太湖流域平原河網(wǎng)區(qū)基巖標(biāo)設(shè)計(jì)與建設(shè)質(zhì)量控制

摘要：為了及時(shí)完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng)，為治水管水提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，根據(jù)現(xiàn)有水文測(cè)站和已建基巖標(biāo)空間分布特征，結(jié)合測(cè)繪、交通等行業(yè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際情況，在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設(shè)廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo)，增加流域?qū)用娓叩燃?jí)引據(jù)點(diǎn)。介紹了基巖標(biāo)鉆孔結(jié)構(gòu)、標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工序，并從鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標(biāo)體保護(hù)、標(biāo)體穩(wěn)定性確定等方面闡述了基巖標(biāo)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施。經(jīng)過3個(gè)月的施工，2個(gè)基巖標(biāo)終孔孔斜、保護(hù)管深入新鮮基巖深度、標(biāo)桿深入新鮮基巖深度等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供類似項(xiàng)目參考。

關(guān) 鍵 詞：基巖標(biāo)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；質(zhì)量控制；太湖流域；平原河網(wǎng)區(qū)

中圖法分類號(hào)：TV871 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.031

0 引言

基巖標(biāo)是埋設(shè)在穩(wěn)定基巖上的水準(zhǔn)點(diǎn)。將穩(wěn)定基巖體作為參照，通過標(biāo)體構(gòu)件將其引至地面，從而成為測(cè)量基點(diǎn)^［1-2］。穩(wěn)定可靠的基巖水準(zhǔn)點(diǎn)是水利部門開展水旱災(zāi)害防御、水資源調(diào)度、水文測(cè)報(bào)、水利工程建設(shè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等工作的重要基礎(chǔ)^［3-7］。

20世紀(jì)八九十年代，深層地下水超采導(dǎo)致太湖流域大部分區(qū)域形成漏斗區(qū)，引發(fā)地面沉降。各地方政府采取了封閉深層地下水井、禁止開采地下水等措施，流域內(nèi)地面沉降現(xiàn)象總體趨于減緩，但人類活動(dòng)可能導(dǎo)致的地面沉降問題仍不能忽視，部分地區(qū)仍有不同程度沉降^［8-10］。太湖流域?qū)俚湫偷哪戏狡皆泳W(wǎng)地區(qū)，河道上下游水位比降小，地面沉降易引發(fā)水往高處流現(xiàn)象，流域精細(xì)化調(diào)度管理對(duì)水位精度要求更高。為增加流域內(nèi)可靠的高等級(jí)引測(cè)點(diǎn)，增強(qiáng)流域二等水準(zhǔn)網(wǎng)的可靠性，太湖流域管理局在流域內(nèi)陸續(xù)建設(shè)了12座基巖標(biāo)^［11］。隨著新時(shí)期流域治理管理要求的不斷提高，需要及時(shí)完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng)，為治水管水提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。因此，根據(jù)現(xiàn)有水文測(cè)站和已建基巖標(biāo)空間分布特征，結(jié)合測(cè)繪、交通等行業(yè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際，在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設(shè)廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo)，增加流域?qū)用娓叩燃?jí)引據(jù)點(diǎn)。本文主要介紹基巖標(biāo)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制措施，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)項(xiàng)目提供參考。

1 基巖標(biāo)設(shè)計(jì)

基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到材料選擇、建設(shè)成本和施工建設(shè)質(zhì)量，對(duì)建設(shè)效果有著決定性作用，必須高度重視。基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)^［12］。

1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在收集國(guó)家、地方及流域規(guī)劃設(shè)計(jì)中工程建設(shè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等方面地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合流域水文站點(diǎn)空間分布特征，遵循管理利用便利并兼顧水事敏感區(qū)的原則，最終確定廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo)建設(shè)地點(diǎn)分別為上海市金山區(qū)廊下水文站、上海市青浦區(qū)蓮湖港閘。根據(jù)DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范》中基巖標(biāo)建設(shè)相關(guān)要求，確定地表至保護(hù)管深入新鮮、完整基巖面處鉆孔孔徑為300 mm，保護(hù)管深入新鮮、完整基巖面處以下至標(biāo)底鉆孔孔徑為132 mm。

