙中运移流失，逐渐在地基内形成局部被掏空、被充填的现象。均因潜蚀诱发大量塌坑出现，严重威胁了大坝安全。

大坝深层防渗体系(这里指覆盖层帷幕灌浆、基岩帷幕灌浆和坝基覆盖层以下的防渗墙体)的局部缺陷或完全失效为深部土体潜蚀的发生和后续常规管涌的发生提供了水力条件。某工程计算渗流表明，如河床段覆盖层帷幕灌浆的局部最大坡降达到11.5，超过覆盖层帷幕的允许坡降10，覆盖层或基岩帷幕灌浆均存在局部破坏的可能。一旦帷幕灌浆出现局部破坏，将会可能诱发帷幕灌浆周边深部土体的潜蚀。

如果帷幕周边土体内部结构中粗料能够对细料进行有效保护，则该种土体称为内部稳定的土体。如果粗料不能对细料进行有效保护，部分细料可以在粗料形成的孔隙中运移流失，则该种土体称为内部不稳定的土体。如果周边是内部不稳定的土体，这为潜蚀的发生发展提供了物质条件。

总之，一旦大坝防渗体系出现缺陷，达到防渗体系周边内部不稳定土体发生潜蚀的水力条件，其土体中的细颗粒就会发生运移流失。对于宽级配或间隔级配的土，当细粒含量比较少时，粗颗粒形成骨架，细颗粒在土骨架的孔隙中可以移动。当孔隙通道瓶颈处的约束尺寸大于细颗粒的尺寸时，在渗透水流的带动下，细颗粒可能在粗颗粒骨架的孔隙通道中运移和流失，称为渗流潜蚀。当这种现象发生在渗流溢出处时，并逐渐向上游发展，则称为管涌。由于细颗粒的迁移和流失会增大土中的孔隙，改变土的颗粒级配和排列，从而引起渗透特性的改变以及土骨架变形。

发生潜蚀后，土体的渗透性显著增大，已有工程根据涌水监测资料显示，某工程覆盖层深部渗压计P80的监测水头为1346m，而同样位于土体内部的长观孔的水头为1345.98m，两者水平距离348m，但水头损失仅仅为0.02m，可见发生潜蚀后的土体的渗透性变得相当大，由此带来的是相距较远的部位水头测值差别较小，这一现象可以由渗压计监测仪器捕捉到。大量土体中运移流失的细颗粒，可能会聚集在流线后面土体，照成后面土体的淤堵，进一步降低其渗透性，土体底部经过反复的淤堵→冲破淤堵→局部流土破坏的过程，会逐渐形成渗漏通道，最终导致下游某一薄弱位置发生破坏。因此可以通过渗压计监测防渗体下游一定范围的土体内渗压水头测值，通过分析水头测值变化，可以分析判断覆盖层监测潜蚀破坏情况。

目前坝基渗流监测没有针对潜蚀破坏区域开展监测内容,同时无法有针对性根据渗流潜蚀计算可能最开始法甚渗透破坏区域提前预警,以避免更大范围渗透破坏。

发明内容

本发明的主要目的在于提供坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，解决上述背景技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：根据大坝坝基覆盖层三维渗流潜蚀计算结果，在可能发生潜蚀部位布置深部渗压计，沿渗流全路径设置基础渗压计；

在深厚覆盖层坝基布置若干个监测横断面，断面间距为25~50m，在每个监测断面防渗墙后3~5m布置1个深孔，沿不同孔深分层布置4~6支渗压计，最底部渗压计位于防渗墙与防渗帷幕的结合处；

在各监测横断面防渗墙至下游坡脚，沿顺水流方向布置一排测压管，测点间距20~50m，测压管内安装渗压计，用以监测坝基覆盖层沿程渗流情况，各测压管采用在大坝下游坝坡处钻孔安装方式；

在大坝下游坡脚部位沿顺水流方向布置2~4排测压管，形成2~4个监测纵断面，断面间距10~40m，在各监测纵断面按间距10~25m布置测压管，测压管采用钻孔安装方式，孔底安装渗压计进行监测，用以监测下游坡脚部位潜蚀情况及监测坝基渗漏量。

