1、浅析沉降观测在施桥三线船闸工程中的应用 摘要：基坑工程相较于其他结构工程，不安全因素较多，因此，除认真做好周到设计外，施工与使用过程中的监测尤显重要，本文分析施工中的监测信息，判断工程的安全状态，并对基坑开挖和支护进行有效的指导。 关键字：基坑支护；测量；变形观测；水位观测 引言 沉降观测分析是一个古老而又复杂的问题。随着电子计算机的迅速发展和数值计算方面的应用，沉降分析方法得到了有效发展。 1 基坑支护结构监测 本工程通过对监控点位移、沉降以及观测井水位进行监测，了解临水基坑稳定情况。监测工作应按照规范和设计要求，认真操作仪器，严格把关。 控制点是整个监测的基准，所以在远离基坑的比较安全的地
2、方布设。监测时，均应检查控制点本身是否受环境影响或破坏，确保监测结果的可靠性。 平面控制网的布设。平面控制网应为独立控制网。控制点的埋设，应以工程的 地质条件为依据，因地制宜进行，均应采用强制对中观测墩，对于自由等边三角形所组成的规则网形，当边长在 200m 以内时，测角网具有较好的点精度。 水准点的布设。水准基点作为沉降监测基准的水准点，一般设置三个水准点构成一组，要求埋设在基岩上或在沉降影响范围之外稳定的建筑物基础上，作为整个高程变形监测控制网的起始点。 2 地连墙量测 根据施工图设计要求沉降基本稳定，依据沉降速率曲线判别，一般沉降速率每昼夜小于 0.1mm 的相关要求，对上闸首地连墙进行
3、了连续 40 天的沉降观测。 沉降 观测基准点采用三线闸沉降观测基准点 SQSJ4-2（高程 8.321m），该点由设计单位提供的高等级点 E6（高程 8.879m）经一等水准闭合观测得到。按施工图设计要求，地连墙布设 7 个点。 上闸首地连墙各测点 40 天以来的平均沉降量为 0.17mm，平均沉降速率为 0.02mm/d，满足沉降速率昼夜平均值小于 0.1mm 的要求，且沉降稳定。 在基坑开挖支护过程中，要充分考虑到基坑开挖土体的固结和流变性质以及时空效应，合理利用土体自身在开挖过程中控制位移的潜力而达到控制坑周地层位移的目的，做到 “ 随挖随支 ” ，从而改变目前基坑中为控制坑周地层位移
4、而不合理的采用昂贵地基加固的方法。 3 施桥一线船闸变形观测 通过对施桥一线船闸上下闸首、闸室进行施工期的变形观测，结果表明：上述措施再加上回灌，使邻近施工场地一侧的一线船闸墙后地下水位在不低于设计水位的情况下，可确保一线船闸的正常运行。 3.1 船闸变形观测精度要求 地基上的变形观测，水平位移取 2mm 的精度指标；垂直位移方面，考虑到施桥一线船闸运行时间很长，垂直位移量很小，以从严为原则，取 1mm的精度指标。 3.2 垂直位 移观测 （ 1）水准测量的精度要求 在特定条件下用拓普康 AF-G2 自动安平水准仪加测微器，观测图 1 中短视线 (D=25m)、 11 个测站组成的闭合水准环线
5、，先得到一测站的中误差 m 站=0.12mm ，闭合环线高差闭合差的限差 fh限 =0.8mm ，平差后最弱点的中误差 m弱 =0.20mm 。 （ 2）水准路线的布设及观测精度 图 1是一条绕闸室组成的闭合水准路线。测站数为 11，以视距 D=25m 选择若干转点 (图 2)，非闭合环线上的点作中视观测。闭合水准路线上前、后视距不等差小于 1m，中 视不等差小于 10m，仪器的 i角小于 15 ，可以较好地消除系统误差的影响。用拓普康 AF-G2自动安平水准仪作二等水准观测，以 09 年 6 月的成果作首次观测，以后观测 5次。第 i 次观测值减去首次观测值为垂直位移量，规定下沉为正、上升为
