船閘主體建筑物沉降觀測

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江蘇省交通廳工程質(zhì)量監(jiān)督站　南京210001】【徐州市解臺二線船閘工程建設(shè)管理處　徐州221006】

  摘　要　本文闡述了解臺二線船閘主體建筑物沉降觀測的具體做法，總結(jié)了技術(shù)要點，探討沉降觀測在船閘建設(shè)過程中的作用。   關(guān)鍵詞　船閘　沉降　觀測   １　工程概況   京杭運河解臺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，處于京杭運河江蘇段西線航道解臺一線船閘北側(cè)。   解臺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)人字閘門及提升式平板閥門、電氣自動控制液壓啟閉機，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、下游護坦，上下游主副導(dǎo)航墻、靠船墩及護岸為混凝土底板漿砌塊石墻（墩）身。設(shè)計年通過能力為２５００萬噸。   ２　沉降觀測目的和內(nèi)容   沉降觀測是船閘建設(shè)不可忽視的工作之一，通過沉降觀測，可以監(jiān)測建筑物的沉降變位情況，不但為今后的船閘底板內(nèi)力計算提供數(shù)據(jù)，提高了準(zhǔn)確性，而且能便于及時發(fā)現(xiàn)異常情況，采取措施，保證工程的安全運行。   由于解臺二線船閘上、下閘首為整體塢式結(jié)構(gòu)，我省船閘建設(shè)有關(guān)部門經(jīng)過多年實踐總結(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、回填土達到所要求的高程、地基沉降穩(wěn)定后，再進行封鉸，可有效地減小底板的內(nèi)力或厚度；并能減少閘塘開挖后對地基的卸載及底板、閘墻邊墩澆筑過程中因加載而產(chǎn)生的地基升降變化。通過定期進行沉降觀測，可以掌握軟基的固結(jié)過程，用來確定預(yù)留施工寬縫對內(nèi)力的影響，同時為確定封鉸時機和地下水位控制、加載速率提供依據(jù)。   沉降觀測的主要內(nèi)容是：通過布設(shè)控制網(wǎng)，按相關(guān)精度要求，根據(jù)施工分級加載實況，定期定點對塢室結(jié)構(gòu)底板封鉸前后每塊底板和每節(jié)閘室墻在建設(shè)過程中的沉降情況進行觀測，直至工程竣工驗收，移交使用單位。   ３　沉降觀測方案   ３．１　精度指標(biāo)與觀測儀器的選擇   設(shè)計單位對主體工程上、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來設(shè)計觀測方案，高差中誤差須滿足０．０５ｍｍ的要求，目前最先進的精密水準(zhǔn)儀每ｋｍ高差中誤差只能滿足０．７ｍｍ的要求，無法滿足設(shè)計要求。經(jīng)與設(shè)計部門商討，變更為通過連續(xù)３個１０天的觀測，如果結(jié)果都不超過１ｍｍ，則認(rèn)為滿足設(shè)計要求。   根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)行國家《工程測量規(guī)范》、《建筑物變形測量規(guī)程》及交通部《水運工程測量規(guī)范》中對沉降觀測的各項規(guī)定，結(jié)合解臺二線船閘工程具體的特點，我們選擇變形測量的二級標(biāo)準(zhǔn)作為本項沉降觀測工作的精度指標(biāo)，詳見表１。   沉降觀測是船閘工程中精度較高的測量工作，儀器設(shè)備、布設(shè)路線、觀測方法及人員素質(zhì)等多方面都會影響觀測數(shù)據(jù)的精度。在該測量工作中我們選擇Ｓ１級瑞士ＬｅｉｃａＮＡ２／ＧＰＭ３精密水準(zhǔn)儀，配合銦鋼水準(zhǔn)尺進行作業(yè)，省測繪局鑒定部門對儀器的各項指標(biāo)進行了技術(shù)鑒定，在作業(yè)期間我們多次對儀器ｉ角差進行檢核，為觀測工作提供了技術(shù)保證。   ３．２　觀測路線的布設(shè)   ３．２．１　水準(zhǔn)基點、工作基點的設(shè)置   水準(zhǔn)基點由測區(qū)原有等級水準(zhǔn)點（設(shè)計部門提供）ＢＭ（３３．２２６ｍ）、Ｇ２（３２．６５２ｍ）組成，該兩點高程數(shù)據(jù)經(jīng)多次聯(lián)測檢核，高差誤差均小于１．０ｍｍ。且兩水準(zhǔn)基點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，點位穩(wěn)定可靠。我們以觀測條件較好的ＢＭ作為主基點，Ｇ２作為校核點。利用原一線船閘南側(cè)（二線閘施工區(qū)外側(cè)）閘墻一個沉降釘（Ａ９）作為工作基點，與ＢＭ、Ｇ２形成一個閉合環(huán)，檢測起始數(shù)據(jù)的正確性。   ３．２．