□趙 峰（南水北調(diào)中線工程建管局河南直管局）

□溫 帥（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

1.概況

沙河渡槽工程位于河南省平頂山市魯山縣境內(nèi)，是南水北調(diào)中線工程最關(guān)鍵的控制性項目之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模大，全長11.938km，總投資26 億元，是目前世界上最大的渡槽工程。沙河渡槽于2009年12月30日開工建設(shè)，計劃2013年7月完工。主要包括：沙河梁式渡槽、沙河-大朗河箱基渡槽、大郎河梁式渡槽、大朗河-魯山坡箱基渡槽、魯山坡落地槽及部分渠道工程。

基于這樣的重點工程，施工期及完工運(yùn)行期的安全監(jiān)測工作顯得特別重要。施工期的安全監(jiān)測工作主要為：監(jiān)測儀器設(shè)備及材料的采購、運(yùn)輸、驗收和保管；儀器和設(shè)備的率定、安裝、埋設(shè)、調(diào)試和維護(hù)；監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、資料的整編、分析工作及安全評價等。

2.監(jiān)測項目

沙河渡槽工程的監(jiān)測項目主要有渠道監(jiān)測和渡槽監(jiān)測。

2.1 渠道觀測項目

渠道滲流觀測、渠道水平垂直位移觀測、渠道邊坡穩(wěn)定觀測等。

2.2 渡槽觀測項目

垂直位移觀測、應(yīng)力應(yīng)變觀測、鋼鉸線應(yīng)力觀測、伸縮縫水平豎直觀測、滲流觀測、土壓力觀測、基底壓力觀測、水位觀測等。

本文重點分析渡槽內(nèi)觀測儀器的埋設(shè)及成果。

3.設(shè)備及選型

根據(jù)監(jiān)測項目需要，沙河安全監(jiān)測主要安裝如下設(shè)備：鋼筋計、應(yīng)變計、應(yīng)變片、無應(yīng)力計、錨索測力計、沉降儀、溫度計、測斜管、測斜儀、位移計、滲壓計、土壓力計、測縫計等。

振弦式儀器具有能夠長時間穩(wěn)定工作、儀器靈敏度較高，受外界擾動較小、絕緣度要求較低、易于長距離自動化監(jiān)測、結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、堅固耐用、技術(shù)較為成熟，且價格相對較低等特點；結(jié)合沙河渡槽工程的特殊性，實際施工過程中采用了振弦式儀器。

4.主要儀器埋設(shè)

4.1 應(yīng)變計

根據(jù)設(shè)計要求，確定應(yīng)變計的埋設(shè)位置。儀器埋設(shè)位置誤差不超過2cm，角度誤差應(yīng)不超過1°。埋設(shè)儀器周圍的混凝土回填時，要小心填筑，剔除混凝土中8cm 以上的大骨料，人工分層振搗密實。

4.1.1 單向應(yīng)變計

本工程中大部分采用單向應(yīng)變計，并采用預(yù)埋法，與埋設(shè)部位附近的鋼筋計相互校正，共同監(jiān)測其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

4.1.2 雙向應(yīng)變計兩應(yīng)變計保持相互垂直，相距8～10cm。兩應(yīng)變計的中心與混凝土結(jié)構(gòu)表面距離相同。

4.1.3 應(yīng)變計組

將應(yīng)變計固定在支座或支桿等附加裝置上，以保證在澆筑混凝土過程中儀器有正確的相互裝配位置和定位方向，并使其保持不變。埋設(shè)時設(shè)置無底保護(hù)木箱，并隨混凝土的升高而逐漸提升，直至取出。

4.2 鋼筋計

鋼筋應(yīng)力計主要用于觀測鋼筋混凝土中的鋼筋應(yīng)力。安裝埋設(shè)時，將鋼筋按照要求的尺寸裁截，然后將鋼筋應(yīng)力計焊接或綁扎在鋼筋上，并保證鋼筋計與鋼筋在同一軸線上。鋼筋計埋設(shè)時一般有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方法。

4.2.1 串聯(lián)安裝法

串聯(lián)安裝法是鋼筋計最常用的安裝方法，使用的鋼筋計標(biāo)稱直徑一般與被測鋼筋相等，鋼筋計所測的力等于被測鋼筋的受力。焊接時可采用對焊、坡口焊或熔槽焊，焊接處的強(qiáng)度不低于被測鋼筋本身的強(qiáng)度。本工程主要采用該種安裝方法。

4.2.2 并聯(lián)安裝法

并聯(lián)安裝法有兩種，一種是綁焊安裝，另一種是綁扎安裝。鋼筋計周圍須用人工插搗混凝土，或小型振搗器在周圍插振；常規(guī)振搗器不得接近鋼筋計組1.0m 以內(nèi)范圍。

沙河渡槽工程鋼筋計均采用串聯(lián)、雙面幫條單面焊接的方法安裝，這種方法既能保證其牢固性，也可確保儀器與鋼筋在同一直線上。

5.施工期監(jiān)測成果初步分析

5.1 基準(zhǔn)值的選取

基準(zhǔn)值的選取對整個觀測成果有重要影響，針對沙河渡槽工程的實際特點結(jié)合相關(guān)技術(shù)要求及施工經(jīng)驗，采取以下原則選取基準(zhǔn)值：第一，對于監(jiān)測基礎(chǔ)沉降類儀器，以儀器安裝后連續(xù)三次測值穩(wěn)定后的測值作為基準(zhǔn)值；第二，對于監(jiān)測滲透水壓力類儀器，以安裝前的測值作為基準(zhǔn)值。第三，混凝土內(nèi)觀測儀器：應(yīng)變計以澆筑后混凝土水化熱散盡時的穩(wěn)定值為基準(zhǔn)值；鋼筋計以安裝后澆筑前最后一次讀數(shù)為基準(zhǔn)值。