优选方案中，深孔渗压计钻孔安装方法的步骤如下：

A1、在坝基基础廊道防渗墙后渗压计埋设位置钻孔；

A2、钻孔结束后，在渗压计埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，直至回水变清，并向钻孔内输送压缩空气，将钻孔内的积水排干；

A3、埋设前将渗压计在水中浸泡保持饱和状态，然后将渗压计装入细砂包中；

A4、在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤并捣实，将用细砂包好并完成数据测读记录后的渗压计放入孔底，之后依次回填中粗砂反滤和膨润土，然后回填水泥砂浆至下一支渗压计仪器安装高程以下30cm处；

A5、重复步骤A4，直至孔内各分层渗压计全部安装完成。

优选方案中，步骤A4中，渗压计下放过程中的砂包及电缆自重超过电缆强度时，使用钢丝吊住砂包，并将电缆绑在钢丝上进行吊装下放。

优选方案中，测压管钻孔及渗压计安装方法：

B1、在设定位置钻孔，测压管钻孔至坝基地下水位至少2m处，钻孔后精确测定孔深和孔斜，计算孔底高程；

B2、钻孔完成后，在测压管埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，并向钻孔内输送压缩空气，将钻孔内的积水排干；

B3、在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤并捣实，将测压管放入孔内，进水段底部位于中粗砂反滤上；

B4、在测压管管底安装渗压计，安装前需将渗压计在水中浸泡保持饱和状态，然后将渗压计装入细砂包中；

B5、渗压计测读正常后，在测压管与孔壁之间回填粗砂反滤，之后依次回填细砂和膨润土，然后在离管口1m内回填水泥砂浆直至管口高程，并捣实；

B6、在测压管管口安装保护装置，渗压计电缆从孔口引出至集中观测。

优选方案中，测压管包括进水段与导管，测压管采用PVC-U管，管接头采用密封加固处理；

测压管的进水段设有多个透水孔且采用梅花形布置，管外壁包裹多层无纺布。

优选方案中，防渗墙后的深部位层渗压计可以监测防渗墙后不同高程渗压水位情况，若存在潜蚀或薄弱部位，渗压计测值会出现升高或其他异常情况，可以通过渗压计来发现坝基侵蚀或防渗薄弱部位。

优选方案中，在防渗墙至下游坡脚坝基部位埋设渗压计，用于监测坝基覆盖层沿程深部沿程渗流情况，并通过渗压计测值来发现坝基潜蚀或渗流异常部位，分析判断潜蚀路径。

优选方案中，通过在下游坡脚布置多排测压管计算坝基渗漏量，计算步骤如下：

C1、测压管为2排，通过下游坡脚2排测压管分别监测坝基水位，分别为H1、H2，由测压管埋设桩号确定2排测压管间距L，则渗透迫降J=（H1-H2）/L；

C2、根据工程经验及坝基渗透试验结果，得出坝基覆盖层渗透系数k值，根据流速v=k×J，可以计算出坝基覆盖层渗漏水流速，渗漏量Q=v×A= k×J×A，A取2排测压管所在断面过水面积的平均值，A=过水断面的长度×深度，由此可以计算坝基覆盖层渗漏量Q。

本发明提供了坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，针对悬挂式防渗体，下游可能出现内管涌现象甚至导致出现下游覆盖层的渗流通道，根据可能破坏区域在坝基施工时设置深部渗压计，监测下游覆盖层30m全断面监测渗透破坏启动区域；针对下游防渗缺陷，可能出现的内管涌现象，设置深部渗压计；从而能够对渗透破坏区域提前预警，以避免更大范围的渗透破坏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1是本发明坝基潜蚀监测剖面图；

具体实施方式

实施例1

如图1所示：坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，渗压计布置位置：

布置原则：根据大坝坝基覆盖层三维渗流潜蚀计算成果，在可能潜蚀部位布置深部渗压计，沿渗流全路径设置基础渗压计。

在深厚覆盖层坝基布置若干个监测横断面（上下游方向断面），断面间距为25~50m。在每个监测断面防渗墙后3~5m布置1个深孔，沿不同孔深分层布置4~6支渗压计，最底部渗压计位于防渗墙与防渗帷幕结合部位。

在各监测横断面防渗墙至下游坡脚，沿顺水流方向布置一排测压管，测点间距20~50m为宜，测压管内安装渗压计，以监测坝基覆盖层沿程渗流情况。各测压管采用在大坝下游坝坡处钻孔安装方式。

