李成山 張守軍

1 工程概況

皂河船閘地處宿遷市宿豫縣皂河鎮(zhèn)北約3 km處的趙埝鄉(xiāng)境內(nèi),位于京杭運(yùn)河蘇北段最繁忙的大王廟至淮安航段,是蘇北運(yùn)河自藺家壩船閘而下的第4座梯級(jí)船閘,也是京杭運(yùn)河?xùn)|、西線航道交匯后的第一閘。皂河船閘現(xiàn)為兩線船閘,一線船閘建于1972年,規(guī)模為20 m×230 m×4 m;二線船閘建成于1988年,規(guī)模為23 m×230 m×5 m。皂河二線船閘位于一線船閘西側(cè),兩閘中心線平行,相距160 m。本次建設(shè)內(nèi)容為皂河三線船閘工程,其閘位布置于皂河一、二線船閘之間,三線船閘中心線距一線船閘中心線90 m,距二線船閘中心線70 m。

本項(xiàng)目所在航道為蘇北運(yùn)河,二級(jí)通航標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)最大船舶等級(jí)為2 000 t級(jí);皂河三線船閘建設(shè)級(jí)別為Ⅱ級(jí),船閘基本尺度為23 m×260 m×5 m(口門寬×閘室長×最小檻上水深)。

2 沉降觀測目的和內(nèi)容

沉降觀測非常重要,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(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,及時(shí)采取措施。

通過定期進(jìn)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(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(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)過程中的沉降情況進(jìn)行觀測,直至工程竣工驗(yàn)收,移交使用單位。

表1 《建筑物變形測量規(guī)程》建筑物變形測量的等級(jí)及其精度要求

3 沉降觀測方案

3.1 精度指標(biāo)與觀測儀器的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行國家《工程測量規(guī)定》《建筑物變形測量規(guī)程》及交通部《水運(yùn)工程測量規(guī)范》中對(duì)沉降觀測的各項(xiàng)規(guī)定,結(jié)合皂河三線船閘工程具體的特點(diǎn),我們選擇變形測量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為本項(xiàng)沉降觀測的精度指標(biāo),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(huì)影響觀測數(shù)據(jù)的精度。在該測量工作中我們選擇拓普康TOPCON-AG2精密水準(zhǔn)儀,配合銦鋼水準(zhǔn)尺進(jìn)行作業(yè),省測繪局鑒定部門對(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(diǎn)、工作基點(diǎn)的設(shè)置

水準(zhǔn)基點(diǎn)由測區(qū)原有等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)(設(shè)計(jì)部門提供)BM5-1(33.226 m),K1(32.652 m)組成,該兩點(diǎn)高程數(shù)據(jù)經(jīng)多次聯(lián)測檢核,高差誤差均小于1.0 mm。且因水準(zhǔn)基點(diǎn)均位于一線閘管理區(qū)較為偏僻的地方,是一線閘施工期間(1958年～1961年)設(shè)置的,點(diǎn)位穩(wěn)定可靠。我們以觀測條件較好的 K1作為主基點(diǎn),BM5-1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))公路橋沉降釘K2作為工作基點(diǎn),與K1,BM5-1形成一個(gè)閉合環(huán),檢測起始數(shù)據(jù)的正確性。

3.2.2 觀測點(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個(gè)沉降釘計(jì)、24個(gè)觀測點(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)觀測點(diǎn);沉降釘?shù)闹谱鞑捎?0 cm φ 16銅釘,埋設(shè)時(shí)配以斜鋼筋接在底板面層及豎向鋼筋上,頂端凸出混凝土表面1.5 cm～2.0 cm左右,以保證點(diǎn)位穩(wěn)固。

由工作基點(diǎn)K2至觀測點(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)測樁,采用50 cm～100 cm φ 20螺紋鋼打入土層,表面澆筑20 cm～30 cm厚混凝土,進(jìn)入閘塘邊坡段,除轉(zhuǎn)點(diǎn)采用同前設(shè)置外,測站架鏡的位置也埋設(shè)30 cm厚混凝土,以保證觀測時(shí)儀器的穩(wěn)定。

整個(gè)觀測線路由K1,K2和Sz-1,Xz-4,Zs-7等56個(gè)觀測點(diǎn)形成一個(gè)整體閉合環(huán),全長1.36 km,36個(gè)測站,不在路線上的其他觀測點(diǎn),由其鄰近觀測點(diǎn)固定觀測。

3.3 觀測方法及注意事項(xiàng)

本次沉降觀測工作采用精密幾何水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行,觀測過程中,各項(xiàng)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(xiàng)規(guī)定執(zhí)行。進(jìn)行沉降觀測過程中,須注意以下幾個(gè)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(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″,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)校正。3)布設(shè)觀測路線時(shí),前后視距不超過30 m,前后視距差不超過0.5 m,以控制i角的誤差影響,同時(shí)提高觀測時(shí)的清晰度。4)觀測時(shí)間及環(huán)境:不在日出前后1 h,中午時(shí)分進(jìn)行觀測,更不能在大風(fēng)或有霧的情況下進(jìn)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

對(duì)于建筑物變形觀測周期,有關(guān)測量規(guī)范、規(guī)程都沒有作統(tǒng)一規(guī)定,我們根據(jù)以往同類型船閘經(jīng)驗(yàn),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混凝土的施工方案,分析基礎(chǔ)加載的情況,制定如下觀測周期:施工初期20 d,封鉸前期至封鉸期間10 d,封鉸后至觀測點(diǎn)移測到閘室墻頂部30 d。

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,及時(shí)提供觀測數(shù)據(jù),確保建筑物安全。

4 沉降觀測成果

從2005年8月～2007年6月,共完成40次沉降觀測(2007年1月6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 mm～+1.5 mm之間,滿足二等水準(zhǔn)測量精度要求。

5 結(jié)語

1)觀測數(shù)據(jù)表明,本工程整個(gè)施工階段基礎(chǔ)的沉降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)沉降觀測資料反映施工階段的實(shí)際沉降量,所以與設(shè)計(jì)部門提供的理論預(yù)留沉降量相符,其主要原因是理論計(jì)算假設(shè)條件變化出入較大,計(jì)算無法考慮施工期各種動(dòng)態(tài)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,故只能通過現(xiàn)場觀測,采用反分析法來確定計(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值相關(guān),因此初始觀測值的準(zhǔn)確性極為重要,每個(gè)觀測點(diǎn)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(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)部分觀測線路須臨時(shí)調(diào)整,且達(dá)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(jìn)行沉降觀測,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。

[1] 湯渭清,劉允田.解臺(tái)二線船閘主體建筑物沉降觀測[J].江蘇交通科技,2003(1):5-8.

[2] JTJ 203-94,水運(yùn)工程測量規(guī)范[S].

[3] GB 50026-93,工程測量規(guī)范[S].

[4] JGJ/T 8-97,建筑變形測量規(guī)程[S].

[5] GB 18306-2001,中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖[S].

[6] SDJ 212-83,水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范[S].

[7] JTJ 261-266,船閘設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)[S].