张友明 陈美娟 孙 松
（江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏洪泽 223100）
【摘 要】 为掌握堤防浸润线变化情况，确保渗流安全，依据洪泽湖大堤工程20年观测实践经验，本文分析研究了浸润线观测断面设计、水位观测、自动监测、管理维护等关键技术。根据人工观测和自动监测数据对比，测压管水位自动监测可作为堤防安全监测的重要手段，在此基础上，提出了堤防浸润线观测断面选择、管底高程确定、测压管结构、管口高程确定、灵敏度判别、管口保护、冲洗清淤等实用技术方法，解答了现行规范未明确的部分技术问题。本文可为类似工程浸润线观测提供借鉴。
【关键词】 浸润线；测压管；断面设计；水位观测；洪泽湖大堤
中图分类号：TV698.1+2 文章编号：1005-4774( 2016) 03-0044-04
上游水在重力作用下穿过堤防渗向下游，在堤身内部形成一个逐渐降落的自由渗流水面，称为浸润面；浸润面与堤防横断面的交线称为浸润线。浸润线的高低和变化，与堤防的渗流安全有密切关系。如果浸润线高于设计值，就会降低堤坡稳定性，甚至会造成失稳滑坡。对于重要的防洪堤防，有必要开展浸润线观测。
目前，国内水库大坝浸润线或测压管水位观测研究方面的文献比较多。张国栋等研究了测压管在土石坝渗流监测中的适用性问题；刘丹分析了汤河水库坝坡测压管水位滞后时间问题；韩勇等研究了日照水库大坝测压管水位自动化观测系统设计与应用问题。未见堤防浸润线观测或测压管水位观测的相关文献。
本文依据洪泽湖大堤20年浸润线观测的实践经验，分析研究了断面设计、水位观测、管理维护等关键技术问题，提出了一些实用技术方法，确保浸润线观测成果科学有效，为堤防工程渗流安全分析研究提供基础资料。
1工程概况
洪泽湖大堤位于江苏省淮安市境内的洪泽湖东岸，全长67. 25km。大堤始建于东汉，扩建于明清，加固于当代，是淮河下游3000万亩农田和2600多万人民的防洪屏障。国家明文规定，任何时候必须确保洪泽湖大堤安全。
洪泽湖大堤是1级堤防，堤身为复式断面，堤顶高程19.0~19. 5m（废黄河高程，下同），堤前设防浪林台，堤后设二级戗台，工程总宽约150m。上游洪泽湖设计洪水位16. 0m，正常蓄水位13. 0m，下游排涝河水位在8. 0m左右，正常水头差5.0m左右。大堤土质以粉质黏土为主，占60%~70%，其次为重粉质壤土及黏土和粉质土层，堤基高程10.0~10. 5m以上为人工填土。
1996年，洪泽湖大堤第四次大规模加固时，设置4组浸润线观测断面，埋设测压管，采用电测法观测。随后，根据工程建设和管理需要，陆续增加观测断面。截至2015年，省管段洪泽湖大堤共有16个观测（监测）断面（分布在24km堤段上），埋设75根测压管。管理单位根据省级水行政主管部门核定的工程观测任务书，定期开展测压管水位观测、管口高程考证、灵敏度试验、管内淤积高程观测等工作，每年进行观测成果资料整编，分析洪泽湖大堤渗流安全状况。
2断面设计
2.1 观测断面选择
洪泽湖大堤是一座千年古堰，历史上多次决口，屡溃屡修，逐步加高培厚。堤身内部复杂，遗留块石、埽工、空洞等隐患。根据洪泽湖大堤工程地质勘探资料和工程检查发现的安全隐患，未根据堤线长度均匀布置，而是选择有显著地质弱点、堤基透水性大等对控制渗流变化有代表性的堤段布设浸润线观测断面（如表1所列）。
2.2管底高程确定
每个观测断面一般设4个观测垂线，第一根测压管位于上游防浪林台，第二根位于上游堤肩中部；第三根位于下游堤肩，第四根位于下游第二级戗台上。
管底高程原按理论计算的浸润线考虑一定的富余度设计，后在实际观测中发现部分测压管在枯水期干涸，重新埋设测压管时，参考临近断面测压管水位观测数据，选择最低水位作为测压管管底高程设计依据（如表2所列）。
2.3管体结构
1996年埋设的测压管为镀锌钢管，后在观测中发现镀锌管容易锈蚀，在浸润线变化附近形成锈斑，影响观测精度。2014年埋设的测压管改用UPVC硬塑料管和镀锌钢管组合结构。下部管体采用硬塑料管，热熔焊接方式连接，保证内壁平整无阻。管口部分采用镀锌钢管，强度较高，避免因塑料管露天风化和易燃造成的损坏。考虑管内安装渗压计和人工观测放置电测水位计以及管内水位汇集时间的因素，管内径确定为50mm。
3水位观测
