皂河三線船閘主體建筑物沉降觀測

李成山 張守軍

1 工程概況

皂河船閘地處宿遷市宿豫縣皂河鎮(zhèn)北約3 km處的趙埝鄉(xiāng)境內(nèi),位于京杭運河蘇北段最繁忙的大王廟至淮安航段,是蘇北運河自藺家壩船閘而下的第4座梯級船閘,也是京杭運河?xùn)|、西線航道交匯后的第一閘。皂河船閘現(xiàn)為兩線船閘,一線船閘建于1972年,規(guī)模為20 m×230 m×4 m;二線船閘建成于1988年,規(guī)模為23 m×230 m×5 m。皂河二線船閘位于一線船閘西側(cè),兩閘中心線平行,相距160 m。本次建設(shè)內(nèi)容為皂河三線船閘工程,其閘位布置于皂河一、二線船閘之間,三線船閘中心線距一線船閘中心線90 m,距二線船閘中心線70 m。

本項目所在航道為蘇北運河,二級通航標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計最大船舶等級為2 000 t級;皂河三線船閘建設(shè)級別為Ⅱ級,船閘基本尺度為23 m×260 m×5 m(口門寬×閘室長×最小檻上水深)。

2 沉降觀測目的和內(nèi)容

沉降觀測非常重要,通過沉降觀測,可以監(jiān)測建筑物的沉降變位情況,不但為今后的船閘底板內(nèi)力計算提供數(shù)據(jù),提高了準(zhǔn)確性,而且能便于及時發(fā)現(xiàn)異常情況,及時采取措施。

通過定期進行沉降觀測,可以掌握軟基的固結(jié)過程,用來確定預(yù)留施工寬縫對內(nèi)力的影響,同時為確定封鉸時機和地下水位控制、加載速率提供依據(jù)。

沉降觀測的主要內(nèi)容是:通過布設(shè)控制網(wǎng),按相關(guān)精度要求,根據(jù)施工分級加載實況,定期定點對塢室結(jié)構(gòu)底板封鉸前后每塊底板和每節(jié)閘室墻在建設(shè)過程中的沉降情況進行觀測,直至工程竣工驗收,移交使用單位。

表1 《建筑物變形測量規(guī)程》建筑物變形測量的等級及其精度要求

3 沉降觀測方案

3.1 精度指標(biāo)與觀測儀器的選擇

根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)行國家《工程測量規(guī)定》《建筑物變形測量規(guī)程》及交通部《水運工程測量規(guī)范》中對沉降觀測的各項規(guī)定,結(jié)合皂河三線船閘工程具體的特點,我們選擇變形測量的二級標(biāo)準(zhǔn)作為本項沉降觀測的精度指標(biāo),見表1。

沉降觀測是船閘工程中精度較高的測量工作,儀器設(shè)備、布設(shè)路線、觀測方法及人員素質(zhì)等多方面都會影響觀測數(shù)據(jù)的精度。在該測量工作中我們選擇拓普康TOPCON-AG2精密水準(zhǔn)儀,配合銦鋼水準(zhǔn)尺進行作業(yè),省測繪局鑒定部門對儀器的各項指標(biāo)進行了技術(shù)鑒定,在作業(yè)期間我們多次對儀器i角差進行檢核,為觀測工作提供了技術(shù)保證。

3.2 觀測路線的布設(shè)

3.2.1 水準(zhǔn)基點、工作基點的設(shè)置

水準(zhǔn)基點由測區(qū)原有等級水準(zhǔn)點(設(shè)計部門提供)BM5-1(33.226 m),K1(32.652 m)組成,該兩點高程數(shù)據(jù)經(jīng)多次聯(lián)測檢核,高差誤差均小于1.0 mm。且因水準(zhǔn)基點均位于一線閘管理區(qū)較為偏僻的地方,是一線閘施工期間(1958年～1961年)設(shè)置的,點位穩(wěn)定可靠。我們以觀測條件較好的 K1作為主基點,BM5-1作為校核點。利用原一線船閘南側(cè)(二線閘施工區(qū)外側(cè))公路橋沉降釘K2作為工作基點,與K1,BM5-1形成一個閉合環(huán),檢測起始數(shù)據(jù)的正確性。

3.2.2 觀測點的布設(shè)

上、下閘首及閘室塢式段均在邊墩底板及施工寬縫的兩端各布設(shè)8個沉降釘計、24個觀測點閘室、14節(jié)扶壁段,均在閘墻底板兩端各布設(shè)4個沉降釘計、56個觀測點;沉降釘?shù)闹谱鞑捎?0 cm φ 16銅釘,埋設(shè)時配以斜鋼筋接在底板面層及豎向鋼筋上,頂端凸出混凝土表面1.5 cm～2.0 cm左右,以保證點位穩(wěn)固。

