石 楊 夏 炎 過 俊

太倉(cāng)市堤閘管理處

1 引言

在長(zhǎng)江重要堤防的建設(shè)中，為了更好地了解堤防的安全狀況，及時(shí)地了解并且準(zhǔn)確地掌握長(zhǎng)江重要堤防中穿堤建筑物的運(yùn)行狀況和防滲漏效果，并且合理的檢驗(yàn)堤防設(shè)計(jì)方案以及施工效果，相關(guān)部門應(yīng)該結(jié)合長(zhǎng)江重要堤防開展良好的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用先進(jìn)的安全監(jiān)測(cè)設(shè)施，科學(xué)的分布在穿堤建筑物、重要堤防段周圍，實(shí)現(xiàn)良好的安全監(jiān)測(cè)效果。

2 長(zhǎng)江重要堤防安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

對(duì)于長(zhǎng)江流域來水，是人類賴以生存的重要資源，為此，保護(hù)長(zhǎng)江流域使我們的重要使命和責(zé)任。自1998長(zhǎng)江出現(xiàn)全流域的大型洪水中，對(duì)人們?cè)斐闪司薮蟮呢?cái)產(chǎn)損失和大量的人員傷亡，嚴(yán)重限制了長(zhǎng)江流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，此次洪水也為我國(guó)河流堤防的治理工作敲響了警鐘。在經(jīng)歷了此次大洪水后，我國(guó)對(duì)長(zhǎng)江流域相繼開展了一級(jí)和二級(jí)的堤防建設(shè)，對(duì)重點(diǎn)堤防工程進(jìn)行了全面地治理，重點(diǎn)堤防工程開展包括堤防的穿堤建筑物建設(shè)項(xiàng)目，防滲墻建設(shè)、堤防基礎(chǔ)加固技術(shù)工程以及拋石固基工程建設(shè)。為了能夠更全面地了解長(zhǎng)江流域這些重要堤防的運(yùn)行狀態(tài)，包括穿堤建筑物和防滲工程的質(zhì)量，同時(shí)對(duì)這些重要堤防工處開展了良好的安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，在重要地段周圍設(shè)置了科學(xué)的安全監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了良好的堤防安全監(jiān)測(cè)效果，促進(jìn)長(zhǎng)江流域的安全。

3 長(zhǎng)江重要堤防安全監(jiān)測(cè)工程中防滲墻的監(jiān)測(cè)效果

在長(zhǎng)江流域重要堤防的安全監(jiān)測(cè)工程中，對(duì)防滲墻的監(jiān)測(cè)能夠起到良好的監(jiān)測(cè)效果，是提高堤防加固效果和防治滲漏現(xiàn)象的重要結(jié)構(gòu)，所以，提高防滲墻的安全監(jiān)測(cè)，保障防滲墻的防滲效果具有重要意義。為此，應(yīng)該合理的設(shè)計(jì)防滲墻結(jié)構(gòu)，并提高防滲墻的施工質(zhì)量，確保防滲墻具備良好的防滲性，滿足滲透以及抗浮的穩(wěn)定性，同時(shí)有效地降低自由面以及溢出段的高度。結(jié)合長(zhǎng)江重要堤防階段堤基礎(chǔ)的地層結(jié)構(gòu)和施工技術(shù)，對(duì)防滲墻的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以采用三種方式，包括半封閉式、全封閉式以及懸掛式，以下對(duì)這三種方式的防滲墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體研究。

3.1 長(zhǎng)江重要堤防半封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)

