某圍墾工程原位監測施工和分析

馬志登

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江杭州 310002)

某圍墾工程原位監測施工和分析

馬志登

(浙江省水利水電勘測設計院,浙江杭州 310002)

通過某圍墾工程原位監測施工實施,闡述了原位監測的目的和意義,并對原位監測成果進行分析,得到監測的有效數據,從而指導下一步的施工,確保地基穩定、沉降均勻。

原位觀測;荷載;地表沉降;孔隙水壓力;水平位移

圍墾工程原位監測包含地表沉降監測、地基分層沉降監測、水平位移監測、水位監測、地基十字板強度測試、地基孔隙水壓力監測、閉氣土浸潤線監測等內容,本文結合工程案例主要對地表沉降、孔隙水壓力、水平位移的施工過程和資料進行闡述分析。原位監測工作決定著圍墾工程土石料拋填的強度,堵口合攏的時間選擇,關系到地基的穩定性和強度增長。

1 工程概況

某圍墾工程圍墾面積2667 hm2,工程等別為Ⅲ等。海堤采用土石混合壩,復式斷面結構型式,外海側采用石壩擋潮,內側采用海涂泥閉氣,工程概算總投資7×108元。堤基土主要由Ⅰ層淤泥夾粉土、Ⅱ層淤泥質土、淤泥及Ⅲ層粉質粘土組成,工程地質條件一般,水平位移設計控制指標為最大水平位移≤5 mm/d,超靜孔隙水壓力控制指標為超靜孔隙水壓力系數≤0.6,海堤加載地表沉降控制指標為不同的加載斷面高程和一次加載厚度根據連續3 d和5 d沉降速率決定何時停載(沉降速率在30 mm/d～15 mm/d)和何時加載(沉降速率在10 mm/d～5 mm/d)。主堤完成第四級荷載的加載,平均高程在4.5 m～6.1 m之間,其他完成三級荷載的堤段,平均高程在3.3 m～4.6 m之間。外海側鎮壓層已完成二級荷載的加載,平均高程在1.7 m～2.0 m之間,原位監測設備已完成埋設。

2 原位監測儀器布置和設備選用

本工程共布置8個原位觀測斷面,共埋設14孔分層沉降儀,孔深 20 m～40 m,每4 m設一磁環,用于觀測地基在荷載作用下不同土層的壓縮量,埋設80孔(點),每孔設一孔壓計,最大孔深40 m,埋設16孔測斜管,孔深28 m～40 m。此外,沿堤線每300 m左右設地表沉降觀測斷面,共18個斷面,每個斷面設6個地表沉降觀測點,埋設沉降板。結合工程實際及設計要求選用以下監測設備:沉降板用于觀測地基表面在各級荷載下的沉降量的沉降板,沉降板的材料及結構按設計圖紙要求進行。孔隙水壓力計用于觀測圍堤施工過程中地基超靜孔隙水壓力增長及消散的情況,孔隙水壓力計技術指標:量程:0.0～0.25MPa;零飄 ≤2 Hz;重復性 ≤±0.4%F.S.;防水壓力120%F.S.;非線性≤4%F.S.。二次儀表用于測讀孔隙水壓力計,二次儀表顯示頻率范圍為400 Hz～3000 Hz,分辯率為0.1 Hz,測量靈敏度為5 mv(rms)。屏蔽電纜用于接長孔隙水壓力計。測斜儀、測斜管用于觀測圍堤在上部荷載作用下地基土不同深度水平位移。測斜儀性能如下:傳感器靈敏度:每500 mm測斜管±0.02 mm,系統總精度:每15 m測斜管±4mm,測量范圍0～ ±53°。分層沉降儀、沉降環、沉降管、鋼卷尺用于觀測地基在荷載作用不同土層的壓縮量的分層沉降儀。分層沉降儀指標:測量深度:50 m;重復性誤差:±2 mm;密封性能:＞0.5 MPa水壓;電源:直流12 V。