3.1 自动监测与人工观测对比分析
2014年，洪泽湖大堤第五次大规模除险加固时增设了8个浸润线监测断面，选择和安装进口通气渗压计，进行自动监测，采集的数据采用短信方式每天按照设置的频数报送管理单位安全监测系统平台。为验证自动监测数据的可靠性，按照工程观测任务书要求，在施工单位对渗压计进行反复调试、校正后，管理单位技术人员采用测深钟进行人工对比，成果数据如表3和下图所示。
对比上述数据，得出以下结论：
a．以人工观测数据为基准，按照±1cm误差标准，49K +435断面自动监测数据共16个，合格5个，合格率31. 3%。人工观测每根管不少于两次，且差值不超过±1cm时，取平均值，成果相对可靠，并以此进行年度观测资料整编。
b．自动监测数据反映堤防浸润线的变化趋势，可以作为堤防工程安全监测的重要手段。但是，大部分数据与人工观测数据存在较大的偏离，精度不能满足资料整编要求，因此不能替代人工观测。
3.2 管口高程考证
测压管管口高程会随着堤防的垂直位移变化而变化，因此定期对管口高程进行校测是获得准确测压管水位的前提。由于制作和安装原因，镀锌测压管管口一般存在高低不平的问题。需在管口做标记，考证测量时将水准尺的底部放置在做标记的位置，每次人工观测水位时也需以此标志作为观测基准。
考证所得的管口新高程与上次测得的老高程相比，不超过±1cm可不作修正，若超过±1cm则要使用新高程。关于何时开始启用新高程，规程中未做出规定。通常有以下两种方法：
a．下年度开始启用新高程。计算本年度所有测压管水位时仍沿用管口老高程值，优点是可以确保全年的测压管水位数据基数的一致性，缺点是水位数据与实际值存在误差。
b．校测后立即启用新高程。优点是测压管水位数据是准确的，缺点是若测压管管口新高程与老高程相差较大，实际水位并无异常变化时测压管水位过程线会出现突变现象。
实践中，差值不大于±2cm的测压管，采取第一种方法；差值不小于±2cm的测压管，采用第二种方法。
3.3灵敏度试验
测压管灵敏度试验一般每5年进行一次，如果测压管水位异常，可立即进行试验。规程规定，用水将测压管灌满，测得注水面高程后，分别5 min、10min、15min、20min、30min、60min间隔测量水位一次，如管内水位很快恢复，可判断测压管可能上下游贯通。但是，未规定不同土料水位很快恢复的具体时间数值，这导致测压管灵敏度优劣判别时会出现异议。
实践中，95%以上测压管在30min以上恢复，据此以小于30min作为洪泽湖大堤测压管灵敏度优劣的判别依据。
4管理维护
4.1管口保护
测压管管口采用活动盖管，管盖和管身结合处钻孔，特制T钢条穿过管盖，用锁固定。管口外侧砖砌围井防护，围井上用预制混凝土盖板压实，盖板上设有防汛设施标志和测压管编号，防止人畜破坏。埋设渗压计的测压管，还需理顺信号线（直径6mm）。人工观测时应小心谨慎，避免对渗压计及其信号线的扰动。
4.2冲洗清淤
根据工程观测任务书要求，洪泽湖大堤测压管内淤积高程观测每5年进行一次。2013年11月17-12月2日，对原有观测断面35根测压管采用压力水法冲洗清淤。根据观测数据，测压管淤积深度较2010年时均有减少，冲洗清淤效果较为明显。
4.3重新埋设
当测压管堵塞、淤积处理无效时，宜在该测压管附近位置钻孔重新埋设测压管。重新埋设的测压管编号如何确定、何时启用，规程；中未作规定。
实践中，重新埋设的测压管编号在原编号后面加上-1或字母X来作为新管的编号，从编号可以看出新老测压管之间的关系。启用时间可视具体情况而定。若只有个别测压管重埋，且老测压管已完全失效可在埋设后立即启用，以保证观测数据的连续性。若有较多测压管重埋，且大部分测压管仍有观测数据，为保证当年观测数据的一致性，可在下一年开始启用新测压管。
5结论
洪泽湖大堤20年的浸润线观测实践，积累了断面选择、管底高程设计、自动监测、管口高程考证、灵敏度试验、管口保护、冲洗清淤、重新埋设等方面的技术经验，解答了现行规范未明确的部分技术问题，积累了大量的浸润线观测成果，为准确判断洪泽湖大堤渗流安
全状况提供了技术支撑，也为类似工程的浸润线观测提供借鉴。由于洪泽湖大堤堤身内部的复杂性，洪泽湖大堤浸润线变化规律还需进一步研究。
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