大型水闸观测工作精细化管理实践

徐 铭，李 欣，陈培然

（江苏省洪泽湖水利工程管理处，江苏 淮安 223100）

1 概述

水闸观测工作是准确掌握工程状态和运用情况，及时发现工程隐患的基础性技术工作。水闸在建造和运用过程中，由于地基基础、挡水水头以及泄洪冲刷等因素，建筑物会产生不均匀沉陷、扬压力异常、河道冲刷严重等情况，如不及时发现，掌握变形规律，采取预防和改善措施，将会造成水闸失事等严重后果。大型水闸一般变形观测项目有垂直位移、闸基扬压力、河道断面以及伸缩缝等[1-2]。近年来，按照《江苏省水利工程精细化管理指导意见》的要求，江苏省洪泽湖水利工程管理处以三河闸工程为依托，在水闸技术管理上深入开展精细化管理尝试，收到了较好的效果。本文重点介绍三河闸观测工作的精细化管理，以期对大中型水闸技术管理工作有所帮助。

2 工程概况

三河闸工程建成于1953年7月，位于江苏省洪泽区蒋坝镇南，为淮河下游入江水道的控制口门，是建国初期我国自行设计自行施工的大（Ⅰ）型水闸。

三河闸为钢筋混凝土胸墙式结构，共63孔，每孔净宽10 m，闸身总宽697.75 m，设计流量为12000 m3/s，底板为三孔一联，共21块，底板顶面高程7.5 m，闸门为钢结构弧形门，每孔设2×100 kN卷扬式启闭机1台套。闸室上游（洪泽湖侧）设长35 m厚30 cm钢筋混凝土防渗铺盖，闸室下游（入江水道侧）设长23 m 深1.3 m坎式消力池，其后为长10 m厚50 cm的条石护坦，和长32 m厚50 cm的浆砌石海漫，末端设2 m×2 m干砌石防冲槽。

三河闸工程建成60多年来，充分发挥了工程效益，已累计安全泄洪1.3万亿m3，为里下河地区200万hm2农田和2600万人民生命财产安全作出了巨大的贡献。

3 观测基本要求

3.1 观测人员及设备

观测工作是一项严谨细致的基础性技术工作，施测人员需熟练掌握水利工程变形观测的基本原理、基本方法和实际操作，要具有严谨细致的工作态度和团队合作的工作担当，观测中必须坚持尊重客观、遵守规范，切不可似是而非、随心所欲。

3.2 观测仪器设备

观测仪器和设备需满足观测项目、观测精度等级的要求，并经检定合格。三河闸工程垂直位移观测采用天宝DINI03电子水准仪，水准标尺采用2 m和3 m铟钢尺，测压管采用电测水位计，伸缩缝宽度采用游标卡尺，混凝土温度采用红外线测温仪，水温采用水温计，河床断面及水下地形图观测采用GPS全球定位系统结合测深仪。

3.3 观测要求

观测工作应保持系统性和连续性，按照规定的项目、测次和时间，进行现场观测。应做到随观测、随记录、随计算、随校核，无缺测、无漏测、无不符合精度、无违时，人员固定、设备固定、测次固定和时间固定。

3.4 观测记录

外业观测值和记事项目均应现场直接记录于手簿中，需现场计算的检验项目，应在现场计算填写；外业原始记录内容应真实、准确，字迹应清晰端正，记错处应整齐划去，并在上方另记正确的数字或文字。需要铅笔记录的，应使用不低于2H硬度的铅笔。原始记录手簿每册页码应连续编号，中间不应有空页、缺页或插页。

4 观测设施布设

4.1 观测基点

三河闸工程观测工作基点包括1个国家一等水准点DH522，2个二等水准点，分别为HX281 BM2，采取废黄河国家高程基准，3个基点分设在三河闸闸南（DH522、HX281）、闸北（BM2）两侧，埋设坚实、便于引测，观测工作基点布设满足《水利工程观测规程》（DB32/T 1713-2011）要求[3-4]。工作基点布设如图1。