3 設備埋設安裝、監測過程頻次和資料整理

安裝埋設過程中,要求完好率達到100%。完工驗收時,分層沉降、孔壓和測斜的設備完好率達到90%以上,其它設備完好率達到95%以上。①沉降板埋設板底應保持水平,保證沉降觀測測桿在鉛直方向,在施工觀測期間加強保護措施,保證觀測桿的鉛直方向。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次;施工間歇期在荷載停歇3 d內,每天觀測1次,3 d后視觀測結果,根據沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次,觀測精度按照四等水準測量精度要求進行。測試后及時計算分析,統計日沉降量及累計沉降量,繪制沉降與時間過程曲線。②孔隙水壓力計埋設方法符合土石壩工程的有關規范和儀器生產說明書的要求。孔隙水壓力計外接屏蔽電纜須加以保護,電纜敷設應考慮地基的沉降。電纜連接方法保證電纜的連接效果,電纜連接頭具有防水性能。每支孔隙水壓力計在電纜上均做好清晰永久性的標記。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內,每天觀測1次,3 d后視觀測結果,根據沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。測試后及時計算各測點的孔隙水壓力值,并繪制不同特征水位下超靜孔隙水壓力與時間關系曲線,計算孔隙水壓力增量與荷載增量的比值,即孔隙水壓力系數值。③測斜管埋設采用鉆孔法,測斜管的連接及埋設過程、鉆孔滿足土石壩工程的有關規范要求。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內,每天觀測1次,3 d后視觀測結果,根據沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。每次測量完成后,計算日位移量、累計位移量并繪制水平位移與高程關系曲線。④分層沉降管埋設采用鉆孔法,沉降管的連接、沉降環的安裝、鉆孔的回填均滿足土石壩工程的有關規范要求。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內,每天觀測1次,3 d后視觀測結果,根據沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。測試后計算分析,繪制分層沉降沿高程分布曲線,統計各測點日沉降量、累計沉降量。

4 監測資料整理分析

4.1 地表沉降

各加載斷面不同加載級數后沉降觀測資料統計(選取0+600樁號)見表1,表中的累計沉降量是指沉降板埋設后的沉降量,累計填筑厚度不包括碎石墊層的厚度。荷載～沉降～時間過程線和沉降速率～時間過程線見圖1。由沉降觀測資料可知,平均沉降量在140 cm～180 cm以上,最大的沉降量為170 cm～198 cm。從表1可知,在第一級荷載加載時,由于加載直接接觸涂面,涂面的瞬時沉降較大,故加載期的當天沉降速率均超過了30 mm/d,主要是拋石擠淤產生,加載過后的沉降速率收斂較快,2 d～4 d內均能收斂到小于30 mm/d,故不影響地基的穩定性;在第二級荷載加載時,部分堤段的加載厚度較高,超過了3.5 m高程,且與土方高差較大,加載期的當天沉降速率也超過了30 mm/d,但都能迅速收斂,說明加載與地基強度增長相適應;第三、四荷載加載時,經過嚴格的加載厚度控制,除個別堤段加載期的當天沉降速率大于30 mm/d,其余的都在正常的控制標準之內。根據沉降監測結果尤其是第二、三層加載時,分層一次加載厚度減到60 cm,延長加載間歇時間,二、三層加載施工近300 d,對每次船拋和陸拋的量進行控制。

4.2 孔隙水壓力

孔隙水壓力觀測主要觀測海堤施工過程中超靜孔隙水壓力增長及消散的情況,以評價地基的固結度和地基的強度增長,控制施工的加荷速率(選取0+600樁號)。堤壩中心線下地基土的孔壓隨時間變化過程線見圖2,各級荷載下地基孔隙水壓力系數(孔隙水壓力增量與荷載增量的比值)和地基固結度統計(孔隙水壓力消散量與孔隙水壓力增量的比值)見表2。

表1 各加載斷面不同加載級數后沉降觀測資料統計

圖1 0+600 CJ3荷載～沉降～時間過程圖

圖2 0+600P1孔實測超靜孔隙水壓力與時間過程線

從表2可知,第一級荷載加載時,由于拋石帶來的涂面擠淤問題,淺層地基的壓縮量較大,超靜孔隙水壓力的增長比較迅速,故孔隙水壓力系數都大大超過了控制標準0.6,但此種加載情況下,對深層地基的作用有限,故不影響海堤的穩定;第二級荷載加載時,在加載高度1.9m～2.5m和間歇時間大于50 d的堤段,其孔隙水壓力系數都在控制標準范圍(超靜孔隙水壓力系數≤0.6)之內,但也有部分堤段由于間歇時間不夠,加載厚度超過3 m,則控制指標有所超標(超0.08),后采用延長此堤段的間歇時間,減低加載厚度,此后實際的監測數據表明,孔隙水壓力系數指標小于控制指標;第三級荷載加載時,經過嚴格的控制,監測到的孔隙水壓力系數指標大部分符合設計要求;第四級荷載加載從監測到的數據來看,孔隙水壓力系數指標沒有超標(≤0.6)。從表2可知,經過四級荷載加載后,平均地基固結度在60%～70%之間,地基的強度增長是比較明顯的。

