大型水閘觀測(cè)工作精細(xì)化管理實(shí)踐

徐 銘，李 欣，陳培然

（江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 淮安 223100）

1 概述

水閘觀測(cè)工作是準(zhǔn)確掌握工程狀態(tài)和運(yùn)用情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程隱患的基礎(chǔ)性技術(shù)工作。水閘在建造和運(yùn)用過(guò)程中，由于地基基礎(chǔ)、擋水水頭以及泄洪沖刷等因素，建筑物會(huì)產(chǎn)生不均勻沉陷、揚(yáng)壓力異常、河道沖刷嚴(yán)重等情況，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，掌握變形規(guī)律，采取預(yù)防和改善措施，將會(huì)造成水閘失事等嚴(yán)重后果。大型水閘一般變形觀測(cè)項(xiàng)目有垂直位移、閘基揚(yáng)壓力、河道斷面以及伸縮縫等[1-2]。近年來(lái)，按照《江蘇省水利工程精細(xì)化管理指導(dǎo)意見(jiàn)》的要求，江蘇省洪澤湖水利工程管理處以三河閘工程為依托，在水閘技術(shù)管理上深入開(kāi)展精細(xì)化管理嘗試，收到了較好的效果。本文重點(diǎn)介紹三河閘觀測(cè)工作的精細(xì)化管理，以期對(duì)大中型水閘技術(shù)管理工作有所幫助。

2 工程概況

三河閘工程建成于1953年7月，位于江蘇省洪澤區(qū)蔣壩鎮(zhèn)南，為淮河下游入江水道的控制口門(mén)，是建國(guó)初期我國(guó)自行設(shè)計(jì)自行施工的大（Ⅰ）型水閘。

三河閘為鋼筋混凝土胸墻式結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10 m，閘身總寬697.75 m，設(shè)計(jì)流量為12000 m3/s，底板為三孔一聯(lián)，共21塊，底板頂面高程7.5 m，閘門(mén)為鋼結(jié)構(gòu)弧形門(mén)，每孔設(shè)2×100 kN卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)1臺(tái)套。閘室上游（洪澤湖側(cè)）設(shè)長(zhǎng)35 m厚30 cm鋼筋混凝土防滲鋪蓋，閘室下游（入江水道側(cè)）設(shè)長(zhǎng)23 m 深1.3 m坎式消力池，其后為長(zhǎng)10 m厚50 cm的條石護(hù)坦，和長(zhǎng)32 m厚50 cm的漿砌石海漫，末端設(shè)2 m×2 m干砌石防沖槽。

三河閘工程建成60多年來(lái)，充分發(fā)揮了工程效益，已累計(jì)安全泄洪1.3萬(wàn)億m3，為里下河地區(qū)200萬(wàn)hm2農(nóng)田和2600萬(wàn)人民生命財(cái)產(chǎn)安全作出了巨大的貢獻(xiàn)。

3 觀測(cè)基本要求

3.1 觀測(cè)人員及設(shè)備

觀測(cè)工作是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的基礎(chǔ)性技術(shù)工作，施測(cè)人員需熟練掌握水利工程變形觀測(cè)的基本原理、基本方法和實(shí)際操作，要具有嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作態(tài)度和團(tuán)隊(duì)合作的工作擔(dān)當(dāng)，觀測(cè)中必須堅(jiān)持尊重客觀、遵守規(guī)范，切不可似是而非、隨心所欲。

3.2 觀測(cè)儀器設(shè)備

觀測(cè)儀器和設(shè)備需滿足觀測(cè)項(xiàng)目、觀測(cè)精度等級(jí)的要求，并經(jīng)檢定合格。三河閘工程垂直位移觀測(cè)采用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)標(biāo)尺采用2 m和3 m銦鋼尺，測(cè)壓管采用電測(cè)水位計(jì)，伸縮縫寬度采用游標(biāo)卡尺，混凝土溫度采用紅外線測(cè)溫儀，水溫采用水溫計(jì)，河床斷面及水下地形圖觀測(cè)采用GPS全球定位系統(tǒng)結(jié)合測(cè)深儀。