1.2 標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基巖標(biāo)標(biāo)體結(jié)構(gòu)主要包括保護(hù)裝置（保護(hù)管）、引測(cè)裝置（標(biāo)桿）、導(dǎo)正裝置（扶正器）、標(biāo)底裝置和地面裝置（標(biāo)頭、保護(hù)設(shè)施）5大構(gòu)件組成（圖1）。

1.2.1 保護(hù)裝置

保護(hù)管的作用是保護(hù)引測(cè)設(shè)施，使標(biāo)桿盡可能不被附近土層影響。保護(hù)管放置在鉆孔內(nèi)部，灌注水泥漿將其外壁與表層基巖、土體固結(jié)。地質(zhì)資料顯示，兩處建設(shè)地點(diǎn)基巖埋深均超過150 m，保護(hù)管選用規(guī)格為?168 mm×7 mm的DZ40地質(zhì)專用無(wú)縫鋼管。保護(hù)管底部安裝鋼質(zhì)環(huán)狀托盤，托盤規(guī)格為?230 mm×20 mm，材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。

1.2.2 引測(cè)裝置

為了保證基巖標(biāo)整體的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，標(biāo)桿結(jié)構(gòu)為三級(jí)寶塔結(jié)構(gòu)，材料選用DZ40地質(zhì)專用無(wú)縫鋼管，從上到下規(guī)格分別為?42 mm×6 mm、?73 mm×6 mm、?89 mm×6 mm，每級(jí)長(zhǎng)度按照“九五分割”法確定^［10］。

1.2.3 導(dǎo)正裝置

扶正器的作用是導(dǎo)正、導(dǎo)直標(biāo)桿，使標(biāo)桿在保護(hù)管內(nèi)部居中，同時(shí)保證標(biāo)桿、保護(hù)管相互獨(dú)立并單獨(dú)發(fā)揮作用。材料選用鋼珠式扶正器，材料為316不銹鋼，規(guī)格與保護(hù)管、標(biāo)桿配套，按力學(xué)原理計(jì)算每9.5 m安裝1個(gè)扶正器。

1.2.4 標(biāo)底裝置

標(biāo)底裝置的作用是保證標(biāo)桿底部與新鮮基巖固結(jié)成一體，保證其穩(wěn)固、可靠。標(biāo)桿標(biāo)底設(shè)置標(biāo)桿托盤，托盤規(guī)格為?120 mm×15 mm，材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。

1.2.5 地面裝置

在標(biāo)桿頂部設(shè)置主標(biāo)頭，在保護(hù)管側(cè)面設(shè)置副標(biāo)頭，根據(jù)管理和使用需要建設(shè)80 cm×80 cm的保護(hù)井，上部為不銹鋼頂蓋。

2 基巖標(biāo)施工工序

與地質(zhì)、測(cè)繪等部門不同，水利部門建設(shè)基巖標(biāo)的最終目標(biāo)是設(shè)置穩(wěn)定的水準(zhǔn)點(diǎn)，為水準(zhǔn)引測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)等工作開展提供便利。根據(jù)實(shí)際需要，確定施工工序?yàn)椋簣?chǎng)地平整→設(shè)備安裝調(diào)試→?245 mm鉆頭開孔→?311/300 mm鉆頭擴(kuò)孔→圓孔、換漿→安裝保護(hù)管→水泥漿封固保護(hù)管→候凝→?132 mm鉆頭鉆進(jìn)→基巖連續(xù)取芯5～10 m→?132 mm鉆頭圓孔至孔底→沖孔換漿→下標(biāo)底及標(biāo)桿→水泥漿封固標(biāo)底→標(biāo)頭安裝→灌注清水、防銹液→修筑保護(hù)井→場(chǎng)地恢復(fù)（圖2）。

3 基巖標(biāo)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

基巖標(biāo)屬于隱蔽工程，且投入資金多、施工工藝復(fù)雜，建成需要長(zhǎng)久發(fā)揮作用，建設(shè)質(zhì)量控制是重中之重。不僅要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理，還需要控制好鉆探、安裝的每個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)，保證其穩(wěn)定、可靠，才能長(zhǎng)久發(fā)揮作用。在建設(shè)過程中，對(duì)于鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標(biāo)體保護(hù)、標(biāo)體穩(wěn)定性確定等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和難點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注，以保證建設(shè)質(zhì)量。

