解读长江重要堤防安全监测技术的应用与发展

石 杨 夏 炎 过 俊

太仓市堤闸管理处

1 引言

在长江重要堤防的建设中，为了更好地了解堤防的安全状况，及时地了解并且准确地掌握长江重要堤防中穿堤建筑物的运行状况和防渗漏效果，并且合理的检验堤防设计方案以及施工效果，相关部门应该结合长江重要堤防开展良好的安全监测技术，采用先进的安全监测设施，科学的分布在穿堤建筑物、重要堤防段周围，实现良好的安全监测效果。

2 长江重要堤防安全监测技术的应用价值

对于长江流域来水，是人类赖以生存的重要资源，为此，保护长江流域使我们的重要使命和责任。自1998长江出现全流域的大型洪水中，对人们造成了巨大的财产损失和大量的人员伤亡，严重限制了长江流域的经济发展，此次洪水也为我国河流堤防的治理工作敲响了警钟。在经历了此次大洪水后，我国对长江流域相继开展了一级和二级的堤防建设，对重点堤防工程进行了全面地治理，重点堤防工程开展包括堤防的穿堤建筑物建设项目，防渗墙建设、堤防基础加固技术工程以及抛石固基工程建设。为了能够更全面地了解长江流域这些重要堤防的运行状态，包括穿堤建筑物和防渗工程的质量，同时对这些重要堤防工处开展了良好的安全监测技术，在重要地段周围设置了科学的安全监测设备，实现了良好的堤防安全监测效果，促进长江流域的安全。

3 长江重要堤防安全监测工程中防渗墙的监测效果

在长江流域重要堤防的安全监测工程中，对防渗墙的监测能够起到良好的监测效果，是提高堤防加固效果和防治渗漏现象的重要结构，所以，提高防渗墙的安全监测，保障防渗墙的防渗效果具有重要意义。为此，应该合理的设计防渗墙结构，并提高防渗墙的施工质量，确保防渗墙具备良好的防渗性，满足渗透以及抗浮的稳定性，同时有效地降低自由面以及溢出段的高度。结合长江重要堤防阶段堤基础的地层结构和施工技术，对防渗墙的设计结构可以采用三种方式，包括半封闭式、全封闭式以及悬挂式，以下对这三种方式的防渗墙设计结构进行具体研究。

3.1 长江重要堤防半封闭式防渗墙的设计

对于防渗墙的半封闭式设计中，半封闭式防渗墙通过比较强的透水层后进入弱透水层，并和弱透水层共同形成统一的防渗体系，在弱透水层下方还具有强透水层。在具体设计中，应该对重要堤防的堤基础进行垂直截渗墙结构的设置，从而实现堤基透水层的良好阻隔效果，提高防渗效果，对于堤身来说，浸润线能够出现明显地降低，从而渗流效果出现明显地改善，保障了堤基的稳定性。对于长江干堤洪湖燕窝段来说，其堤基为第四纪全新统冲积层，设置的厚度在25米左右，能够表现出良好的双韵律建造效果。在第一韵律层中，由于厚度不大，分析砂层的埋深比较小，是防渗漏的重点环节，第二韵律层上方为淤泥性土质和黏土质，表现为弱透水层，具有稳定的分布状态，能够为垂直防渗结构提供依托，所以，采用钢板桩垂直防渗墙在第一韵律层的下方采用粉细砂层进行截断，从而体现出良好的防渗效果。在防渗墙的设计中应该沿着防渗墙的轴线防线设置留个监测点，对每一个断面进行监测，并获取监测信息：当出现高水位时，地下水位的补给时有长江向堤内侧方向，并沿着钢板桩防渗墙的轴线由中间向两端部分变化，内测水位的变化幅度也随之增大，越靠近中间部位，防渗墙内侧的水位变化越来越不明显。当出现低水位时，地下水有堤防内侧向长江方向补给，并在防渗墙的两端水位变化中实现良好的同步性，此外，防渗墙的中部和内部水位变化都比较平缓，防渗墙外侧的水位变化幅度十分明显。

由此可以看出，在钢板防渗墙的设计中，有效地改善了长江重要堤防段的防渗流状态，尤其是对于外侧高水位期间，能够利用钢板桩内侧的渗流水头见效效果，同时堤防内的浸润性也随之降低。目前，我国长江沿岸的干堤中对采用半封闭式防渗墙的设计环节进行安全监测所反馈的结果比献出良好的水头差，当出现汛期时，防渗墙的外侧和内侧水头差能达到3米左右。此外，半封闭式防渗墙的防渗效果还取决于防渗墙的厚度、渗透性以及连续性，同时也受到地质条件与河泓切割情况的影响。

3.2 长江重要堤防全封闭式防渗墙的设计

相比于半封闭式防渗墙的设计而言，全封闭式防渗墙的设计同样要进入弱透水层，但是弱透水层下方没有强透水层，在这种情况下，防渗墙能够深入到具有弱透水性的基岩以及黏土层中，在这样的堤基结构来说，全封闭式防渗墙的施工难度比较大。当前情况下，在已完成的全封闭式防渗墙中，大部分长江重要地段的全封闭防渗墙都具有超过40米的深度。基于防渗墙设计理论来说，全封闭式防渗墙截断了地下水的渗径，防渗墙的前后水头比都比较明显，因此显现出良好的防渗漏效果。经过近几年的监测效果来看，由于这些段的汛期水位不高，全封闭式防渗墙的渗控效果没有发挥出良好的作用，仍然有待进一步考验。