由工作基點K2至觀測點路線基本沿閘塘外圍原狀土上設(shè)置,中間轉(zhuǎn)點全部埋設(shè)測樁,采用50 cm～100 cm φ 20螺紋鋼打入土層,表面澆筑20 cm～30 cm厚混凝土,進入閘塘邊坡段,除轉(zhuǎn)點采用同前設(shè)置外,測站架鏡的位置也埋設(shè)30 cm厚混凝土,以保證觀測時儀器的穩(wěn)定。

整個觀測線路由K1,K2和Sz-1,Xz-4,Zs-7等56個觀測點形成一個整體閉合環(huán),全長1.36 km,36個測站,不在路線上的其他觀測點,由其鄰近觀測點固定觀測。

3.3 觀測方法及注意事項

本次沉降觀測工作采用精密幾何水準(zhǔn)測量方法進行,觀測過程中,各項偏差控制及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理按照國家《建筑物變形測量規(guī)程》中各項規(guī)定執(zhí)行。進行沉降觀測過程中,須注意以下幾個問題:1)每次觀測應(yīng)遵守“四固定”原則,即:觀測所用儀器及水準(zhǔn)標(biāo)尺固定;觀測人員固定;觀測路線固定;觀測環(huán)境和條件基本相同。2)水準(zhǔn)儀 i角是一個變化值,每次作業(yè)前,對 i角進行檢查,若發(fā)現(xiàn) i角大于 10″,應(yīng)及時進行檢驗校正。3)布設(shè)觀測路線時,前后視距不超過30 m,前后視距差不超過0.5 m,以控制i角的誤差影響,同時提高觀測時的清晰度。4)觀測時間及環(huán)境:不在日出前后1 h,中午時分進行觀測,更不能在大風(fēng)或有霧的情況下進行觀測。5)為保證水準(zhǔn)尺氣泡穩(wěn)定居中,自制一些簡單的水準(zhǔn)尺輔助標(biāo)桿,以使扶尺員快速穩(wěn)定地豎直標(biāo)尺,提高觀測效率。

3.4 觀測周期

對于建筑物變形觀測周期,有關(guān)測量規(guī)范、規(guī)程都沒有作統(tǒng)一規(guī)定,我們根據(jù)以往同類型船閘經(jīng)驗,結(jié)合本工程閘室墻采用龍門架支撐大模板一次到頂澆筑混凝土的施工方案,分析基礎(chǔ)加載的情況,制定如下觀測周期:施工初期20 d,封鉸前期至封鉸期間10 d,封鉸后至觀測點移測到閘室墻頂部30 d。

船閘主體建筑物施工期間,如遇到特殊情況(回填土與地下水位發(fā)生較大變化,底板或墻體產(chǎn)生裂縫,沉降縫兩側(cè)出現(xiàn)較大不均勻沉降等),應(yīng)立即進行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測,及時提供觀測數(shù)據(jù),確保建筑物安全。

4 沉降觀測成果

從2005年8月～2007年6月,共完成40次沉降觀測(2007年1月6日以后移測到閘室墻頂部觀測),閉合環(huán)線的高差閉合差在-0.3 mm～+1.5 mm之間,滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求。

5 結(jié)語

1)觀測數(shù)據(jù)表明,本工程整個施工階段基礎(chǔ)的沉降量及回彈量的變化與施工順序、地基上的加載大小、施工進度、地下水位情況等密切相關(guān)。2)沉降觀測資料反映施工階段的實際沉降量,所以與設(shè)計部門提供的理論預(yù)留沉降量相符,其主要原因是理論計算假設(shè)條件變化出入較大,計算無法考慮施工期各種動態(tài)影響因素,另外地質(zhì)條件復(fù)雜。目前理論計算雖考慮土體的固結(jié)過程,把地基作為粘彈性模型進行計算,但由于計算參數(shù)隨不同土質(zhì)而不盡相同,難以正確選取,故只能通過現(xiàn)場觀測,采用反分析法來確定計算參數(shù),才能為設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)。3)由于累計沉降量均與初始觀測值相關(guān),因此初始觀測值的準(zhǔn)確性極為重要,每個觀測點的初始觀測值必須采用最初連續(xù)兩次觀測結(jié)果的平均值。4)船閘工程沉降觀測工作是一項非常繁雜的工作,技術(shù)要求高,需要付出艱辛的勞動。閘室墻后回填土施工時部分觀測線路須臨時調(diào)整,且達不到固定如初,這是影響觀測精度的主要原因。采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下,通過三角高程的方法來代替幾何水準(zhǔn)進行沉降觀測,可以減少勞動強度,但能否滿足精度要求,是值得在今后船閘建設(shè)中加以研究的。

[1] 湯渭清,劉允田.解臺二線船閘主體建筑物沉降觀測[J].江蘇交通科技,2003(1):5-8.

[2] JTJ 203-94,水運工程測量規(guī)范[S].

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[4] JGJ/T 8-97,建筑變形測量規(guī)程[S].

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[6] SDJ 212-83,水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范[S].

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