3.3 觀測(cè)要求

觀測(cè)工作應(yīng)保持系統(tǒng)性和連續(xù)性，按照規(guī)定的項(xiàng)目、測(cè)次和時(shí)間，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。應(yīng)做到隨觀測(cè)、隨記錄、隨計(jì)算、隨校核，無(wú)缺測(cè)、無(wú)漏測(cè)、無(wú)不符合精度、無(wú)違時(shí)，人員固定、設(shè)備固定、測(cè)次固定和時(shí)間固定。

3.4 觀測(cè)記錄

外業(yè)觀測(cè)值和記事項(xiàng)目均應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)直接記錄于手簿中，需現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算的檢驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算填寫(xiě)；外業(yè)原始記錄內(nèi)容應(yīng)真實(shí)、準(zhǔn)確，字跡應(yīng)清晰端正，記錯(cuò)處應(yīng)整齊劃去，并在上方另記正確的數(shù)字或文字。需要鉛筆記錄的，應(yīng)使用不低于2H硬度的鉛筆。原始記錄手簿每?jī)?cè)頁(yè)碼應(yīng)連續(xù)編號(hào)，中間不應(yīng)有空頁(yè)、缺頁(yè)或插頁(yè)。

4 觀測(cè)設(shè)施布設(shè)

4.1 觀測(cè)基點(diǎn)

三河閘工程觀測(cè)工作基點(diǎn)包括1個(gè)國(guó)家一等水準(zhǔn)點(diǎn)DH522，2個(gè)二等水準(zhǔn)點(diǎn)，分別為HX281 BM2，采取廢黃河國(guó)家高程基準(zhǔn)，3個(gè)基點(diǎn)分設(shè)在三河閘閘南（DH522、HX281）、閘北（BM2）兩側(cè)，埋設(shè)堅(jiān)實(shí)、便于引測(cè)，觀測(cè)工作基點(diǎn)布設(shè)滿足《水利工程觀測(cè)規(guī)程》（DB32/T 1713-2011）要求[3-4]。工作基點(diǎn)布設(shè)如圖1。

圖1 觀測(cè)工作基點(diǎn)布置圖

4.2 垂直位移標(biāo)點(diǎn)

三河閘工程垂直位移標(biāo)點(diǎn)埋設(shè)在每塊閘底板四角的閘墩頭部、岸墻四角、翼墻兩端，共計(jì)112個(gè)，其中21塊底板共84個(gè)標(biāo)點(diǎn)（編號(hào)DB，如DB6-1表示6號(hào)底板1號(hào)點(diǎn)），上左翼墻4個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)SZY)，上右翼墻4個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)SYY)，下左翼墻6個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)XZY)，下右翼墻6個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)XYY)，左岸墻4個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)ZAQ)，右岸墻4個(gè)標(biāo)點(diǎn)(編號(hào)YAQ)。垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)位置如圖2。

4.3 測(cè)壓管布設(shè)

三河閘工程測(cè)壓管分別布設(shè)在3號(hào)、6號(hào)、11號(hào)、16號(hào)、19號(hào)底板上，其中3號(hào)、6號(hào)、16號(hào)底板分別布設(shè)4根，16號(hào)、19號(hào)底板分別布設(shè)7根，共計(jì)26根。測(cè)壓管采用鍍鋅鋼管，管徑8cm，管口采用不銹鋼盒保護(hù)，防止雨水或異物落入。

4.4 伸縮縫觀測(cè)

三河閘工程伸縮縫標(biāo)點(diǎn)共設(shè)置22個(gè)，分別為21塊底板20條伸縮縫，兩岸岸墻2條伸縮縫，觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)布置于工作便橋及左右岸岸墻上，觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)采用金屬標(biāo)點(diǎn)頂部標(biāo)識(shí)十字線。