在大坝下游坡脚部位沿顺水流方向布置2~4排测压管（形成2~4个监测纵断面，断面间距10~40m为宜），在各监测纵断面按间距10~25m布置测压管，测压管采用钻孔安装方式，孔底安装渗压计进行观测。主要监测下游坡脚部位潜蚀情况及监测坝基渗漏量。

施工方法：

深孔渗压计钻孔安装方法：

步骤一、在坝基基础廊道防渗墙后渗压计埋设位置钻孔，钻孔孔径Φ90mm，钻孔至要求深度。

步骤二、钻孔结束后，在渗压计埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，直到回水变清10分钟后结束，并应向钻孔内送入压缩空气，将钻孔内的积水排干。

步骤三、埋设前将渗压计在水中浸泡2小时，保持饱和状态，然后将渗压计装入装满粒径不大于Φ1.0mm细砂、直径不大于Φ70mm的细砂包中。

步骤四、在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤，厚30cm，捣实。将用细砂包好并完成数据测读记录后的渗压计放入孔底，当砂包及电缆自重超过电缆强度时，可用钢丝吊住砂包，并把电缆绑在钢丝上进行吊装，以免电缆损坏。之后依次回填40cm厚中粗砂反滤和20cm厚膨润土，然后回填M20水泥砂浆至下一支渗压计仪器安装高程以下30cm处。

步骤五、重复步骤四，直至孔内各分层渗压计全部安装完成。

测压管钻孔及渗压计（单支）安装方法：

步骤一、在所选位置钻孔，测压管钻孔直径110mm。测压管钻孔至坝基地下水位以下至少2m方可终孔。终孔后精确测定孔深和孔斜，计算孔底高程；

步骤二、钻孔结束后，在测压管埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，并应向钻孔内送入压缩空气，将钻孔内的积水排干。

步骤三、测压管包括进水段和导管两段，管径Φ76mm。测压管采用PVC-U管，管接头宜采用密封加固措施；测压管进水段长80cm，透水孔梅花形布置，孔径φ8mm，开孔率20%，管外壁包裹两层无纺布。在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤，厚15cm，捣实。将测压管放入孔内，进水管段底部位于中粗砂反滤上。

步骤四、在测压管管底安装渗压计。安装前需要将渗压计在水中浸泡2小时，保持饱和状态，然后将渗压计装入装满粒径不大于Φ1.0mm细砂、直径不大于Φ70mm的细砂包中。

步骤五、渗压计测读正常后，在测压管与孔壁之间回填中粗砂反滤，之后依次回填细砂和膨润土，然后在离管口1m范围内回填M20水泥砂浆直至管口高程，并捣实，以防产生气泡和收缩。

步骤六、在测压管管口安装保护装置，渗压计电缆从孔口引出至集中点观测。

监测方法

防渗墙后的深部分层渗压计可以监测防渗墙后不同高程渗压水位情况。若存在潜蚀或薄弱部位，渗压计测值会出现升高或其他异常情况。因此可以通过渗压计来发现坝基潜蚀或防渗薄弱部位。

在防渗墙至下游坡脚坝基部位埋设渗压计，可以监测坝基覆盖层沿程深部沿程渗流情况，通过渗压计测值来发现坝基潜蚀或渗流异常部位，分析判断潜蚀路径。

通过在下游坡脚布置多排测压管可以分析计算坝基渗漏量，具体监测方法如下（以2排为例）：

步骤一、通过下游坡脚2排测压管分别监测坝基水位，分别为H1、H2。由测压管埋设桩号确定2排测压管间距L，则渗透迫降J=（H1-H2）/L。

步骤二、根据工程经验及坝基渗透试验成果，可以得到坝基覆盖层渗透系数k值，根据达西定律，流速v=k×J，可以计算出坝基覆盖层渗漏水流速。渗漏量Q=v×A= k×J×A，A取2排测压管所在断面过水面积的平均值，A=过水断面的长度×深度，由此可以计算坝基覆盖层渗漏量Q。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：根据大坝坝基覆盖层三维渗流潜蚀计算结果，在可能发生潜蚀部位布置深部渗压计，沿渗流全路径设置基础渗压计；