對(duì)于防滲墻的半封閉式設(shè)計(jì)中，半封閉式防滲墻通過比較強(qiáng)的透水層后進(jìn)入弱透水層，并和弱透水層共同形成統(tǒng)一的防滲體系，在弱透水層下方還具有強(qiáng)透水層。在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)該對(duì)重要堤防的堤基礎(chǔ)進(jìn)行垂直截滲墻結(jié)構(gòu)的設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)堤基透水層的良好阻隔效果，提高防滲效果，對(duì)于堤身來說，浸潤(rùn)線能夠出現(xiàn)明顯地降低，從而滲流效果出現(xiàn)明顯地改善，保障了堤基的穩(wěn)定性。對(duì)于長(zhǎng)江干堤洪湖燕窩段來說，其堤基為第四紀(jì)全新統(tǒng)沖積層，設(shè)置的厚度在25米左右，能夠表現(xiàn)出良好的雙韻律建造效果。在第一韻律層中，由于厚度不大，分析砂層的埋深比較小，是防滲漏的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，第二韻律層上方為淤泥性土質(zhì)和黏土質(zhì)，表現(xiàn)為弱透水層，具有穩(wěn)定的分布狀態(tài)，能夠?yàn)榇怪狈罎B結(jié)構(gòu)提供依托，所以，采用鋼板樁垂直防滲墻在第一韻律層的下方采用粉細(xì)砂層進(jìn)行截?cái)?，從而體現(xiàn)出良好的防滲效果。在防滲墻的設(shè)計(jì)中應(yīng)該沿著防滲墻的軸線防線設(shè)置留個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并獲取監(jiān)測(cè)信息：當(dāng)出現(xiàn)高水位時(shí)，地下水位的補(bǔ)給時(shí)有長(zhǎng)江向堤內(nèi)側(cè)方向，并沿著鋼板樁防滲墻的軸線由中間向兩端部分變化，內(nèi)測(cè)水位的變化幅度也隨之增大，越靠近中間部位，防滲墻內(nèi)側(cè)的水位變化越來越不明顯。當(dāng)出現(xiàn)低水位時(shí)，地下水有堤防內(nèi)側(cè)向長(zhǎng)江方向補(bǔ)給，并在防滲墻的兩端水位變化中實(shí)現(xiàn)良好的同步性，此外，防滲墻的中部和內(nèi)部水位變化都比較平緩，防滲墻外側(cè)的水位變化幅度十分明顯。

由此可以看出，在鋼板防滲墻的設(shè)計(jì)中，有效地改善了長(zhǎng)江重要堤防段的防滲流狀態(tài)，尤其是對(duì)于外側(cè)高水位期間，能夠利用鋼板樁內(nèi)側(cè)的滲流水頭見效效果，同時(shí)堤防內(nèi)的浸潤(rùn)性也隨之降低。目前，我國(guó)長(zhǎng)江沿岸的干堤中對(duì)采用半封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)所反饋的結(jié)果比獻(xiàn)出良好的水頭差，當(dāng)出現(xiàn)汛期時(shí)，防滲墻的外側(cè)和內(nèi)側(cè)水頭差能達(dá)到3米左右。此外，半封閉式防滲墻的防滲效果還取決于防滲墻的厚度、滲透性以及連續(xù)性，同時(shí)也受到地質(zhì)條件與河泓切割情況的影響。

3.2 長(zhǎng)江重要堤防全封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)

相比于半封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)而言，全封閉式防滲墻的設(shè)計(jì)同樣要進(jìn)入弱透水層，但是弱透水層下方?jīng)]有強(qiáng)透水層，在這種情況下，防滲墻能夠深入到具有弱透水性的基巖以及黏土層中，在這樣的堤基結(jié)構(gòu)來說，全封閉式防滲墻的施工難度比較大。當(dāng)前情況下，在已完成的全封閉式防滲墻中，大部分長(zhǎng)江重要地段的全封閉防滲墻都具有超過40米的深度?；诜罎B墻設(shè)計(jì)理論來說，全封閉式防滲墻截?cái)嗔说叵滤臐B徑，防滲墻的前后水頭比都比較明顯，因此顯現(xiàn)出良好的防滲漏效果。經(jīng)過近幾年的監(jiān)測(cè)效果來看，由于這些段的汛期水位不高，全封閉式防滲墻的滲控效果沒有發(fā)揮出良好的作用，仍然有待進(jìn)一步考驗(yàn)。

3.3 長(zhǎng)江重要堤防懸掛式防滲墻的設(shè)計(jì)

