李銘華，陳 輝，方緒順，厲佳卉，朱相丞

（1.南京市長江河道管理處，江蘇 南京 210011；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029）

南師附中樹人學(xué)校堤段位于長江下游干流右岸江蘇省南京市鼓樓區(qū)境內(nèi)，為長江干流一級堤防。2016年7月3日晚9點(diǎn)20分左右，該段江堤出現(xiàn)滲水險(xiǎn)情，經(jīng)采取施打養(yǎng)水盆等緊急措施，險(xiǎn)情得到有效處置。2017年1月17日開始對該段江堤實(shí)施了兩道垂直防滲墻防滲和充填灌漿加固[1-2]，工程于6月初完工。為了監(jiān)測2017年度汛期間防滲墻截滲效果，通過在防滲墻兩側(cè)布置滲壓計(jì)進(jìn)行滲流監(jiān)測。

1 監(jiān)測儀器布置

堤基水位變化幅度直接關(guān)系到堤防的安全，可選擇具有代表性的部位作為觀測斷面[3-4]，在500 m江堤消險(xiǎn)范圍內(nèi)，選擇工程樁號K0+330 K0+365、K0+400、K0+220和K0+620附近堤身各布置一個(gè)監(jiān)測斷面，共5個(gè)滲流監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面布置2支滲壓計(jì)。

加固前，該段江堤雷達(dá)探測提示防洪墻底板部位存在脫空異常。綜合考慮防洪墻底板位置存在脫空異常，本次滲流監(jiān)測，每個(gè)斷面2支滲壓計(jì)分別布置在前排防滲墻軸線前1.2 m、后排防滲墻軸線后1.2 m、高程為6.0 m處防洪墻底板位置。監(jiān)測斷面平面布置見圖1，圖2為0+220處監(jiān)測儀器布置圖。

其他位置儀器埋設(shè)高程均為6.0 m，所有儀器埋設(shè)位置具體見表1。

表1 儀器埋設(shè)位置一覽表

2 觀測儀器的選型、埋設(shè)及觀測方法

2.1 觀測儀器選型

由于觀測儀器長期在長江邊使用，使用環(huán)境較差，對觀測儀器的性能要求高。因此，選擇GKD型鋼弦式孔隙水壓力計(jì)作為觀測儀器，該儀器已在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

圖1 監(jiān)測斷面平面布置圖

圖2 0+220處儀器布置示意圖

GKD型鋼弦式孔隙水壓力計(jì)由測頭（帶傳輸信號的屏蔽電纜）和鋼弦頻率測定儀組成。其工作原理是：測頭的傳感器承受作用于其承壓膜上的孔隙水壓力，并使之轉(zhuǎn)換成頻率輸出，應(yīng)用鋼弦頻率測定儀接收其自振頻率，即可換算出相應(yīng)的孔隙水壓力。鋼弦式孔隙水壓力測頭主要由透水石、鋼弦式壓力傳感器、信號傳輸電纜等構(gòu)成。鋼弦式壓力傳感器由不銹鋼承壓膜、鋼弦、支架、殼體和信號傳輸電纜構(gòu)成。其構(gòu)造是將一根鋼弦的一端固定于承壓膜中心處，另一端固定于支架上，鋼弦中段旁邊安裝個(gè)電磁線圈，用以激勵(lì)和感應(yīng)頻率信號。張拉的鋼弦，在一定的應(yīng)力條件下，其自振頻率是固定的，當(dāng)壓力變化時(shí)，其自振頻率隨之發(fā)生變化。土體孔隙中的有壓水通過透水石，作用于承壓膜上，使其產(chǎn)生撓曲變形而引起鋼弦的應(yīng)力發(fā)生變化，鋼弦的自振頻率發(fā)生相應(yīng)的變化。

2.2 觀測儀器的埋設(shè)