3.3 长江重要堤防悬挂式防渗墙的设计

对于悬挂式防渗墙的设计来说，具有良好的渗控效果。悬挂式防渗墙的底部通常处于强透水层中，在设计理论中，悬挂式防渗墙的设计能够有效地解决重要堤防段的堤身开裂现象，对洞穴和土质不均匀、填土密实度交叉的地质条件都能够起到良好的防渗效果。但是，只有确保贯入度接近100%时，才能发挥出显著的堤基防渗效果，也就是说，这种悬挂式防渗墙的设计能够有效抑制渗漏变形扩展的效果，但是对渗控并没有显著的效果，因此在选择时应该视情况而定。

在长江重要堤防段的荆南干堤断面附近，土质结构主要表现为砂性土质，并且地质结构比较单一，局部地区还伴有黏性土质，地质的上层黏土分布厚度通常情况下不超过2米，堤基的地质环境比较差，并没有垂直防渗的依托层，因此，防渗墙的设计只能设置在强透水性的砂土层中。在进行断面的防渗墙两侧检测时，设施渗压计，监测结果表现为，不管是汛期还是枯水时节，防渗墙的内外侧水头差都比较小，最多不超过50毫米，而且水位的变化也比较同步。

由此可以看出，堤后险情作用水头一般不会由于悬挂式的防渗墙设计而变得明显降低，想要实现堤脚附近渗流状态得到全面地改善，必须结合实际的地质情况，适当地增加悬挂式防渗墙的贯入度，也可以采用堤后适当部位增加减压井工程，以此来保障安全状态。

4 长江重要堤防穿堤建筑物的施工监测

为了研究对长江重要堤防穿堤建筑物的监测，本文以武汉市烂泥湖堤段为研究对象，对穿堤建筑物的施工监测结果进行分析。该段穿堤建筑物是98年洪水后重建，最早的建设采用的使单孔钢筋混凝土拱涵式排水闸，闸身穿过长江堤防，形成典型的穿堤建筑物，在洪水灾害后，闸上部以及内侧都出现了严重地地面坍塌，并且外径2m处不断扩大，在当时的现场勘查中，还发现顶板处超过20cm 的开裂，堤身的土壤也都被掏空。因此，对该段的穿堤建筑物进行改造时，对重点部分设置的安全检测设施，结果这些年的监测数据分析来看，闸的整体结构缝开合度和温度呈现着明显地反向关联，实测出最大值为17.8mm，所有的结构缝和填土完成后都比较稳定，没有明显地变化。目前，穿堤建筑物的结构缝开度仍旧处于安全状态。此外，对于相邻的闸段来说，存在不均匀的沉降量，主要表现为填土时间存在一定的差异，从而导致闸箱的填土盖重存在差异，并且大部分是由于闸段区域的地质条件引发的，淤泥地质在进行搅拌桩施工处理后，不均匀的沉降量得到弥补，穿堤建筑物的承载能力得到明显提升。穿堤建筑物的孔缝水压力在汛期时，随着长江的水位上涨而提升，当长江水位回落时，孔隙水压力也逐渐下降，基本表现比较稳定，土压力的测值变化基本与孔隙水压力的变化规律一致。

就当前的穿堤建筑物安全监测来看，整体表现运行良好，实现了良好的改造和治理效果。

5 长江重要堤防安全监测新技术

5.1 中子分水仪

随着我国科技水平的不断发展智能化中子水分仪能够实现良好的农田土壤测量，为了更好地掌握堤防段水分含量的分布情况，熟悉加固施工后堤防的渗流情况，可以采用中子分水仪对长江重要堤防进行监测，测量出重要堤防段堤身的含水量，通过中子分水仪的应用可以体现出良好的实测效果。通过大量的实测数据分析，堤身的含水量分布大多数呈现“S”形态，并且一般地表下层1米左右的范围都会受到气候的影响，孔底一般受地下水位的影响，当容积含水量超过30%时，可以认为土壤已经饱和，相对应的高程相当于地下水位高程。

5.2 温度示踪渗流监测

通过分布式光纤温度测量技术的应用，能够对常见重要堤防段的水工建筑物和基础建设进行监测，提高防渗漏效果。目前，温度示踪渗流监测技术已经广泛地应用于国内为的河流堤防和大坝监测中。在我国长江中下游的重要堤防段，全面开展了温度示踪渗流监测系统，科学的分布光缆，对监测设备进行合理的埋设，并选择适合的测量方式，结合可能产生影响的因素，实现了良好的监测效果。针对长江重要堤防区域开展温度示踪渗流监测的结果表明，光纤温度传感技术在地把温度测量中实现了长距离的同步温度测量效果，在对特定的渗透途径进行探测石，可以对长江堤防部分进行在线测量，并且利用钻孔中传感探测器的安装，能够测量出堤坝渗漏的垂直分布现状，相比于传统的渗流监测来说，具有低成本、高收益的测量效果，能够体现出施工简单和连续测量的优势，同时也具有高灵敏度的特点。

5.3 安全监测自动监控系统

随着我国自动化水平的全面覆盖，在长江重要堤防的安全监测中，也融入了自动化技术，创建了自动化实施监测系统，对长江的重要堤防段进行全天候的安全监测工作，并结合现代化的监测仪器进行信息的监测和采集，建立完善的自动化监测系统。通过对安全监测自动监控系统的应用能够实现长江堤防的数据采集、传输、存储以及分析和评价工作，提高了安全监测效率，满足时代的发展需求，能够表现出良好的长江堤防安全监测效果。

6 结束语

综上所述，长江流域的堤防工程关系着人们的生命财产安全，有效地开展长江重要堤防安全监测工作能够提高堤防段的防渗效果，促进社会的发展，通过对长江重要堤防段施工期的监测信息分析，总体来看防渗墙和穿堤建筑物的安全效果都比较稳定，通过新技术的引入，能够更好地实现长江重要堤防的安全监测效果，促进社会的稳定发展。