圍埝工程沉降位移監(jiān)測

孔慶宇

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，天津 300456)

1 概述

天津沿海地處我國渤海的淤泥海岸，是淤積港口。港口發(fā)展建設(shè)中需要大量連片的土地，當(dāng)土地規(guī)劃不能滿足使用要求時(shí)，一般會(huì)選擇在灘涂、近海水域進(jìn)行造陸工程。圍海造陸既解決了港口航道的淤積又解決了港口發(fā)展用地。天津臨港工業(yè)區(qū)、臨港產(chǎn)業(yè)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)、濱海旅游區(qū)新增圍海造陸面積80 km2，為長期解決港口基建的開發(fā)提供充足的用地。圍埝結(jié)構(gòu)可分為土圍埝、土工織物袋裝砂土圍埝、拋石斜坡圍埝等。

2 監(jiān)測工作的實(shí)施

1)平面布置。圍堤的結(jié)構(gòu)形式為斜坡堤，總長度為5 124 m，頂面有效寬度約5.0 m，頂面標(biāo)高為3.5 m，堤心采用塊石填筑結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)處理采用打設(shè)塑料排水板排水固結(jié)的方法。圍堤外側(cè)護(hù)面采用柵欄板，內(nèi)側(cè)堤心與護(hù)面之間從內(nèi)向外依次為二片石、碎石墊層、無紡?fù)凉げ技按b碎石。圍埝施工地基處理采用排水固結(jié)法。排水系統(tǒng)采用打設(shè)排水板加砂墊層，排水板打設(shè)深度為14 m，間距1 m正方形布設(shè)，在圍埝軸線左右35 m范圍。加壓系統(tǒng)為斜坡堤，其堤心采用充填袋，內(nèi)側(cè)護(hù)面采用模袋混凝土結(jié)構(gòu)，外側(cè)護(hù)面采用柵欄板。堤心增加土工格柵和土工織布，增強(qiáng)堤身整體性，減少不均勻沉降。

為保證圍埝工程施工過程中地基和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，防止地基出現(xiàn)剪切破壞，通過動(dòng)態(tài)觀測資料及時(shí)掌握施工期圍埝地基穩(wěn)定性、沉降速率等，控制加荷速率，對(duì)施工安全進(jìn)行預(yù)控。對(duì)整個(gè)工程的施工期沉降、穩(wěn)定、安全性進(jìn)行全面監(jiān)測須在埝體基礎(chǔ)上埋設(shè)沉降盤、測斜儀、孔隙水壓力計(jì)、永久沉降點(diǎn)等，根據(jù)設(shè)計(jì)說明，每隔600 m布設(shè)一組孔壓計(jì)，每隔300 m布設(shè)一組深層水平測斜儀，每隔150 m布設(shè)一個(gè)沉降觀測儀，共累計(jì)布設(shè)完成沉降監(jiān)測點(diǎn)35個(gè)、深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)15個(gè)、孔壓監(jiān)測點(diǎn)8個(gè)，見圖1。通過動(dòng)態(tài)觀測及時(shí)的掌握圍埝以及地基的沉降、深層水平位移以及孔隙水壓力的變化情況，分析比較結(jié)果后，判定地基變形的未來發(fā)展趨勢，預(yù)估未來的變形發(fā)展情況由于控制基準(zhǔn)點(diǎn)處于軟土地基之上，且受到施工等外界因素影響，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，每季度定期進(jìn)行校核，以保證精度，并將最新的復(fù)核結(jié)果報(bào)于業(yè)主方、監(jiān)理方及施工方。

圖1 儀器布設(shè)斷面分布圖

2)監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)、埋設(shè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的施工工序與埋設(shè)方法見表1。

表1 監(jiān)測設(shè)備的結(jié)構(gòu)、施工工序及埋設(shè)方法

測斜儀、孔隙水壓力計(jì)及分層沉降儀都是用先鉆孔后埋儀器的辦法進(jìn)行，封孔采用膨潤土泥漿封孔法，隨后的儀器觀測結(jié)果表明這種埋設(shè)安裝方法成功率幾乎是100%。