图1 观测工作基点布置图

4.2 垂直位移标点

三河闸工程垂直位移标点埋设在每块闸底板四角的闸墩头部、岸墙四角、翼墙两端，共计112个，其中21块底板共84个标点（编号DB，如DB6-1表示6号底板1号点），上左翼墙4个标点(编号SZY)，上右翼墙4个标点(编号SYY)，下左翼墙6个标点(编号XZY)，下右翼墙6个标点(编号XYY)，左岸墙4个标点(编号ZAQ)，右岸墙4个标点(编号YAQ)。垂直位移观测标点位置如图2。

4.3 测压管布设

三河闸工程测压管分别布设在3号、6号、11号、16号、19号底板上，其中3号、6号、16号底板分别布设4根，16号、19号底板分别布设7根，共计26根。测压管采用镀锌钢管，管径8cm，管口采用不锈钢盒保护，防止雨水或异物落入。

4.4 伸缩缝观测

三河闸工程伸缩缝标点共设置22个，分别为21块底板20条伸缩缝，两岸岸墙2条伸缩缝，观测标点布置于工作便桥及左右岸岸墙上，观测标点采用金属标点顶部标识十字线。

图2 垂直位移观测标点位置图

4.5 上下游河道断面

三河闸上下游引河共设置17个观测断面，其中上游6个，分别布置于0+026、0+060、0+078 0+128、0+178、0+278处；下游引河断面11个，分别布置于 0+038、0+044、0+081、0+091、0+131 0+181、0+281、0+381、0+481、0+581、0+661 处，起点距均为水闸底板中心线。

5 观测频次

5.1 垂直位移观测

三河闸工作基点埋设均超过5年，因此工作基点考证每5年1次，当发生地震、地面升降或受重车碾压等可能使观测设施产生位移的情况时，需及时对其进行考证；垂直位移观测每年汛前汛后各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 测压管观测

测压管管口高程校测每年1次；测压管灵敏度试验每5年1次，一般选择在水位稳定期进行，因三河闸工程测压管水位均低于管口，一般采用注水法试验，具体试验方法执行《水利水电工程注水试验规程》（SL345-2007）；测压管水位观测每周1次，如遇测压管水位反映不正常时应加测。

5.3 伸缩缝观测

三河闸21块底板及两侧岸墙计22条主要伸缩缝每季度观测1次，一般选择每季度最后1个月底前完成。当发生历史最高或最低水位、气温，超标准使用等特殊情况时，应增加测次。

5.4 河床断面观测

三河闸引河断面观测每年汛后开展1次，一般在10月底前完成，遇大洪水年、枯水年应增加测次；水下地形观测每5年1次；断面桩桩顶高程考证每5年观测1次。测图比例尺为1:1000，能较为准确计算河床冲淤变化情况。

6 观测方法

6.1 工作基点考证

三河闸工作基点考证观测线路从三河闸闸南DH522引测，途径工作基点HX281，测至布设在闸北的工作基点BM2，再由闸北测回闸南的DH522，一等水准测量，采用光学测微法单路线往返观测。观测线路长2.399 km，计观测54站。观测线路相对固定，观测转点TP和前后视距点在地面或建筑物不易受干扰处标识（下同）。

6.2 垂直位移观测

三河闸垂直位移每块底板4个点，其中有2个点布设在公路桥上，有2个点布设在工作桥上，因此观测线路把公路桥和工作桥分开观测。两条线路均从HX281到HX281，二等水准测量，采用光学测微法单路线往返观测，观测值下降为正、上升为负。其中公路桥线路观测底板和翼墙垂直位移，长2.544 km，测站64站，工作桥线路仅观测底板垂直位移，长2.368 km，测站36站。观测线路如图3、图4。

6.3 测压管管口高程校测

三河闸工程测压管管口高程每年校测1次，公路桥与工作桥上测压管管口高程分开观测，线路类似底板垂直位移观测，均从工作基点HX281到工作基点HX281，采用光学测微法单路线往返观测。按四等水准测量，观测结果与上次观测相差1 cm以内的可不作修正。