6、负。根据 5次观测结果表明：实测闭合差均小于理论分析值 0.8mm，观测成果较好。 （ 3）垂直位移的变化规律与评估 2009年 6月至 2010年 4月，三线船闸地下水位从 +3.0m下降至 -8.0m后，该期间按图 1 观测的测点普遍下沉 +3- +10mm;2010 年 10 月至 2011 年 4月，地下水位从 -7.0m 上升至 -5.0m 后，这些点又普遍回弹上升 -4- -10mm，可见地下水位升降促使邻近一线土体上浮力发生改变，是引起一线闸闸室、闸首下沉和回弹的主要内因，但由于已建一线船闸中心线距防渗墙有 70 米的距离，因此，闸墙下沉和回弹的绝对值很小，相邻墙体引起的沉降差也
7、只有 0.4-0.3mm，不会影响闸墙止水的正常使用。 3.3 水平位移观测 三线船闸位于一线船闸西首，平行间距为 100m。为了研究施工时对一线船闸的变形影响规律，在一线闸区内布设变形控制网，该网由 6个点组成两个 短边。 T1、 T2为基线，位于变形区之外，视为固定点 ;T5为工作基点，也是网中的最弱点。为了减少短边控制网 (闸区控制网的边长一般为 100m左右 )对测角的影响，控制点必须建造强制对中的观测标墩。标墩的结构和尺寸见图 2。 3.4 水平位移点的布设与观测情况 水平位移点布设在两侧 (左右岸 )闸墙墙顶上 (图 3)，观测长度为 260m。在每块闸墙的墙顶上布设编号为 1-1
8、4的水平位移点，点位设在每块挡浪板的中部，计 2*13=26 个位移点。位移点的标志用直径 10mm 的小钢柱埋设，用环氧胶粘固。在钢柱中心分别打 2.3mm和 5mm直径的圆孔。近距离测时插入 2-3mm测针，远距离观测时插入 5mm测针，以减少照准误差的影响。每次观测时，仪器安置于 T5点上，以 T4点后视方向， 4个测回观测 T5各位移点之间的夹角。由于 T5 点到各位移点的距离是固定的，可用支导线的计算方法求得各位移点的横坐标 (垂直于闸中心线方向 )。第 i次观测的横坐标减去首次观测的横坐标，即为水平位移量 (Sy=yi-y0)。 3.5 水平位移的变化规律与评估 表 1列举西闸室墙
9、单号点的水平位移量。 Sy（水平位移）为正时，有两种情况 :位移量逐次增大 ，表示闸墙点向二线闸方向位移 (东移 )；位移量逐次减小，表示闸墙点背向二线船闸位移 (东移 )。 其变化规律如下 : 地下水位下降期： 2009年 7月至 2010年 4月为三线线闸塘开挖到闸底板浇筑的施工期，该期地下水位从 +3m 下降到 -8m。位移值表明 :一线闸墙点向三线闸产生 +2+20mm 的位移量 (西移 )，同一时段沉降点是下沉的。主要是由于地下水位下降后，促使一线和三线之间土体的有效重量增加形成新的边载增量迫使一线船闸普遍下沉，另一方面，一线西闸室墙由于紧邻施工区，墙后地下水位也受到影响，即使采取回
10、 流方式加以补充使墙后地下水位不低于 +3.0m，但仍发生上述向填土方向位移。 地下水位上升期： 2010年 7月至 2011年 5月为船闸上部结构施工期。由于地下水位从 -7m 升到 -5m 以及上浮力荷重的增加，一线船闸的墙点逐渐背向三线闸产生位移 (东移 )。在施工期发生的上述位移，由于量级很小，观测结果表明，并没有影响一线船闸的正常使用。 4 施桥三线船闸主体建筑物监测 4.1 布设观测网 首先对船闸的轴向方向进行选点，对设计部门提供的等级水准点进行多次联合检测。高程的多次检测对选定的水 准工作基点数据十分重要，高度误差均小于 1.0mm。工作基点的观测精度和技术指标均采用一级水准，共