圖2 垂直位移觀測(cè)標(biāo)點(diǎn)位置圖

4.5 上下游河道斷面

三河閘上下游引河共設(shè)置17個(gè)觀測(cè)斷面，其中上游6個(gè)，分別布置于0+026、0+060、0+078 0+128、0+178、0+278處；下游引河斷面11個(gè)，分別布置于 0+038、0+044、0+081、0+091、0+131 0+181、0+281、0+381、0+481、0+581、0+661 處，起點(diǎn)距均為水閘底板中心線。

5 觀測(cè)頻次

5.1 垂直位移觀測(cè)

三河閘工作基點(diǎn)埋設(shè)均超過(guò)5年，因此工作基點(diǎn)考證每5年1次，當(dāng)發(fā)生地震、地面升降或受重車(chē)碾壓等可能使觀測(cè)設(shè)施產(chǎn)生位移的情況時(shí)，需及時(shí)對(duì)其進(jìn)行考證；垂直位移觀測(cè)每年汛前汛后各1次，汛前一般在4月底前完成，汛后一般在10月底前完成。

5.2 測(cè)壓管觀測(cè)

測(cè)壓管管口高程校測(cè)每年1次；測(cè)壓管靈敏度試驗(yàn)每5年1次，一般選擇在水位穩(wěn)定期進(jìn)行，因三河閘工程測(cè)壓管水位均低于管口，一般采用注水法試驗(yàn)，具體試驗(yàn)方法執(zhí)行《水利水電工程注水試驗(yàn)規(guī)程》（SL345-2007）；測(cè)壓管水位觀測(cè)每周1次，如遇測(cè)壓管水位反映不正常時(shí)應(yīng)加測(cè)。

5.3 伸縮縫觀測(cè)

三河閘21塊底板及兩側(cè)岸墻計(jì)22條主要伸縮縫每季度觀測(cè)1次，一般選擇每季度最后1個(gè)月底前完成。當(dāng)發(fā)生歷史最高或最低水位、氣溫，超標(biāo)準(zhǔn)使用等特殊情況時(shí)，應(yīng)增加測(cè)次。

5.4 河床斷面觀測(cè)

三河閘引河斷面觀測(cè)每年汛后開(kāi)展1次，一般在10月底前完成，遇大洪水年、枯水年應(yīng)增加測(cè)次；水下地形觀測(cè)每5年1次；斷面樁樁頂高程考證每5年觀測(cè)1次。測(cè)圖比例尺為1:1000，能較為準(zhǔn)確計(jì)算河床沖淤變化情況。

6 觀測(cè)方法

6.1 工作基點(diǎn)考證

三河閘工作基點(diǎn)考證觀測(cè)線路從三河閘閘南DH522引測(cè)，途徑工作基點(diǎn)HX281，測(cè)至布設(shè)在閘北的工作基點(diǎn)BM2，再由閘北測(cè)回閘南的DH522，一等水準(zhǔn)測(cè)量，采用光學(xué)測(cè)微法單路線往返觀測(cè)。觀測(cè)線路長(zhǎng)2.399 km，計(jì)觀測(cè)54站。觀測(cè)線路相對(duì)固定，觀測(cè)轉(zhuǎn)點(diǎn)TP和前后視距點(diǎn)在地面或建筑物不易受干擾處標(biāo)識(shí)（下同）。

6.2 垂直位移觀測(cè)