6.4 测压管灵敏度试验

三河闸测压管灵敏度试验每5年应进行1次，选择在水位稳定期进行，采用注水法。试验前，先测定管中水位，然后向管中注入清水，记录注入清水后的水位，然后每2～4个小时观测1次水位，直至恢复到或接近注水前的水位。因三河闸底板土质为粘性土，如管内水位在5天内恢复到接近原来水位的，可认为合格；如管内水位长时间未恢复到接近原来水位的，可以考虑测压管可能已经堵塞；如管内水位没有上升或上升很少且下降很快，就要分析测压管滤箱是否失效或与上下游贯通。

图3 三河闸垂直位移公路桥侧观测线路示意图

图4 三河闸垂直位移工作桥侧观测线路示意图

6.5 测压管水位观测

三河闸测压管观测采用电测水位计法。观测时，将测头徐徐放入管内，待指示器反应后，将吊索稍许上提，到指示器不起反应时，再慢慢上下数次，趁指示器开始工作的瞬间，捏住吊索与管口相平处的吊索，量读管口至管中水面间的距离。测压管水位等于测压管管口高程减管口至管中水面间的距离。测压管水位应独立观测2次，最小读数至0.01 m，两次读数差不得大于0.02 m，取其平均值，成果取至0.01 m。电测水位计的测绳长度标记，应每隔3个月用钢尺校正1次。

6.6 河床断面观测

三河闸17个河床断面34根断面桩桩顶高程考证分左右岸进行，观测线路均从工作基点HX281到HX281，采用四等闭合水准测量，左岸观测线路长3.266 km，测站50站，右岸观测线路长1.742 km，测站28站。

河床断面观测分为岸上和水面部分，断面从左岸断面桩开始，由左向右顺序施测。岸上部分采用GPS测量高程，在地形起伏处应加密测点，测定水边线时应注明施测日期及水位高程，不同日期的水边线接头处以点线连接；水面部分由测深仪随船经过各断面测量水深，水面高程减去水深可得河底高程，水面高程可用水准仪测定。

6.7 水下地形观测

三河闸水下地形观测采用GPS全球定位系统配合测深仪进行，测深仪随船经过各断面测量水深，水面高程减去水深可得河底高程。当测量船不能到达如浅滩处，则采用测深杆或测深锤测量水深。

6.8 伸缩缝观测

三河闸伸缩缝两侧埋设1对金属标点，用游标卡尺进行测量，观测精确到0.1 mm。观测时应同时观测建筑物温度、气温、水位等相关因素。伸缩缝观测值以张开为正、闭合为负。

7 观测资料整编分析

7.1 资料的整理

资料整理工作分为平时整理和年度整理。平时整理为每次观测结束后，应及时对观测资料进行计算、校核和审查，主要工作内容有核查记录数字有无遗漏，计算结果是否正确，精度是否满足要求，有无漏测、缺测，各阶段人员签名是否齐全等；年度整理应统计观测成果，绘制各种变形过程图表，要求文字说明需简介、图表尺寸宜统一；编写年度观测工作总结，内容包括观测工作开展情况、观测成果的初步分析以及年度工程大事记等。

7.2 资料的分析

观测资料的分析是分析变形原因、找出变化规律及趋势的重要技术手段，也是对观测成果的延伸应用。通过对多年观测成果的分析，找出建筑物变形、渗流扬压力的自身规律，分析河床冲淤与流量流速的关系，为工程控制运用、维修加固提供第一手基础资料，也能为类似工程的设计提供修正依据。

7.3 资料的归档

观测资料是工程管理基础性的技术资料，对工程运行管理有着重要的作用，有些测绘高程点、技术图表还是保密资料，因此，每年应对观测资料进行集中整编、全面审查，按照档案管理的要求进行分类、编目、装盒，及时存档。

8 结语

工程观测工作细致繁重，既需要较强的业务水平，又需要较好的身体条件，对观测人员的基本素质要求较高。目前，管理单位技术人员流动性较大，观测工作交接不及时不充分时有发生，因此，根据所管工程特点，制定工程观测精细化作业指导书，在观测的项目、频次、方法以及精度上作出明确的要求，对观测工作快速交接，接手人员快速上手，保证观测工作的连续性十分有益。