在深厚覆盖层坝基布置若干个监测横断面，断面间距为25~50m，在每个监测断面防渗墙后3~5m布置1个深孔，沿不同孔深分层布置4~6支渗压计，最底部渗压计位于防渗墙与防渗帷幕的结合处；

在各监测横断面防渗墙至下游坡脚，沿顺水流方向布置一排测压管，测点间距20~50m，测压管内安装渗压计，用以监测坝基覆盖层沿程渗流情况，各测压管采用在大坝下游坝坡处钻孔安装方式；

在大坝下游坡脚部位沿顺水流方向布置2~4排测压管，形成2~4个监测纵断面，断面间距10~40m，在各监测纵断面按间距10~25m布置测压管，测压管采用钻孔安装方式，孔底安装渗压计进行监测，用以监测下游坡脚部位潜蚀情况及监测坝基渗漏量。

2.根据权利要求1所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：深孔渗压计钻孔安装方法的步骤如下：

A1、在坝基基础廊道防渗墙后渗压计埋设位置钻孔；

A2、钻孔结束后，在渗压计埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，直至回水变清，并向钻孔内输送压缩空气，将钻孔内的积水排干；

A3、埋设前将渗压计在水中浸泡保持饱和状态，然后将渗压计装入细砂包中；

A4、在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤并捣实，将用细砂包好并完成数据测读记录后的渗压计放入孔底，之后依次回填中粗砂反滤和膨润土，然后回填水泥砂浆至下一支渗压计仪器安装高程以下30cm处；

A5、重复步骤A4，直至孔内各分层渗压计全部安装完成。

3.根据权利要求2所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：步骤A4中，渗压计下放过程中的砂包及电缆自重超过电缆强度时，使用钢丝吊住砂包，并将电缆绑在钢丝上进行吊装下放。

4.根据权利要求1所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：测压管钻孔及渗压计安装方法：

B1、在设定位置钻孔，测压管钻孔至坝基地下水位至少2m处，钻孔后精确测定孔深和孔斜，计算孔底高程；

B2、钻孔完成后，在测压管埋设前，用压力风水进行冲洗，将孔内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，并向钻孔内输送压缩空气，将钻孔内的积水排干；

B3、在钻孔底部回填洗净的中粗砂反滤并捣实，将测压管放入孔内，进水段底部位于中粗砂反滤上；

B4、在测压管管底安装渗压计，安装前需将渗压计在水中浸泡保持饱和状态，然后将渗压计装入细砂包中；

B5、渗压计测读正常后，在测压管与孔壁之间回填粗砂反滤，之后依次回填细砂和膨润土，然后在离管口1m内回填水泥砂浆直至管口高程，并捣实；

B6、在测压管管口安装保护装置，渗压计电缆从孔口引出至集中观测。

5.根据权利要求4所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：测压管包括进水段与导管，测压管采用PVC-U管，管接头采用密封加固处理；

测压管的进水段设有多个透水孔且采用梅花形布置，管外壁包裹多层无纺布。

6.根据权利要求1所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：防渗墙后的深部位层渗压计可以监测防渗墙后不同高程渗压水位情况，若存在潜蚀或薄弱部位，渗压计测值会出现升高或其他异常情况，可以通过渗压计来发现坝基侵蚀或防渗薄弱部位。

7.根据权利要求1所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：在防渗墙至下游坡脚坝基部位埋设渗压计，用于监测坝基覆盖层沿程深部沿程渗流情况，并通过渗压计测值来发现坝基潜蚀或渗流异常部位，分析判断潜蚀路径。

8.根据权利要求1所述坝基潜蚀的深厚覆盖层渗流监测方法，其特征是：通过在下游坡脚布置多排测压管计算坝基渗漏量，计算步骤如下：

C1、测压管为2排，通过下游坡脚2排测压管分别监测坝基水位，分别为H1、H2，由测压管埋设桩号确定2排测压管间距L，则渗透迫降J=（H1-H2）/L；

C2、根据工程经验及坝基渗透试验结果，得出坝基覆盖层渗透系数k值，根据流速v=k×J，可以计算出坝基覆盖层渗漏水流速，渗漏量Q=v×A= k×J×A，A取2排测压管所在断面过水面积的平均值，A=过水断面的长度×深度，由此可以计算坝基覆盖层渗漏量Q。

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