對(duì)于懸掛式防滲墻的設(shè)計(jì)來說，具有良好的滲控效果。懸掛式防滲墻的底部通常處于強(qiáng)透水層中，在設(shè)計(jì)理論中，懸掛式防滲墻的設(shè)計(jì)能夠有效地解決重要堤防段的堤身開裂現(xiàn)象，對(duì)洞穴和土質(zhì)不均勻、填土密實(shí)度交叉的地質(zhì)條件都能夠起到良好的防滲效果。但是，只有確保貫入度接近100%時(shí)，才能發(fā)揮出顯著的堤基防滲效果，也就是說，這種懸掛式防滲墻的設(shè)計(jì)能夠有效抑制滲漏變形擴(kuò)展的效果，但是對(duì)滲控并沒有顯著的效果，因此在選擇時(shí)應(yīng)該視情況而定。

在長(zhǎng)江重要堤防段的荊南干堤斷面附近，土質(zhì)結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)為砂性土質(zhì)，并且地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較單一，局部地區(qū)還伴有黏性土質(zhì)，地質(zhì)的上層黏土分布厚度通常情況下不超過2米，堤基的地質(zhì)環(huán)境比較差，并沒有垂直防滲的依托層，因此，防滲墻的設(shè)計(jì)只能設(shè)置在強(qiáng)透水性的砂土層中。在進(jìn)行斷面的防滲墻兩側(cè)檢測(cè)時(shí)，設(shè)施滲壓計(jì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果表現(xiàn)為，不管是汛期還是枯水時(shí)節(jié)，防滲墻的內(nèi)外側(cè)水頭差都比較小，最多不超過50毫米，而且水位的變化也比較同步。

由此可以看出，堤后險(xiǎn)情作用水頭一般不會(huì)由于懸掛式的防滲墻設(shè)計(jì)而變得明顯降低，想要實(shí)現(xiàn)堤腳附近滲流狀態(tài)得到全面地改善，必須結(jié)合實(shí)際的地質(zhì)情況，適當(dāng)?shù)卦黾討覓焓椒罎B墻的貫入度，也可以采用堤后適當(dāng)部位增加減壓井工程，以此來保障安全狀態(tài)。

4 長(zhǎng)江重要堤防穿堤建筑物的施工監(jiān)測(cè)

為了研究對(duì)長(zhǎng)江重要堤防穿堤建筑物的監(jiān)測(cè)，本文以武漢市爛泥湖堤段為研究對(duì)象，對(duì)穿堤建筑物的施工監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。該段穿堤建筑物是98年洪水后重建，最早的建設(shè)采用的使單孔鋼筋混凝土拱涵式排水閘，閘身穿過長(zhǎng)江堤防，形成典型的穿堤建筑物，在洪水災(zāi)害后，閘上部以及內(nèi)側(cè)都出現(xiàn)了嚴(yán)重地地面坍塌，并且外徑2m處不斷擴(kuò)大，在當(dāng)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)勘查中，還發(fā)現(xiàn)頂板處超過20cm 的開裂，堤身的土壤也都被掏空。因此，對(duì)該段的穿堤建筑物進(jìn)行改造時(shí)，對(duì)重點(diǎn)部分設(shè)置的安全檢測(cè)設(shè)施，結(jié)果這些年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析來看，閘的整體結(jié)構(gòu)縫開合度和溫度呈現(xiàn)著明顯地反向關(guān)聯(lián)，實(shí)測(cè)出最大值為17.8mm，所有的結(jié)構(gòu)縫和填土完成后都比較穩(wěn)定，沒有明顯地變化。目前，穿堤建筑物的結(jié)構(gòu)縫開度仍舊處于安全狀態(tài)。此外，對(duì)于相鄰的閘段來說，存在不均勻的沉降量，主要表現(xiàn)為填土?xí)r間存在一定的差異，從而導(dǎo)致閘箱的填土蓋重存在差異，并且大部分是由于閘段區(qū)域的地質(zhì)條件引發(fā)的，淤泥地質(zhì)在進(jìn)行攪拌樁施工處理后，不均勻的沉降量得到彌補(bǔ)，穿堤建筑物的承載能力得到明顯提升。穿堤建筑物的孔縫水壓力在汛期時(shí)，隨著長(zhǎng)江的水位上漲而提升，當(dāng)長(zhǎng)江水位回落時(shí)，孔隙水壓力也逐漸下降，基本表現(xiàn)比較穩(wěn)定，土壓力的測(cè)值變化基本與孔隙水壓力的變化規(guī)律一致。

