船閘主體建筑物沉降觀測(cè)

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江蘇省交通廳工程質(zhì)量監(jiān)督站　南京210001】【徐州市解臺(tái)二線船閘工程建設(shè)管理處　徐州221006】

  摘　要　本文闡述了解臺(tái)二線船閘主體建筑物沉降觀測(cè)的具體做法，總結(jié)了技術(shù)要點(diǎn)，探討沉降觀測(cè)在船閘建設(shè)過(guò)程中的作用。   關(guān)鍵詞　船閘　沉降　觀測(cè)   １　工程概況   京杭運(yùn)河解臺(tái)二線船閘工程是我省利用世行貸款投資建設(shè)的交通重點(diǎn)工程，船閘位于徐州市賈汪區(qū)大吳鎮(zhèn)，距市區(qū)約２０ｋｍ，處于京杭運(yùn)河江蘇段西線航道解臺(tái)一線船閘北側(cè)。   解臺(tái)二線船閘與一線船閘平行布置，兩閘中心線相距９０ｍ，船閘基本尺度２３０×２３×５ｍ，主要結(jié)構(gòu)形式：閘首為鋼筋混凝土底板、空箱邊墩、頭部環(huán)繞短廊道輸水、鋼結(jié)構(gòu)人字閘門(mén)及提升式平板閥門(mén)、電氣自動(dòng)控制液壓?jiǎn)㈤]機(jī)，閘室為鋼筋混凝土透水底板、扶壁式鋼筋混凝土閘墻，鋼筋混凝土上、下游護(hù)坦，上下游主副導(dǎo)航墻、靠船墩及護(hù)岸為混凝土底板漿砌塊石墻（墩）身。設(shè)計(jì)年通過(guò)能力為２５００萬(wàn)噸。   ２　沉降觀測(cè)目的和內(nèi)容   沉降觀測(cè)是船閘建設(shè)不可忽視的工作之一，通過(guò)沉降觀測(cè)，可以監(jiān)測(cè)建筑物的沉降變位情況，不但為今后的船閘底板內(nèi)力計(jì)算提供數(shù)據(jù)，提高了準(zhǔn)確性，而且能便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，采取措施，保證工程的安全運(yùn)行。   由于解臺(tái)二線船閘上、下閘首為整體塢式結(jié)構(gòu)，我省船閘建設(shè)有關(guān)部門(mén)經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐總結(jié)，目前普遍采用預(yù)留施工寬縫，將整塊底板分成三塊，待兩側(cè)邊墩澆筑完成、回填土達(dá)到所要求的高程、地基沉降穩(wěn)定后，再進(jìn)行封鉸，可有效地減小底板的內(nèi)力或厚度；并能減少閘塘開(kāi)挖后對(duì)地基的卸載及底板、閘墻邊墩澆筑過(guò)程中因加載而產(chǎn)生的地基升降變化。通過(guò)定期進(jìn)行沉降觀測(cè)，可以掌握軟基的固結(jié)過(guò)程，用來(lái)確定預(yù)留施工寬縫對(duì)內(nèi)力的影響，同時(shí)為確定封鉸時(shí)機(jī)和地下水位控制、加載速率提供依據(jù)。   沉降觀測(cè)的主要內(nèi)容是：通過(guò)布設(shè)控制網(wǎng)，按相關(guān)精度要求，根據(jù)施工分級(jí)加載實(shí)況，定期定點(diǎn)對(duì)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(guò)程中的沉降情況進(jìn)行觀測(cè)，直至工程竣工驗(yàn)收，移交使用單位。   ３　沉降觀測(cè)方案   ３．１　精度指標(biāo)與觀測(cè)儀器的選擇   設(shè)計(jì)單位對(duì)主體工程上、下閘首及閘室塢式段施工寬縫封鉸提出的要求，其中有一條為邊墩的沉降速率（連續(xù)１０天）每晝夜小于０．１ｍｍ。   如果按照限差為０．１ｍｍ來(lái)設(shè)計(jì)觀測(cè)方案，高差中誤差須滿足０．０５ｍｍ的要求，目前最先進(jìn)的精密水準(zhǔn)儀每ｋｍ高差中誤差只能滿足０．７ｍｍ的要求，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)與設(shè)計(jì)部門(mén)商討，變更為通過(guò)連續(xù)３個(gè)１０天的觀測(cè)，如果結(jié)果都不超過(guò)１ｍｍ，則認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求。   根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行國(guó)家《工程測(cè)量規(guī)范》、《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》及交通部《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》中對(duì)沉降觀測(cè)的各項(xiàng)規(guī)定，結(jié)合解臺(tái)二線船閘工程具體的特點(diǎn)，我們選擇變形測(cè)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為本項(xiàng)沉降觀測(cè)工作的精度指標(biāo)，詳見(jiàn)表１。   