11、设置两个工作基点，并采用闭合水准方法测出两个工作基点的高程作为起始数据作为参考进行校准，确保整个观测数据的准确性。 变形观测点主要布设在船闸底板宽缝的两端的位置，测点采用铜质、40cm18 、长度 10cm、顶端为半球圆帽的沉降钉，埋设时顶端突出砼表面1.5-2.0mm 左右，以保证点位稳固。下游侧由左向右为： T1、 2、 3、 4，上游侧编号为： T5、 6、 7、 8。 4.2 船闸主体建筑物沉降观测的过程 与数据分析 在观测过程中，根据国家规定对各项控制偏差和业内数据的处理。采取精度为先，数据准确原则。 对于观测初始值的掌握应在每一节底板完成浇筑混凝土的终凝后进行。将工作基点、和观测点
12、确定后即可进行首次观测。初始观测数据必须存档并进行备份，作为第二次观测以及以后观测的依据。 根据项目设计文件的规定：闸室、闸首底板沉降观测周期和频率为三天一次或一周两次。由于底板沉降量最大、沉降速率最快的时期主要集中在施工最初的 1-2周。结合设计说明，沉降观测频率为：前两周每天观测一次，两周后按照设 计说明规定的频率进行观测；如遇到特殊情况（地下水位发生较大变化，底板或墙体产生裂缝，沉降缝两侧出现较大不均匀沉降等），需立即进行逐日连续观测，其后可以根据沉降量的变化情况，适当调整观测周期。 4.3 沉降观测成果分析 采集到的观测数据要进行细而准确的分析。在船闸投入使用后，一旦发现异常，可以根据
13、观测数据的变化判断工程出现问题的位置，以便迅速采取措施，确保工程的安全使用。 选取 8#段闸底板为代表分析，观测数据闭合环线的高差闭合差较小，满足二等水准测量精度要求，沉降观测成果数据如下： 根据变形重要指标和测量数据分析变形情况，该闸室底板沉降观测从浇注完成至分析时止累计观测 17次，观测结果：分析当月沉降量最大的点为4#，沉降量 1.34mm，沉降量最小为 5#，沉降量为 0.27mm；目前观测结果：当月平均沉降量为 0.87mm；总体沉降速率为 0.0545mm/d，满足沉降速率昼夜平均值小于 0.1mm 的要求，且沉降稳定。各点沉降情况（截至 2010 年 7月，分析期 212 天）：
14、 5 基坑降水水位观测 降水期间，应在降水区和临近建筑物附近布置一定数量的水位观测孔，采用水位计对水 位观测孔进行观测。安放水位管后管周围用中粗砂填实，但上层管周要用粘土填实以便隔断地表水。在降水之前先测定地下水初始水位，在开始降水时每 6个小时测量一次水位，当降水达到设计降水深度，且趋于稳定时，每日观测一次，在受地表水补给影响的地区或在雨季加密观测。 当基坑中的基础结构高出降水前静水位高度时，降水监测与维护期一般即可结束，但也需根据回水情况以及当地潜水位、承压水水位对工程环境的影响而适当延长。降水维护应注意潜水泵在安装前应对水泵本身和控制系统作一次全面细致的检查，而且每台泵应配置一个控制开关
15、。安装 后应进行试抽水，满足要求才可转人正常工作。井点供电系统应采用双线路，防止中途停电而影响抽水。见图 4所示： 结束语 通过观测结果我们发现一线船闸的垂直、水平位移波动不明显，变化规律一致，速率小，这表明沉降趋于稳定，一线船闸能够在三线闸施工期间安全运行，且船闸主体建筑物下沉回弹量数据表明船闸主体结构不受降水、土方回填等影响。同时对一线船闸和支付结构的变形观测，及时掌握施工期相邻建筑物的动态安全，合理指导施工，确保施工处于可控状态。 参考文献： 陈晓阳 .建筑基坑监测工程中的 位移测量技术 .技术创新与应用， 2008. 陈威，潘锦江 .大中型水闸变形观测方法介绍 .浙江水利科技， 2001. 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