就當(dāng)前的穿堤建筑物安全監(jiān)測(cè)來看，整體表現(xiàn)運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了良好的改造和治理效果。

5 長(zhǎng)江重要堤防安全監(jiān)測(cè)新技術(shù)

5.1 中子分水儀

隨著我國(guó)科技水平的不斷發(fā)展智能化中子水分儀能夠?qū)崿F(xiàn)良好的農(nóng)田土壤測(cè)量，為了更好地掌握堤防段水分含量的分布情況，熟悉加固施工后堤防的滲流情況，可以采用中子分水儀對(duì)長(zhǎng)江重要堤防進(jìn)行監(jiān)測(cè)，測(cè)量出重要堤防段堤身的含水量，通過中子分水儀的應(yīng)用可以體現(xiàn)出良好的實(shí)測(cè)效果。通過大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，堤身的含水量分布大多數(shù)呈現(xiàn)“S”形態(tài)，并且一般地表下層1米左右的范圍都會(huì)受到氣候的影響，孔底一般受地下水位的影響，當(dāng)容積含水量超過30%時(shí)，可以認(rèn)為土壤已經(jīng)飽和，相對(duì)應(yīng)的高程相當(dāng)于地下水位高程。

5.2 溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)

通過分布式光纖溫度測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)ΤＲ娭匾谭蓝蔚乃そㄖ锖突A(chǔ)建設(shè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高防滲漏效果。目前，溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)為的河流堤防和大壩監(jiān)測(cè)中。在我國(guó)長(zhǎng)江中下游的重要堤防段，全面開展了溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，科學(xué)的分布光纜，對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行合理的埋設(shè)，并選擇適合的測(cè)量方式，結(jié)合可能產(chǎn)生影響的因素，實(shí)現(xiàn)了良好的監(jiān)測(cè)效果。針對(duì)長(zhǎng)江重要堤防區(qū)域開展溫度示蹤滲流監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明，光纖溫度傳感技術(shù)在地把溫度測(cè)量中實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離的同步溫度測(cè)量效果，在對(duì)特定的滲透途徑進(jìn)行探測(cè)石，可以對(duì)長(zhǎng)江堤防部分進(jìn)行在線測(cè)量，并且利用鉆孔中傳感探測(cè)器的安裝，能夠測(cè)量出堤壩滲漏的垂直分布現(xiàn)狀，相比于傳統(tǒng)的滲流監(jiān)測(cè)來說，具有低成本、高收益的測(cè)量效果，能夠體現(xiàn)出施工簡(jiǎn)單和連續(xù)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有高靈敏度的特點(diǎn)。

5.3 安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

隨著我國(guó)自動(dòng)化水平的全面覆蓋，在長(zhǎng)江重要堤防的安全監(jiān)測(cè)中，也融入了自動(dòng)化技術(shù)，創(chuàng)建了自動(dòng)化實(shí)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)長(zhǎng)江的重要堤防段進(jìn)行全天候的安全監(jiān)測(cè)工作，并結(jié)合現(xiàn)代化的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行信息的監(jiān)測(cè)和采集，建立完善的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過對(duì)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)江堤防的數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)以及分析和評(píng)價(jià)工作，提高了安全監(jiān)測(cè)效率，滿足時(shí)代的發(fā)展需求，能夠表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)江堤防安全監(jiān)測(cè)效果。

6 結(jié)束語

綜上所述，長(zhǎng)江流域的堤防工程關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，有效地開展長(zhǎng)江重要堤防安全監(jiān)測(cè)工作能夠提高堤防段的防滲效果，促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展，通過對(duì)長(zhǎng)江重要堤防段施工期的監(jiān)測(cè)信息分析，總體來看防滲墻和穿堤建筑物的安全效果都比較穩(wěn)定，通過新技術(shù)的引入，能夠更好地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江重要堤防的安全監(jiān)測(cè)效果，促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展。