3.1 鉆孔垂直度控制

鉆孔的垂直度必須滿足設(shè)計(jì)要求是基巖標(biāo)建設(shè)繼續(xù)進(jìn)行的前提，DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定基巖標(biāo)終孔深度小于300 m時(shí)，斜度不超過1°；終孔深度大于300 m且小于500 m時(shí)斜度不得大于1.5°。為控制鉆孔垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，施工時(shí)應(yīng)從人員、儀器設(shè)備、操作、跟蹤測(cè)試等方面嚴(yán)格要求。

為保證鉆孔垂直度滿足要求，防止鉆孔出現(xiàn)傾斜，主要采取以下措施：①經(jīng)常檢查、調(diào)正鉆機(jī)、井架的水平、周正、穩(wěn)固，保證鉆塔、鉆機(jī)安裝不變形，地基基礎(chǔ)不變形，保證天車軸心、轉(zhuǎn)盤中心、鉆井中心三點(diǎn)成一條垂線。②為防止孔斜，鉆進(jìn)時(shí)使用鉆鋌加壓，鉆鋌總質(zhì)量超正常壓值的30%，并在最下一根鉆鋌上面的適當(dāng)位置加設(shè)4個(gè)扶正器。在鉆頭遇軟硬交界面時(shí)，采用較小的鉆壓鉆進(jìn)，穿過交界面后再加到設(shè)計(jì)的鉆壓鉆進(jìn)。③按設(shè)計(jì)要求每25 m使用測(cè)斜儀及時(shí)測(cè)斜一次，保證每鉆進(jìn)50 m，基巖標(biāo)井頂角累計(jì)遞增不大于0.2°。

3.2 新鮮基巖面判斷

新鮮基巖面的準(zhǔn)確判斷是保障建設(shè)成功的最重要環(huán)節(jié)，如果判斷錯(cuò)誤，就意味著建設(shè)失敗，需要重新選址建設(shè)。為保證基巖面判斷科學(xué)、準(zhǔn)確，需要綜合考慮建設(shè)區(qū)域地質(zhì)情況、不同地層的巖性特征、不同深度巖樣的變化情況等，結(jié)合室內(nèi)鏡檢判斷巖石特性，確保標(biāo)底落在穩(wěn)定的新鮮基巖上。

為準(zhǔn)確判斷基巖面，保證標(biāo)桿落在穩(wěn)定的新鮮基巖上，主要采取以下措施：①搜集附近區(qū)域地質(zhì)資料和行業(yè)基巖標(biāo)建設(shè)成果資料，初步確定基巖面深度。②按照巖樣獲取的先后順序，對(duì)比判斷符合全風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化—微風(fēng)化的巖石風(fēng)化規(guī)律。③將巖樣送到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，確定巖石硬度滿足標(biāo)桿安裝要求。

3.3 管材安裝控制

管材安裝是基巖標(biāo)建設(shè)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，直接影響到其穩(wěn)定性和使用年限。基巖標(biāo)管材安裝包括保護(hù)管、標(biāo)桿、標(biāo)頭、托盤、扶正器等的安裝，必須從源頭開始控制，做好材質(zhì)選擇、管材質(zhì)量檢定、安裝位置準(zhǔn)確性控制、安裝穩(wěn)固性控制等。

為保證保護(hù)管質(zhì)量，起到對(duì)標(biāo)桿的有效保護(hù)作用，采取以下措施：①保護(hù)管安裝前需對(duì)鉆孔進(jìn)行反復(fù)清孔，保證孔底無(wú)沉渣方能開始安裝。②保護(hù)管安裝時(shí)底部安裝托盤，并做好居中導(dǎo)向，保證保護(hù)管順利安裝到指定位置。③保護(hù)管采用梯形螺紋外接管箍連接，吊裝時(shí)檢查每根保護(hù)管的絲扣車制情況，確保絲扣連接強(qiáng)度。④根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)地質(zhì)條件，選擇強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5的水泥進(jìn)行固井，水泥漿密度控制在1.75～1.80 g/cm³，保證保護(hù)管四周均勻回填。⑤固井時(shí)用泥漿泵從鉆桿內(nèi)壓入孔內(nèi)，直至孔口返出水泥漿為止，停置4～6 h后將鉆桿提出，使用孔口封閉器封閉鉆孔不少于72 h，利用套管內(nèi)液柱壓力形成套管內(nèi)外的壓力平衡，促進(jìn)套管外的封孔水泥狀態(tài)穩(wěn)定，初凝、終凝穩(wěn)定，使固井水泥可以盡快達(dá)到足夠強(qiáng)度，確保套管固井的最佳效果。⑥及時(shí)委托有關(guān)單位檢測(cè)鉆探獲取的巖石，保證保護(hù)管埋入新鮮基巖2 m。