4.3 水平位移

測斜觀測主要觀測在上部荷載作用下地基土不同深度的水平位移狀況,判斷海堤填筑的穩定性,以控制、調整加荷速率。設計指標要求最大水平位移≤10 mm/d。

表2 各級荷載下地基孔隙水壓力系數統計表和地基固結度統計表

從觀測結果分析,加載期的水平位移平均速率均小于10 mm/d的控制標準,部分斷面當天的水平位移大于控制標準,主要是由于加載的間歇時間較短,且荷載厚度均在2 m左右,如北0+600斷面在二級荷載加載時,一級荷載下的間歇時間均小于40 d,說明在加載過程中,應使荷載的間歇時間與加載的厚度相適應,再進行下一級荷載的加載。目前隨著三、四級荷載的加載,水平位移逐漸向深部發展,從水平位移實測成果圖中可以看出,目前在各斷面地基的-15 m～-20 m高程處,均有水平位移加大的趨勢。

根據加載過程施工監測結果整理,監視地基變形及穩定性,指導施加預壓荷載。當測點的沉降、位移和孔隙水壓力隨時間的變化產生突然增大,且其累計增量與荷載增量出現非線性增大和轉折時,判定該測點地基將出現塑性屈服或剪切破壞,應立即采取措施防止地基局部剪切破壞,保持地基的穩定。主要采取薄層多次加載,加載厚度減少,一次拋填量控制,減少一次集中加載,延長加載的間歇時間,停止加載或卸載對下一步施工進行指導。

5 結 語

通過監測資料分析可以得出:①經過目前四級荷載加載后,堤身外側的涂面上基本無隆起現象,2 d～4 d內均能收斂到小于30 mm/d,并趨于穩定,隨后的沉降速率也無大的突變,說明加載與地基強度增長相適應。②經過四級荷載加載后,平均地基固結度在60%～70%之間,地基的強度增長是比較明顯的。③加載期的水平位移平均速率均小于10

mm/d的控制標準,隨著四級荷載的加載,水平位移逐漸向地基深部發展,要嚴格的遵照設計的加荷曲線進行加載,采用薄層多次加載的施工工藝,避免造成一次性加載厚度過大,引發地基失穩的安全事故。由于各圍墾工程地質條件不同和特殊性,在工程勘測期間應準確掌握地基各土層的物理力學性能指標,設計階段根據地質報告和相關規范要求,明確相關原位監測指標要求,施工階段嚴格按照設計要求進行施工強度安排,確保施工順利,處理后地基強度增長穩定,沉降均勻。

[1]中華人民共和國國家經貿委.DL/T5173-2003.水利水電工程施工測量規范[S].北京:中國電力出版社,2003:10-160.

[2]中華人民共和國建設部綜合勘察研究設計院.JGJ/T8-97.建筑變形測量規程[S].北京:中國建筑工業出版社,1998:8-32.

[3]中華人民共和國水利部水利管理司.SL60-94.土石壩安全監測技術規范[S].北京:中國水利水電出版社,1994:10-60.

[4]上海巖土工程勘察設計研究院.CECS55:93.孔隙水壓力測試規程[S].北京:中國工程建設標準化協會,1993:2-14.

[5]浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術規定[S].1999-09-15實施.

[6]浙江廣川工程咨詢有限公司.北洋涂圍墾工程原位監測中期報告[R].杭州:浙江廣川工程咨詢有限公司,2009:5-24.

[7]王林堯,陳惠忠,陳吉森.原位監測在黃砂塢治江圍涂工程中的應用與分析[J].小水電,2009,(1):29-32.

Construction and Analysis for In-situ Monitoring of a Reclamation Project

MA Zhi-deng
(Zhejiang Investigation andDesign Institute of Water Conservancy and Hydropower,Hangzhou,Zhejiang310002,China)

Through the construction practice of the in-situ monitoring for a reclamation project,the purpose and significance of the in-situ monitoring are expounded here,the monitoring results are analyzed,and the effective monitoring data are obtained so as to guide the next step of construction for ensuring the stability of foundation and uniform settlement.

in-situ observation;load;ground surface settlement;pore water pressure;horizontal displacement

P753

A

1672—1144(2012)05—0124—04

2012-03-15

2012-04-25

馬志登(1976—),男(漢族),浙江東陽人,碩士,高級工程師,主要從事項目管理和巖土工程工作。