三河閘垂直位移每塊底板4個(gè)點(diǎn)，其中有2個(gè)點(diǎn)布設(shè)在公路橋上，有2個(gè)點(diǎn)布設(shè)在工作橋上，因此觀測(cè)線路把公路橋和工作橋分開(kāi)觀測(cè)。兩條線路均從HX281到HX281，二等水準(zhǔn)測(cè)量，采用光學(xué)測(cè)微法單路線往返觀測(cè)，觀測(cè)值下降為正、上升為負(fù)。其中公路橋線路觀測(cè)底板和翼墻垂直位移，長(zhǎng)2.544 km，測(cè)站64站，工作橋線路僅觀測(cè)底板垂直位移，長(zhǎng)2.368 km，測(cè)站36站。觀測(cè)線路如圖3、圖4。

6.3 測(cè)壓管管口高程校測(cè)

三河閘工程測(cè)壓管管口高程每年校測(cè)1次，公路橋與工作橋上測(cè)壓管管口高程分開(kāi)觀測(cè)，線路類(lèi)似底板垂直位移觀測(cè)，均從工作基點(diǎn)HX281到工作基點(diǎn)HX281，采用光學(xué)測(cè)微法單路線往返觀測(cè)。按四等水準(zhǔn)測(cè)量，觀測(cè)結(jié)果與上次觀測(cè)相差1 cm以?xún)?nèi)的可不作修正。

6.4 測(cè)壓管靈敏度試驗(yàn)

三河閘測(cè)壓管靈敏度試驗(yàn)每5年應(yīng)進(jìn)行1次，選擇在水位穩(wěn)定期進(jìn)行，采用注水法。試驗(yàn)前，先測(cè)定管中水位，然后向管中注入清水，記錄注入清水后的水位，然后每2～4個(gè)小時(shí)觀測(cè)1次水位，直至恢復(fù)到或接近注水前的水位。因三河閘底板土質(zhì)為粘性土，如管內(nèi)水位在5天內(nèi)恢復(fù)到接近原來(lái)水位的，可認(rèn)為合格；如管內(nèi)水位長(zhǎng)時(shí)間未恢復(fù)到接近原來(lái)水位的，可以考慮測(cè)壓管可能已經(jīng)堵塞；如管內(nèi)水位沒(méi)有上升或上升很少且下降很快，就要分析測(cè)壓管濾箱是否失效或與上下游貫通。

圖3 三河閘垂直位移公路橋側(cè)觀測(cè)線路示意圖

圖4 三河閘垂直位移工作橋側(cè)觀測(cè)線路示意圖

6.5 測(cè)壓管水位觀測(cè)

三河閘測(cè)壓管觀測(cè)采用電測(cè)水位計(jì)法。觀測(cè)時(shí)，將測(cè)頭徐徐放入管內(nèi)，待指示器反應(yīng)后，將吊索稍許上提，到指示器不起反應(yīng)時(shí)，再慢慢上下數(shù)次，趁指示器開(kāi)始工作的瞬間，捏住吊索與管口相平處的吊索，量讀管口至管中水面間的距離。測(cè)壓管水位等于測(cè)壓管管口高程減管口至管中水面間的距離。測(cè)壓管水位應(yīng)獨(dú)立觀測(cè)2次，最小讀數(shù)至0.01 m，兩次讀數(shù)差不得大于0.02 m，取其平均值，成果取至0.01 m。電測(cè)水位計(jì)的測(cè)繩長(zhǎng)度標(biāo)記，應(yīng)每隔3個(gè)月用鋼尺校正1次。

6.6 河床斷面觀測(cè)

三河閘17個(gè)河床斷面34根斷面樁樁頂高程考證分左右岸進(jìn)行，觀測(cè)線路均從工作基點(diǎn)HX281到HX281，采用四等閉合水準(zhǔn)測(cè)量，左岸觀測(cè)線路長(zhǎng)3.266 km，測(cè)站50站，右岸觀測(cè)線路長(zhǎng)1.742 km，測(cè)站28站。