3)儀器埋設(shè)進(jìn)度與觀測。監(jiān)測設(shè)備的埋設(shè)受主體觀測控制，超前可能妨礙其他施工作業(yè)，太晚則會(huì)丟失應(yīng)測得的資料。沉降監(jiān)測標(biāo)埋設(shè)后開始觀測，施工期每日一次，大潮低潮位及出現(xiàn)異常情況時(shí)進(jìn)行加測，工程結(jié)束后3個(gè)月內(nèi)每周觀測2次，3個(gè)月后每周1次，直至施工結(jié)束后6個(gè)月為止。

深層水平位移觀測，施工期每日一次，大潮低潮位及出現(xiàn)異常情況時(shí)進(jìn)行加測。

4)保證觀測精度的措施。由于地基監(jiān)測工作中的測量要求精度較高，為了保證測值準(zhǔn)確可靠我們主要采取以下措施：采用符合高要求的測量儀器，水準(zhǔn)測量使用瑞士徠卡Leica DNA03型精密電子水準(zhǔn)儀(測量精度為±0.2 mm/km);采用美國Trimble 4700型和Trimble 5700型RTK GPS(精度為±1 mm+0.5 ppm/ ±1 mm+0.5 ppm);瑞士徠卡TCRP1201 R300型全站儀(測角精度為±1.0″，測距精度為±2 mm+2 ppm)等。

必須由合格的測量工程師負(fù)責(zé)測量工作，現(xiàn)場操作人員必須技術(shù)熟練，經(jīng)驗(yàn)豐富。

引測的測量基點(diǎn)由于地基的變形可能移動(dòng)或沉降，因此必須定期檢測。

測量結(jié)果必須及時(shí)分析對(duì)比，如有問題應(yīng)及時(shí)重測。

5)監(jiān)測設(shè)備的保護(hù)。在圍埝區(qū)域施工的船舶、機(jī)械車輛較多，因而埋設(shè)好的監(jiān)測設(shè)備容易被破壞。如何保護(hù)好監(jiān)測設(shè)備、提高設(shè)備的完好率，曾是該工程的一個(gè)難題。

為了保護(hù)監(jiān)測設(shè)備，建設(shè)單位召集各施工分包單位多次討論研究制定出有效的管理辦法和措施，使監(jiān)測工作能正常順利地進(jìn)行。主要包括：

由監(jiān)測單位制定有關(guān)監(jiān)測設(shè)備的保護(hù)條例，并要求各分包商和施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)，理解監(jiān)測設(shè)備的重要性。根據(jù)保護(hù)條例，提出誰施工誰負(fù)責(zé)的規(guī)定，責(zé)任明確，落實(shí)到人。

制定罰款制度，對(duì)于不同的監(jiān)測設(shè)備被破壞情況，處以不同的罰款，這一規(guī)定引起了分包商和施工操作人員的重視，證明其效果明顯。

監(jiān)測單位對(duì)不同的設(shè)備采取不同的圍護(hù)、警戒措施，如竹籬笆圍護(hù)、涂醒目油漆標(biāo)志等都起到了重要作用。

定期現(xiàn)場巡邏檢查監(jiān)督，監(jiān)測單位經(jīng)常現(xiàn)場監(jiān)督，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理存在的問題。

盡管工程施工難度大，設(shè)備品種數(shù)量繁多，由于采取了有效的保護(hù)措施，保證了監(jiān)測設(shè)備的完好率。

3 監(jiān)測資料的處理

因頻繁的測量獲取了大量的觀測數(shù)據(jù)和試驗(yàn)資料，由于圍埝施工是由監(jiān)理工程師嚴(yán)格監(jiān)理，其要求各種監(jiān)測資料必須及時(shí)迅速傳遞報(bào)送給監(jiān)理。經(jīng)協(xié)商決定利用計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，針對(duì)不同的資料信息，制定不同的表格形式和計(jì)算表格可自動(dòng)計(jì)算出各種所需的信息，如沉降量、孔隙水壓力變化等，并以圖形顯示各種變化曲線，將資料信息在分包商、總包商和監(jiān)理工程師中傳遞。實(shí)踐證明，這種方式傳統(tǒng)方便、效率高、不易出錯(cuò)，大大減少了監(jiān)測人員的重復(fù)勞動(dòng)。