沉降觀測(cè)是船閘工程中精度較高的測(cè)量工作，儀器設(shè)備、布設(shè)路線、觀測(cè)方法及人員素質(zhì)等多方面都會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度。在該測(cè)量工作中我們選擇Ｓ１級(jí)瑞士ＬｅｉｃａＮＡ２／ＧＰＭ３精密水準(zhǔn)儀，配合銦鋼水準(zhǔn)尺進(jìn)行作業(yè)，省測(cè)繪局鑒定部門(mén)對(duì)儀器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了技術(shù)鑒定，在作業(yè)期間我們多次對(duì)儀器ｉ角差進(jìn)行檢核，為觀測(cè)工作提供了技術(shù)保證。   ３．２　觀測(cè)路線的布設(shè)   ３．２．１　水準(zhǔn)基點(diǎn)、工作基點(diǎn)的設(shè)置   水準(zhǔn)基點(diǎn)由測(cè)區(qū)原有等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)（設(shè)計(jì)部門(mén)提供）ＢＭ（３３．２２６ｍ）、Ｇ２（３２．６５２ｍ）組成，該兩點(diǎn)高程數(shù)據(jù)經(jīng)多次聯(lián)測(cè)檢核，高差誤差均小于１．０ｍｍ。且兩水準(zhǔn)基點(diǎn)均位于一線閘管理區(qū)較為偏僻地方，是一線閘施工期間（１９５８～１９６１年）設(shè)置的，點(diǎn)位穩(wěn)定可靠。我們以觀測(cè)條件較好的ＢＭ作為主基點(diǎn)，Ｇ２作為校核點(diǎn)。利用原一線船閘南側(cè)（二線閘施工區(qū)外側(cè)）閘墻一個(gè)沉降釘（Ａ９）作為工作基點(diǎn)，與ＢＭ、Ｇ２形成一個(gè)閉合環(huán)，檢測(cè)起始數(shù)據(jù)的正確性。   ３．２．２　觀測(cè)點(diǎn)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?jìng)€(gè)沉降釘計(jì)２４個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；閘室１４節(jié)扶壁段均在閘墻底板兩端各布設(shè)４個(gè)沉降釘計(jì)５６個(gè)觀測(cè)點(diǎn)；沉降釘?shù)闹谱鞑捎茫矗埃悖恣叮保嘎菁y鋼頂端焊接鍍銅半球圓帽加工而成，埋設(shè)時(shí)配以斜筋焊接在底板面層及豎向鋼筋上，頂端突出砼表面１．５～２．０ｃｍ左右，以保證點(diǎn)位穩(wěn)固。   由工作基點(diǎn)Ａ９至觀測(cè)點(diǎn)路線基本沿閘塘外圍原狀土上設(shè)置，中間轉(zhuǎn)點(diǎn)全部埋設(shè)測(cè)樁，采用５０～１００ｃｍФ２０螺紋鋼打入土層，表面澆筑２０～３０ｃｍ厚砼，進(jìn)入閘塘邊坡段，除轉(zhuǎn)點(diǎn)采用同前設(shè)置外，測(cè)站架鏡的位置也埋設(shè)３０ｃｍ厚砼，以保證觀測(cè)時(shí)儀器的穩(wěn)定。   整個(gè)觀測(cè)線路由ＢＭ、Ａ９和１４－２、１２－４、１０－２等１１個(gè)觀測(cè)點(diǎn)形成一個(gè)整體閉合環(huán)，全長(zhǎng)１．３２ｋｍ，３６測(cè)站，不在路線上的其他觀測(cè)點(diǎn)，由其鄰近觀測(cè)點(diǎn)固定觀測(cè)。   ３．３　觀測(cè)方法及注意事項(xiàng)   本次沉降觀測(cè)工作采用精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行，觀測(cè)過(guò)程中，各項(xiàng)偏差控制及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理按照國(guó)家《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》中各項(xiàng)規(guī)定執(zhí)行。   進(jìn)行沉降觀測(cè)過(guò)程中，須注意的幾個(gè)問(wèn)題：   (１)每次觀測(cè)應(yīng)遵守“四固定”原則，即：觀測(cè)所用儀器及水準(zhǔn)標(biāo)尺固定；觀測(cè)人員固定；觀測(cè)路線固定；觀測(cè)環(huán)境和條件基本相同。   (２)水準(zhǔn)儀ｉ角是一個(gè)變化值，每次作業(yè)前，對(duì)ｉ角進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)ｉ角大于１０秒，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)校正。   (３)布設(shè)觀測(cè)路線時(shí)，前后視距不超過(guò)４０ｍ，前后視距差不超過(guò)１．０ｍ，以控制ｉ角的誤差影響，同時(shí)提高觀測(cè)時(shí)的清晰度。   (４)觀測(cè)時(shí)間及環(huán)境：不在日出前后１小時(shí)、中午時(shí)分進(jìn)行觀測(cè)，更不能在大風(fēng)或有霧的情況下進(jìn)行觀測(cè)。   (５)為保證水準(zhǔn)尺氣泡穩(wěn)定居中，自制一些簡(jiǎn)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(cè)效率。   ３．４　觀測(cè)周期   船閘底板基礎(chǔ)是分段施工的，為及時(shí)掌握加載后的初始觀測(cè)值，在每節(jié)底板澆筑混凝土終凝后，即開(kāi)始初始觀測(cè)，因此不同底板上沉降觀測(cè)點(diǎn)的初始觀測(cè)日期是不一樣的。   對(duì)于建筑物變形觀測(cè)周期，有關(guān)測(cè)量規(guī)范、規(guī)程都沒(méi)作統(tǒng)一規(guī)定，我們根據(jù)以往同類(lèi)型船閘經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本工程閘室墻采用龍門(mén)架支撐大模板一次到頂澆筑砼的施工方案，分析基礎(chǔ)加載的情況，制定如下觀測(cè)周期：施工初期２０天，封鉸前期至封鉸期間１０天，封鉸后至觀測(cè)點(diǎn)移測(cè)到閘室墻頂部３０天。   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(jìn)行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測(cè)，及時(shí)提供觀測(cè)數(shù)據(jù)，確保建筑物安全。     ４　沉降觀測(cè)成果   從２０００年５月至２００２年１月，共完成４０次沉降觀測(cè)（２００１年６月２６日以后移測(cè)到閘室墻頂部觀測(cè)），閉合環(huán)線的高差閉合差在－０．３～＋１．５ｍｍ之間，滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求。沉降觀測(cè)成果數(shù)據(jù)見(jiàn)表２。   ５　結(jié)論和體會(huì)   (１)觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，本工程整個(gè)施工階段基礎(chǔ)的下沉量及回彈量的變化與施工順序、地基上的加載大小、施工進(jìn)度、地下水位情況等密切相關(guān)。   (２)沉降觀測(cè)資料反映施工階段的實(shí)際沉降量，難以與設(shè)計(jì)部門(mén)提供的理論預(yù)留沉降量相符，其主要原因是理論計(jì)算假設(shè)條件與上述施工條件變化出入較大，計(jì)算無(wú)法考慮施工期各種動(dòng)態(tài)的影響因素，另外地質(zhì)條件復(fù)雜。目前理論計(jì)算雖考慮土體的固結(jié)過(guò)程，把地基作為粘彈性模型進(jìn)行計(jì)算，但由于計(jì)算參數(shù)隨不同土質(zhì)而不盡相同，難以正確選取，故只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，采用反分析法來(lái)確定計(jì)算參數(shù)，才能為設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)。   (３)由于累計(jì)沉降量均與初始觀測(cè)值相關(guān)，因此初始觀測(cè)值的準(zhǔn)確性極為重要，每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的初始觀測(cè)值必須采用最初連續(xù)兩次觀測(cè)結(jié)果的平均值。   (４)船閘工程沉降觀測(cè)工作是一項(xiàng)非常繁雜的工作，技術(shù)要求高，需要付出艱辛的勞動(dòng)。閘室墻后回填土施工時(shí)部分觀測(cè)線路須臨時(shí)調(diào)整，且達(dá)不到固定如初，這是影響觀測(cè)精度的主要原因。采用全站儀在固定測(cè)站及鏡高的情況下，通過(guò)三角高程的方法來(lái)代替幾何水準(zhǔn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，可以減少勞動(dòng)強(qiáng)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。