為保證標(biāo)桿安裝到位、標(biāo)體穩(wěn)定，主要采取以下措施：①根據(jù)鉆孔深度嚴(yán)格按照“九五分割”法確定每一級(jí)標(biāo)桿長(zhǎng)度，確保符合規(guī)范要求。②標(biāo)桿安裝前，使用適量清水反復(fù)清洗孔底，保證孔底無(wú)沉渣方可開始安裝標(biāo)桿。③標(biāo)桿安裝時(shí)底部安裝托盤，落在孔底基巖面上，使標(biāo)底與標(biāo)桿底部保持一定間隔。④標(biāo)底采用水泥漿封固，根據(jù)實(shí)際標(biāo)底鉆探深度精確計(jì)算水泥漿量，封固段不超過標(biāo)底與保護(hù)管之間距離的80%。⑤標(biāo)桿之間采用管箍公母絲扣連接方式，根據(jù)灌漿加壓候凝的壓力表變化情況判斷密封完好。⑥按照保護(hù)管安裝要求安裝標(biāo)桿，標(biāo)桿底部埋設(shè)在新鮮完整基巖內(nèi)5～10 m，確保引測(cè)標(biāo)桿不受干擾。⑦及時(shí)委托有關(guān)單位檢測(cè)鉆探獲取的巖石，保證保護(hù)管埋入新鮮基巖2 m。⑧在保護(hù)管和標(biāo)桿之間安裝不銹鋼材質(zhì)的鋼珠式扶正器，保持扶正器與保護(hù)管內(nèi)壁間隙在3～4 mm，保證標(biāo)桿居中，并在垂直、水平方向均能活動(dòng)。

3.4 標(biāo)體保護(hù)

做好標(biāo)體的保護(hù)是確保基巖標(biāo)不受外界條件影響、長(zhǎng)久穩(wěn)定、持續(xù)保持精確度的前提。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，不僅要從選址考慮受外界影響大小，還要做好整體保護(hù)和防銹。

保持標(biāo)體穩(wěn)定是保證基巖標(biāo)長(zhǎng)期利用的前提，主要采取以下措施：①盡可能將基巖標(biāo)建設(shè)在流域機(jī)構(gòu)、地方水利部門管理的水文測(cè)站和水利工程范圍內(nèi)，避免受到開發(fā)建設(shè)影響和破壞。②建設(shè)專用的保護(hù)井對(duì)標(biāo)體進(jìn)行整體保護(hù)，并做好防銹處理。③結(jié)合工作需要對(duì)基巖標(biāo)進(jìn)行巡查，確保保護(hù)裝置不被隨意動(dòng)用和破壞。

3.5 標(biāo)體穩(wěn)定性確定

為保證標(biāo)體穩(wěn)定性，在建設(shè)中做好記錄，準(zhǔn)確把握每一個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)，并廣泛征求行業(yè)專家意見，從技術(shù)角度做好科學(xué)判斷；建設(shè)完成后從高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行引測(cè)初步確定高程，并結(jié)合區(qū)域水資源開發(fā)利用、地下水開采等因素綜合判定其是否穩(wěn)定。

4 基巖標(biāo)建設(shè)實(shí)踐

經(jīng)過3個(gè)月的施工建設(shè)，廊下、商榻基巖標(biāo)2處基巖標(biāo)標(biāo)底深度分別為308.4 m和322.7 m；終孔孔斜分別為0.218°和0.126°，均小于規(guī)范要求的1.5°；孔深誤差分別為0.15‰和0.16‰，均小于規(guī)范要求的1‰；保護(hù)管深入新鮮基巖分別為3.9 m和2.8 m，達(dá)到規(guī)范要求“保護(hù)管的底部應(yīng)進(jìn)入新鮮基巖2 m”；標(biāo)桿深入新鮮基巖分別為14.1 m和5.1 m，達(dá)到規(guī)范要求的“標(biāo)桿底部一般應(yīng)進(jìn)入到完整基巖內(nèi)5～10 m”；固井使用的水泥、水灰配比合理，灌注的水泥漿量計(jì)算準(zhǔn)確，凝固時(shí)間充足；保護(hù)管、標(biāo)桿、扶正器材質(zhì)、尺寸、壁厚等均符合要求。