2.2.1 儀器埋設(shè)前的準(zhǔn)備工作

（1）將透水石放入純凈的清水中煮沸2 h，以排除其孔隙內(nèi)的氣泡和油污；

（2）準(zhǔn)備好儀器埋設(shè)考證表和觀測記錄；

（3）將經(jīng)過率定并合格的孔隙水壓力計(jì)測頭按設(shè)計(jì)埋設(shè)位置進(jìn)行編號；

（4）準(zhǔn)備儀器埋設(shè)時(shí)封孔用的膨潤土泥球；

（5）檢查鋼弦頻率測定儀，確保其工作正常。

2.2.2 儀器埋設(shè)

鉆孔：由于長江大堤是均質(zhì)土堤，鉆孔采用干鉆法。鉆孔直徑為110 mm，鉆孔過程中對土層性質(zhì)進(jìn)行描述，對南師附中樹人學(xué)校江段進(jìn)行懸掛式垂直防滲墻處理的觀測斷面，在鉆孔時(shí)取了土樣，并進(jìn)行了試驗(yàn)。鉆孔達(dá)到埋設(shè)儀器的要求后，才開始儀器測頭的埋設(shè)。

儀器測頭的埋設(shè)：第一步，在鋼弦式孔隙水壓力測頭未裝上透水石前，在大氣中測量儀器初始頻率，并記錄現(xiàn)場溫度和大氣壓力值。第二步，將透水石在水桶中裝在測頭上，將測頭連同水桶送到鉆孔邊，將接管連接于鉆桿上。第三步，將測頭放到測頭設(shè)計(jì)埋設(shè)高程，測頭周圍回填中、粗砂，使測頭埋入砂中，記錄埋設(shè)高程。

封孔：測頭埋入砂中后進(jìn)行觀測，確認(rèn)其工作正常后，向孔內(nèi)回填膨潤土泥球，直到將鉆孔全部回填完畢。

2.3 儀器觀測方法

本工程監(jiān)測實(shí)施自動(dòng)化觀測，監(jiān)測數(shù)據(jù)采用GPRS無線通訊方式實(shí)時(shí)傳送，設(shè)備供電采用太陽能供電方式。

3 觀測資料的整理分析

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，2017年5月30日前完成了該段江堤滲壓計(jì)安裝工作并進(jìn)行觀測，通過分析堤防的滲流狀態(tài)，對防滲墻的防滲效果進(jìn)行評價(jià)。

分析選用的資料取自2017年5月27日到2017年8月6日的觀測資料。其中，2017年7月3日至2017年7月16日為南京段長江高水位時(shí)期，最高水位為2017年7月10日9.16 m。

目前該段江堤已經(jīng)過一次長江高水位運(yùn)行，長江水位8.5 m（警戒水位）歷時(shí)14 d。長江水位8.5 m以上運(yùn)行工況下各測點(diǎn)水位見統(tǒng)計(jì)表2，運(yùn)行期各測點(diǎn)過程線見圖3～7。

表2 長江水位8.5 m以上運(yùn)行工況下各滲流測點(diǎn)水位統(tǒng)計(jì)表

圖3 P1、P2滲流測點(diǎn)水位過程線

圖4 P3、P4滲流測點(diǎn)水位過程線

圖5 P5、P6滲流測點(diǎn)水位過程線

圖6 P7、P8滲流測點(diǎn)水位過程線

圖7 P9、P10滲流測點(diǎn)水位過程線

0+220處滲流測點(diǎn)水位過程：前期迎水面測點(diǎn)水位高于長江水位，當(dāng)長江水位漲幅較快時(shí)，迎水面測點(diǎn)水位也較快升高，但升高幅度不及長江水位，并逐漸被長江水位趕超。當(dāng)長江水位開始下降時(shí)，迎水面測點(diǎn)水位也隨之下降，水位仍低于長江水位。其中警戒水位條件下，迎水側(cè)測點(diǎn)水位與長江水位漲幅基本一致且低于長江水位。背水側(cè)測點(diǎn)水位基本保持平穩(wěn)，一般維持在7～8 m之間，不隨長江水位變化而發(fā)生大的變化，因受高地下水位影響，前期背水側(cè)測點(diǎn)水位高于迎水側(cè)測點(diǎn)水位及長江水位，但警戒水位條件下背水側(cè)測點(diǎn)水位被迎水側(cè)水位及長江水位反超。警戒水位條件下，迎、背水側(cè)測點(diǎn)水位差范圍為0.4～1.205 m，其中高水位9.16時(shí)，測點(diǎn)水位差為0.877 m。