２　觀測點的布設(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個沉降釘計２４個觀測點；閘室１４節(jié)扶壁段均在閘墻底板兩端各布設(shè)４個沉降釘計５６個觀測點；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，以保證點位穩(wěn)固。   由工作基點Ａ９至觀測點路線基本沿閘塘外圍原狀土上設(shè)置，中間轉(zhuǎn)點全部埋設(shè)測樁，采用５０～１００ｃｍФ２０螺紋鋼打入土層，表面澆筑２０～３０ｃｍ厚砼，進入閘塘邊坡段，除轉(zhuǎn)點采用同前設(shè)置外，測站架鏡的位置也埋設(shè)３０ｃｍ厚砼，以保證觀測時儀器的穩(wěn)定。   整個觀測線路由ＢＭ、Ａ９和１４－２、１２－４、１０－２等１１個觀測點形成一個整體閉合環(huán)，全長１．３２ｋｍ，３６測站，不在路線上的其他觀測點，由其鄰近觀測點固定觀測。   ３．３　觀測方法及注意事項   本次沉降觀測工作采用精密幾何水準(zhǔn)測量方法進行，觀測過程中，各項偏差控制及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理按照國家《建筑物變形測量規(guī)程》中各項規(guī)定執(zhí)行。   進行沉降觀測過程中，須注意的幾個問題：   (１)每次觀測應(yīng)遵守“四固定”原則，即：觀測所用儀器及水準(zhǔn)標(biāo)尺固定；觀測人員固定；觀測路線固定；觀測環(huán)境和條件基本相同。   (２)水準(zhǔn)儀ｉ角是一個變化值，每次作業(yè)前，對ｉ角進行檢查，若發(fā)現(xiàn)ｉ角大于１０秒，應(yīng)及時進行檢驗校正。   (３)布設(shè)觀測路線時，前后視距不超過４０ｍ，前后視距差不超過１．０ｍ，以控制ｉ角的誤差影響，同時提高觀測時的清晰度。   (４)觀測時間及環(huán)境：不在日出前后１小時、中午時分進行觀測，更不能在大風(fēng)或有霧的情況下進行觀測。   (５)為保證水準(zhǔn)尺氣泡穩(wěn)定居中，自制一些簡單的水準(zhǔn)尺輔助標(biāo)桿，以使扶尺員快速穩(wěn)定地豎直標(biāo)尺，提高觀測效率。   ３．４　觀測周期   船閘底板基礎(chǔ)是分段施工的，為及時掌握加載后的初始觀測值，在每節(jié)底板澆筑混凝土終凝后，即開始初始觀測，因此不同底板上沉降觀測點的初始觀測日期是不一樣的。   對于建筑物變形觀測周期，有關(guān)測量規(guī)范、規(guī)程都沒作統(tǒng)一規(guī)定，我們根據(jù)以往同類型船閘經(jīng)驗，結(jié)合本工程閘室墻采用龍門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，封鉸后至觀測點移測到閘室墻頂部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)立即進行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測，及時提供觀測數(shù)據(jù)，確保建筑物安全。     ４　沉降觀測成果   從２０００年５月至２００２年１月，共完成４０次沉降觀測（２００１年６月２６日以后移測到閘室墻頂部觀測），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)測量精度要求。沉降觀測成果數(shù)據(jù)見表２。   ５　結(jié)論和體會   (１)觀測數(shù)據(jù)表明，本工程整個施工階段基礎(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、施工進度、地下水位情況等密切相關(guān)。   (２)沉降觀測資料反映施工階段的實際沉降量，難以與設(shè)計部門提供的理論預(yù)留沉降量相符，其主要原因是理論計算假設(shè)條件與上述施工條件變化出入較大，計算無法考慮施工期各種動態(tài)的影響因素，另外地質(zhì)條件復(fù)雜。目前理論計算雖考慮土體的固結(jié)過程，把地基作為粘彈性模型進行計算，但由于計算參數(shù)隨不同土質(zhì)而不盡相同，難以正確選取，故只有通過現(xiàn)場觀測，采用反分析法來確定計算參數(shù)，才能為設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)。   (３)由于累計沉降量均與初始觀測值相關(guān)，因此初始觀測值的準(zhǔn)確性極為重要，每個觀測點的初始觀測值必須采用最初連續(xù)兩次觀測結(jié)果的平均值。   (４)船閘工程沉降觀測工作是一項非常繁雜的工作，技術(shù)要求高，需要付出艱辛的勞動。閘室墻后回填土施工時部分觀測線路須臨時調(diào)整，且達不到固定如初，這是影響觀測精度的主要原因。采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下，通過三角高程的方法來代替幾何水準(zhǔn)進行沉降觀測，可以減少勞動強度，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。