實(shí)測資料的修正：大量的沉降實(shí)測資料是用水準(zhǔn)儀每天從現(xiàn)場測量的，但由于現(xiàn)場施工的干擾，如拋石施工、測桿接長、測量水準(zhǔn)點(diǎn)沉降、測量誤差等，都會(huì)給測量結(jié)果帶來誤差，導(dǎo)致測值不能反映實(shí)際沉降過程，必須對(duì)嚴(yán)重偏離測值進(jìn)行分析、判斷，找出原因，進(jìn)行修正和舍棄。而由于打排水板、加載等原因引起的沉降迅速增大，則是正常的而不能輕易刪除，對(duì)于找不出變化原因的也一般予以保留。值得注意的是施打排水板后沉降并不是馬上加速，而是一個(gè)滯后的過程。

從沉降觀測曲線變化過程可以發(fā)現(xiàn)，在基礎(chǔ)荷載前3個(gè)月內(nèi)曲線較陡，說明沉降速度快。6個(gè)月時(shí)荷載減少堤體基本成形，開始變緩。6個(gè)月以后，曲線趨于水平，沉降速率大幅減小。沉降點(diǎn)編號(hào)按時(shí)間順序如圖2所示，由于持續(xù)荷載曲線較陡、拐點(diǎn)少，本圍堤地基上層為飽和、高壓縮性軟土，對(duì)外界荷載壓力響應(yīng)敏感，從曲線圖上可發(fā)現(xiàn)孔壓變化在布設(shè)后3個(gè)月內(nèi)非常明顯，而到后期變化逐漸平緩。這種變化特征反映施工前期，軟土地基對(duì)荷載作用的應(yīng)變非常敏感，隨著施工進(jìn)行地基固結(jié)度的提升，土體持力層形成，孔壓變化非常微弱。由于布設(shè)時(shí)間差異較小、施工類型一致，所以在整個(gè)孔壓觀測過程中沒有特別的變化類型。

圖2 孔壓—時(shí)間變化曲線圖

深層水平位移監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理軟件可以實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算、生成位移累計(jì)曲線，使我們從不同角度了解到圍埝發(fā)生側(cè)向變形的性狀和發(fā)展趨勢。圍埝施工前期及開挖期間每天測量，施工后期根據(jù)施工速度和變形速度適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)累計(jì)位移過大時(shí)，應(yīng)增加監(jiān)測次數(shù)。根據(jù)監(jiān)測規(guī)范及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，確定土體水平位移報(bào)警值：變形速率超過4 mm/d或連續(xù)兩天變形速率超過3 mm/d，累計(jì)水平位移大于40 mm。

4 結(jié)語

通過對(duì)圍埝工程進(jìn)行的成功地基監(jiān)測，得出如下結(jié)論：

1)地質(zhì)勘探是監(jiān)測工作的基礎(chǔ)，鉆探的數(shù)量必須保證摸清土層、土性。

2)監(jiān)測設(shè)備的種類較多，作為圍埝工程，大量布設(shè)沉降觀測點(diǎn)、深層沉降儀和適當(dāng)數(shù)量的孔隙水壓力計(jì)及測斜儀是合理的。這些設(shè)備為圍埝施工監(jiān)測起到了重要作用，尤其是沉降盤獲得的地基沉降資料對(duì)圍埝施工控制起了不可替代的作用。

3)測量是監(jiān)測的重要手段之一，由于測量的精度要求高，因而必須有熟練的測量工程師用二等以上的水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量，所用水準(zhǔn)點(diǎn)必須定期復(fù)核。

［1］ 滄州渤海新區(qū)綜合港區(qū)后方區(qū)域吹填造陸工程?hào)|圍堤施工監(jiān)測報(bào)告［R］.天津：交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，2011.

［2］ JTJ 234-2002，水運(yùn)工程測量規(guī)范［S］.

［3］ JTJ 250-98，港口工程地基規(guī)范［S］.

［4］ JTJ 221-98，港口工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］ 天津南港工業(yè)區(qū)東港池圍堤工程監(jiān)測報(bào)告［R］.天津：交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，2011.