5.2 資料分析

監(jiān)測成果初步分析流程：數(shù)據(jù)入庫→數(shù)據(jù)初步檢驗及現(xiàn)場核實→圖表生成→初步分析。

在進(jìn)行觀測資料分析時，本文有選擇性的對觀測時間較長以及部分建筑物關(guān)鍵部位的監(jiān)測儀器進(jìn)行簡要分析，既是對本工程一個初步總結(jié)，同時也可為類似工程提供一定參考。

本文選取觀測時間較長的原型試驗跨及第6 跨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說明，觀察施工期內(nèi)各階段渡槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況。

圖1 原型試驗跨鋼筋計R24 測值過程線圖

圖2 原型試驗跨應(yīng)變計S32 測值過程線圖

由圖1、圖2可知：原型試驗跨經(jīng)歷了高溫（夏季）、低溫（冬季）時期，從應(yīng)力變化看，澆筑完成后應(yīng)力基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，冬季壓應(yīng)力主要集中在-5～80MPa 范圍內(nèi)；從應(yīng)變量變化看，澆筑完成一段時間后處于壓應(yīng)變狀態(tài)，冬季壓應(yīng)變量主要集中在-100μξ-250μξ 范圍內(nèi)。另外，夏季受氣溫及荷載增加的綜合影響，壓應(yīng)力及壓應(yīng)變均相對增大。

圖3 第6 跨鋼筋計R6-9 測值過程線圖

圖4 第6 跨應(yīng)變計S6-20 測值過程線圖

由圖3圖、4 圖可知：第6 跨數(shù)據(jù)采集半年多，鋼筋計大部分處于受壓狀態(tài)，近期壓應(yīng)力主要集中在-10～80MPa 范圍內(nèi)，應(yīng)變計大部分處于壓應(yīng)變狀態(tài)，近期壓應(yīng)變主要集中在-50μξ-250μξ 范圍內(nèi)；鋼筋計與同部位應(yīng)變計應(yīng)力狀態(tài)大部分一致。

5.3 性態(tài)評價

通過統(tǒng)計分析，監(jiān)測數(shù)據(jù)與施工期建筑物的實際性態(tài)相吻合，且能夠反映出主體建筑物結(jié)構(gòu)、變形等變化趨勢，可得出以下幾點認(rèn)識：

一、由于處于施工期，除了渡槽自重以外，溫度荷載是主要荷載。水泥水化熱的產(chǎn)生及外界氣溫的變化引起的槽體混凝土溫度變化勢必會對渡槽安全造成影響，而溫度變幅大的槽體表面更易形成裂縫。由內(nèi)部觀測儀器可知，建筑物大部分部位混凝土處于受壓狀態(tài)，后期逐漸趨于穩(wěn)定，隨季節(jié)變化會出現(xiàn)浮動，這和混凝土內(nèi)鋼筋受力情況基本相符：梁式渡槽原型試驗澆筑完成后應(yīng)力基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，冬季壓應(yīng)力主要集中在-5～80MPa 范圍；從應(yīng)變量變化看，澆筑完成一段時間后處于壓應(yīng)變狀態(tài)，冬季壓應(yīng)變量主要集中在-100μξ-250μξ 范圍；箱基渡槽底板下部有受拉趨勢，拉應(yīng)力主要集中在20～30MPa之間，拉應(yīng)變很??；底板上部處于受壓狀態(tài)，壓應(yīng)力主要集中在-20～60MPa 之間。

二、箱基渡槽基礎(chǔ)單點位移計測值變化不大，反映出基礎(chǔ)較為穩(wěn)定，受上部結(jié)構(gòu)自重與基礎(chǔ)自身承載力影響較小；目前底板上部建筑物正逐漸施工完成，仍應(yīng)密切關(guān)注基礎(chǔ)沉降變化。

三、施工期間相關(guān)溫度、雨量等監(jiān)測設(shè)施不盡完善，監(jiān)測資料主要是內(nèi)觀和有限的基巖變形儀器，所以分析主要是初步的定性分析，相關(guān)時效、雨量、水位等因素需要在后期不斷完善，從而更有效地指導(dǎo)工程施工和運(yùn)行。

6.工程建議

第一，應(yīng)加強(qiáng)對混凝土入倉時溫度監(jiān)測，并與設(shè)計方案中的溫度場進(jìn)行對比，做好后期的反演分析，以指導(dǎo)施工方采取有效的降溫養(yǎng)護(hù)措施，保證夏、冬兩季時段混凝土澆筑質(zhì)量。

第二，加強(qiáng)施工期間人工巡視，特別是汛期，應(yīng)對渡槽槽身裂縫、槽墩變形、邊坡穩(wěn)定等進(jìn)行加密觀測，并與自動采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而科學(xué)合理地評價建筑物安全性態(tài)。

第三，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，對原始記錄要妥善保管，積累科學(xué)有效的施工期監(jiān)測資料，為指導(dǎo)施工和建立能滿足工程需要的渡槽安全評價系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫管理和日常維護(hù)。

第四，周報、旬報、月報及年報要緊隨建筑物施工進(jìn)度，及時準(zhǔn)確地提出指導(dǎo)施工的建議；相關(guān)資料要統(tǒng)一歸檔，科學(xué)劃分，以保證后期有效查閱。

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