望亭水利樞紐沉降縫觀測值年際變化規律分析

劉 毅 徐金龍

(太湖流域管理局蘇州管理局 215011)

望亭水利樞紐沉降縫觀測值年際變化規律分析

劉 毅 徐金龍

(太湖流域管理局蘇州管理局 215011)

望亭水利樞紐運用差動電阻式測縫計開展沉降縫縫寬變化情況的觀測，分析其年際變化規律，為工程安全運行提供參考。

望亭水利樞紐 沉降縫 觀測 年際變化 分析

1 工程概況

望虞河望亭水利樞紐是太湖流域防洪和供水的主要控制工程之一。工程位于江蘇省蘇州市相城區望亭鎮以西的望虞河與京杭大運河交匯處，距望虞河入太湖口2.2km。工程為2級建筑物，采用立交布置方式。上部采用鋼筋混凝土矩形槽，供京杭運河通航;下部采用9孔鋼筋混凝土矩形倒虹吸涵洞，供望虞河過水。每孔涵洞孔口尺寸為7.0m×6.5m(寬×高)，總過水面積400m2，設計流量為400m3/s，涵洞采用三孔一聯的鋼筋混凝土箱式結構。

望虞河工程是11項治太骨干工程之一，根據1987年國家計委批準的《總體規劃方案》，望虞河工程主要功能為防洪、排澇兼顧供水及航運。望亭水利樞紐原設計主要任務是：遇1954年型洪水(約50年一遇)汛期5～7月排泄太湖洪水23.1億m3;需要時與常熟水利樞紐配合引長江水入太湖，并防止京杭運河污水進入太湖;保證京杭運河正常通航。

望亭水利樞紐自投入運行以來，在流域防洪和調水工作中，特別是在抗御1999年流域特大洪水和近幾年實施的引江濟太水資源調度工作中，發揮了治太骨干工程的重要作用，社會效益非常顯著。

2 沉降縫觀測設施概況

2006年在上下游管首的沉降縫上各安裝2只測縫計，共4只，用于觀測沉降縫縫寬的變化情況，LS1、LS2位于上游管首望虞河側，LS3位于下游管首運河側，LS4位于下游管首望虞河側，LS1、LS4位于左側沉降縫上，LS2、LS3位于右側沉降縫上。測縫計為南京自動化設備廠生產的CF—12型差動電阻式測縫計。

測縫計安裝時先在沉降縫兩測各固定一塊鋼板，然后在鋼板上用專用夾具將測縫計的兩端固定在沉降縫的兩側。測縫計于2006年5月29日經現場檢驗合格后進行了基準值的測定。

3 沉降縫觀測原理

根據數字式電橋觀測測縫計的電阻和電阻比，按下式計算沉降縫之間的開合度：

式中 J——沉降縫的相對開合度，mm;

f——儀器最小讀數，mm/0.01%;

b——儀器的溫度修正系數，mm/℃;

Δz——電阻比相對于基準值的變化量(測值減去基準值)，0.01%;

Δt——此次測點溫度相對于基準值的變化量(本次溫度測值減去基準值)，℃。

測點溫度計算公式如下：

上二式中 t——測點溫度，℃;

α——儀器的零上溫度系數，℃/Ω;

α″——儀器的零下溫度系數，℃/Ω;

Rt——儀器實測總電阻，Ω;

R——儀器冰點0℃ 的電阻值，Ω。

4 沉降縫觀測成果

2007年～2010年6月對沉降縫共進行了40次觀測，在觀測的同時對氣溫進行了同步觀測。2007年～2010年6月沉降縫觀測值與溫度的關系見圖1～圖4。

圖1 LS1沉降縫觀測值與溫度過程線

圖2 LS2沉降縫觀測值與溫度過程線

圖3 LS3沉降縫觀測值與溫度過程線

圖4 LS4沉降縫觀測值與溫度過程線

5 沉降縫觀測值年際變化規律分析

5.1 沉降縫觀測值特征值分析

2007年～2010年6月沉降縫觀測值特征值見表1。4年的觀測中，沉降縫觀測值未出現明顯異常突變情況，其測量值在最大最小值之間分布比較規律，各測縫測值中位值和均值比較接近。其中LS1、LS3測值分布具有正偏離，均值大于中位數;LS2、LS4測值分布具有負偏離，均值小于中位數。觀測數值標準差位于1.319～2.483mm之間，標準差最低的為LS2，表明大部分觀測數值和平均值之間差異最小;標準差最高的為LS3，表明觀測數值和平均值之間差異最大。從特征值來看，4年觀測數值無明顯異常現象。

5.2 各沉降縫觀測值相關性分析

2007年～2010年6月沉降縫觀測值相關系數計算結果見表2。LS1、LS4位于左側沉降縫上，其相關系數為0.724;LS2、LS3位于右側沉降縫上，其相關系數為0.729。望亭水利樞紐主體工程共有兩條沉降縫，處于結構的對稱位置，兩個相關系數比較接近。從表2中可知，各測點相關系數均小于0.9，觀測數據擬合較差。

表1 2007～2010年6月沉降縫觀測值特征值計算結果 單位：mm

表2 2007～2010年6月沉降縫觀測值相關系數計算結果 單位：mm

5.3 各沉降縫觀測值隨溫度的年際變化規律

從沉降縫觀測值與溫度過程線圖可知，當溫度升高時，沉降縫縫寬有變小的趨勢;當溫度降低時，沉降縫縫寬有變大的趨勢。具有隨溫度而變化的有關規律。

6 案例分析

2010年7月～2010年12月對LS3共進行了6次觀測，觀測數據如下：6.655mm、7.073mm、9.070mm、10.932mm、13.659mm、11.917mm。其數據超過了 LS3歷年觀測的最大值，6次觀測的均值、平均值偏差較大。發生這種情況后，管理單位立即開展了排查和檢測。LS3位于京杭運河側擋浪墻上，運河來往船只較多，觀測儀表附近明顯有船只撞擊的痕跡，受船只沖擊影響，LS3內部儀表發生了變形，故導致數據異常。

7 結語

通過4年的觀測，可以得出以下結論：?在工程正常運行情況下，沉降縫觀測特征值可作為今后運行觀測的參考指標;?觀測值受地基、水位、工程結構等多種因素影響，各測點觀測數據擬合較差;?各沉降縫觀測值隨溫度的年際變化規律比較明顯。

當沉降縫觀測異常時，應及時采取以下措施：?加強觀測，及時掌握數據變化情況;?及時排查儀器故障;?如所有測縫同時出現問題，在儀器未出現故障的情況下，應結合工程運行現狀，研究垂直測點的觀測情況，進行專項排查，及時發現問題，采取相關措施，確保工程安全。