廊下、商榻2處基巖標(biāo)建成后，與太湖流域管理局已建的12座基巖標(biāo)構(gòu)成流域?qū)用娓油晟频母叱炭刂凭W(wǎng)絡(luò)，并與測(cè)繪、交通等行業(yè)及地方水利部門建設(shè)的基巖標(biāo)相互補(bǔ)充，更好地服務(wù)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、長(zhǎng)三角一體化發(fā)展等國(guó)家戰(zhàn)略和流域各項(xiàng)水利工作。

5 結(jié)語(yǔ)

基巖標(biāo)建設(shè)是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的基礎(chǔ)工程，持續(xù)在水利、交通、能源等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。在流域治理中，穩(wěn)定的水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)和基巖水準(zhǔn)點(diǎn)意義重大，特別是在水旱災(zāi)害防御、省際水事矛盾調(diào)處、水文測(cè)報(bào)、水資源調(diào)度等方面，更需要穩(wěn)定、可靠的基巖標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐。

為保證基巖標(biāo)長(zhǎng)久發(fā)揮作用，提出以下建議：①基巖標(biāo)建設(shè)完成后，定期從已知高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)連測(cè)，獲得精確的高程信息和變化情況。②定期對(duì)基巖標(biāo)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，確保穩(wěn)定、可靠，保證其長(zhǎng)久正常發(fā)揮作用。③充分重視基巖標(biāo)建設(shè)的重大意義，在流域熱點(diǎn)區(qū)域和治理難點(diǎn)區(qū)域及時(shí)補(bǔ)充建設(shè)一定數(shù)量的基巖標(biāo)，完善流域?qū)用娴母邔蛹?jí)高程控制網(wǎng)。④流域一定范圍還存在地面沉降和地面抬升趨勢(shì)，需定期對(duì)基巖標(biāo)、水文測(cè)站和水利工程開展高程復(fù)測(cè)，及時(shí)了解流域和重點(diǎn)區(qū)域地面沉降變化情況，更好地開展流域?qū)用娴闹嗡芩ぷ鳌?/p>

參考文獻(xiàn)：

［1］ 嚴(yán)一華，汪拾金.基巖標(biāo)的施工技術(shù)探討與實(shí)踐［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（3）：55-58，64.

［2］ 戚惠民，龔士良.浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)基巖水準(zhǔn)標(biāo)設(shè)計(jì)與施工［J］.西部探礦工程，2000（4）：34.

［3］ 劉滿杰，趙文超，余宣興.基于地質(zhì)條件的海河流域千米級(jí)基巖標(biāo)施工技術(shù)探討［J］.水科學(xué)與工程技術(shù)，2023（2）：61-64.

［4］ 熊福文.上海地面沉降精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.上海國(guó)土資源，2022，43（3）：117-123.

［5］ 蔡田露，盧毅，劉明遙，等.江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與優(yōu)化［J］.地質(zhì)學(xué)刊，2021，45（3）：290-298.

［6］ 尚貴佳，王鐵，李寶君，等.地下水位變化對(duì)金州水準(zhǔn)基巖標(biāo)石的影響分析［J］.防災(zāi)減災(zāi)學(xué)報(bào)，2021，37（2）：39-44.

［7］ 王文昱.曹娥江大閘樞紐工程控制網(wǎng)的研究與實(shí)施［J］.浙江水利科技，2010（1）：35-37.

［8］ 李亮，邢懷學(xué)，龔建師，等.太湖流域北部地下水化學(xué)特征及成因分析［J］.華東地質(zhì)，2022，43（2）：217-226.

［9］ 薛禹群，張?jiān)?長(zhǎng)江三角洲南部地面沉降與地裂縫［J］.華東地質(zhì)，2016，37（1）：1-9.

［10］顧新月.長(zhǎng)三角城市群府際合作問題研究［D］.長(zhǎng)春：吉林財(cái)經(jīng)大學(xué)，2020.

［11］夏雄，董亮亮，張愛琴，等.常州區(qū)域地面沉降變化規(guī)律研究［J］.常州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2012，24（2）：45-48.

［12］吳春開，張燕平.軌道交通工程基巖標(biāo)施工工藝探討［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2017（33）：206-207.

（編輯：黃文晉）