0+330處滲流測點(diǎn)水位過程：前期該處防滲墻迎水面測點(diǎn)水位隨著長江水位的上升緩慢上升，當(dāng)長江水位上升較快時(shí)，迎水面測點(diǎn)水位也上升較快。當(dāng)長江水位降低時(shí)，迎水側(cè)測點(diǎn)水位也隨之降低。同時(shí)，長江高水位條件下，迎水面測點(diǎn)水位低于長江水位。背水側(cè)測點(diǎn)水位基本保持平穩(wěn)，一般維持在6～7 m之間，不隨長江水位變化而發(fā)生大的變化，因受高地下水位影響，前期背水側(cè)測點(diǎn)水位高于迎水側(cè)測點(diǎn)水位及長江水位，但警戒水位條件下背水側(cè)測點(diǎn)水位被迎水側(cè)水位及長江水位反超。警戒水位條件下，迎、背水側(cè)測點(diǎn)水位差范圍為0.699～1.355 m，其中高水位9.16時(shí)，測點(diǎn)水位差為1.126 m。

0+365處滲流測點(diǎn)水位過程：該處防滲墻迎水面測點(diǎn)水位變化趨勢與0+220處滲流測點(diǎn)水位變化趨勢類似。背水側(cè)測點(diǎn)水位不隨長江水位的上升而發(fā)生大的變化，總體保持平穩(wěn)，一般維持在7 m左右。因受高地下水位影響，前期背水側(cè)測點(diǎn)水位高于迎水側(cè)測點(diǎn)水位及長江水位，但警戒水位條件下背水側(cè)測點(diǎn)水位被迎水側(cè)水位及長江水位反超。警戒水位條件下，迎、背水側(cè)測點(diǎn)水位差范圍為0.699～1.362 m，其中高水位9.16時(shí)，測點(diǎn)水位差為1.211 m。

0+400處滲流測點(diǎn)水位過程：該處防滲墻迎水面測點(diǎn)水位初期地下水位高于長江水位，隨著長江水位不斷上升，迎水側(cè)測點(diǎn)水位也上升，兩者變化也趨于同步。因地下水位線較高，前期背水面測點(diǎn)水位高于長江水位，但其基本不隨長江水位的上升而發(fā)生變化，基本保持在6～7 m之間。警戒水位條件下，迎、背水側(cè)測點(diǎn)水位差范圍為1.347～2.361 m，其中高水位9.16時(shí)，測點(diǎn)水位差為2.157 m。

0+620處滲流測點(diǎn)水位過程：前期因高地下水位影響，迎水面測點(diǎn)水位受長江水位影響不大，當(dāng)長江水位大幅上漲時(shí)，其也隨之上升。當(dāng)長江水位下降時(shí)，也與之下降。但高水位條件下，迎水面測點(diǎn)水位高程低于長江水位。前期背水面測點(diǎn)水位高于長江水位，但其基本不隨長江水位的上升而發(fā)生變化，基本保持在7～8 m之間。警戒水位條件下，迎、背水側(cè)測點(diǎn)水位差范圍為0.372～0.888 m，其中最高水位9.16時(shí)，測點(diǎn)水位差為0.888 m。

4 結(jié)語

通過對各斷面滲流監(jiān)測資料進(jìn)行分析，前排防滲墻迎水側(cè)各測點(diǎn)隨長江水位變化而變化，后排防滲墻外側(cè)各測點(diǎn)受長江水位影響較小，防滲墻起到了防滲作用。其中0+330處為2017年汛期主要滲水點(diǎn)，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來看，防滲墻截滲效果較好。