河床斷面觀測(cè)分為岸上和水面部分，斷面從左岸斷面樁開(kāi)始，由左向右順序施測(cè)。岸上部分采用GPS測(cè)量高程，在地形起伏處應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)，測(cè)定水邊線時(shí)應(yīng)注明施測(cè)日期及水位高程，不同日期的水邊線接頭處以點(diǎn)線連接；水面部分由測(cè)深儀隨船經(jīng)過(guò)各斷面測(cè)量水深，水面高程減去水深可得河底高程，水面高程可用水準(zhǔn)儀測(cè)定。

6.7 水下地形觀測(cè)

三河閘水下地形觀測(cè)采用GPS全球定位系統(tǒng)配合測(cè)深儀進(jìn)行，測(cè)深儀隨船經(jīng)過(guò)各斷面測(cè)量水深，水面高程減去水深可得河底高程。當(dāng)測(cè)量船不能到達(dá)如淺灘處，則采用測(cè)深桿或測(cè)深錘測(cè)量水深。

6.8 伸縮縫觀測(cè)

三河閘伸縮縫兩側(cè)埋設(shè)1對(duì)金屬標(biāo)點(diǎn)，用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，觀測(cè)精確到0.1 mm。觀測(cè)時(shí)應(yīng)同時(shí)觀測(cè)建筑物溫度、氣溫、水位等相關(guān)因素。伸縮縫觀測(cè)值以張開(kāi)為正、閉合為負(fù)。

7 觀測(cè)資料整編分析

7.1 資料的整理

資料整理工作分為平時(shí)整理和年度整理。平時(shí)整理為每次觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行計(jì)算、校核和審查，主要工作內(nèi)容有核查記錄數(shù)字有無(wú)遺漏，計(jì)算結(jié)果是否正確，精度是否滿足要求，有無(wú)漏測(cè)、缺測(cè)，各階段人員簽名是否齊全等；年度整理應(yīng)統(tǒng)計(jì)觀測(cè)成果，繪制各種變形過(guò)程圖表，要求文字說(shuō)明需簡(jiǎn)介、圖表尺寸宜統(tǒng)一；編寫(xiě)年度觀測(cè)工作總結(jié)，內(nèi)容包括觀測(cè)工作開(kāi)展情況、觀測(cè)成果的初步分析以及年度工程大事記等。

7.2 資料的分析

觀測(cè)資料的分析是分析變形原因、找出變化規(guī)律及趨勢(shì)的重要技術(shù)手段，也是對(duì)觀測(cè)成果的延伸應(yīng)用。通過(guò)對(duì)多年觀測(cè)成果的分析，找出建筑物變形、滲流揚(yáng)壓力的自身規(guī)律，分析河床沖淤與流量流速的關(guān)系，為工程控制運(yùn)用、維修加固提供第一手基礎(chǔ)資料，也能為類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)提供修正依據(jù)。

7.3 資料的歸檔

觀測(cè)資料是工程管理基礎(chǔ)性的技術(shù)資料，對(duì)工程運(yùn)行管理有著重要的作用，有些測(cè)繪高程點(diǎn)、技術(shù)圖表還是保密資料，因此，每年應(yīng)對(duì)觀測(cè)資料進(jìn)行集中整編、全面審查，按照檔案管理的要求進(jìn)行分類(lèi)、編目、裝盒，及時(shí)存檔。

8 結(jié)語(yǔ)

工程觀測(cè)工作細(xì)致繁重，既需要較強(qiáng)的業(yè)務(wù)水平，又需要較好的身體條件，對(duì)觀測(cè)人員的基本素質(zhì)要求較高。目前，管理單位技術(shù)人員流動(dòng)性較大，觀測(cè)工作交接不及時(shí)不充分時(shí)有發(fā)生，因此，根據(jù)所管工程特點(diǎn)，制定工程觀測(cè)精細(xì)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，在觀測(cè)的項(xiàng)目、頻次、方法以及精度上作出明確的要求，對(duì)觀測(cè)工作快速交接，接手人員快速上手，保證觀測(cè)工作的連續(xù)性十分有益。