孫 豐

灘地監(jiān)測方案設(shè)計(jì)與分析

孫 豐

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200331）

通過某灘地監(jiān)測方案設(shè)計(jì)的實(shí)例，介紹了方案設(shè)計(jì)的過程，包括收集工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和周邊環(huán)境等基礎(chǔ)資料，分析所需要監(jiān)測的項(xiàng)目內(nèi)容，論述了監(jiān)測所需要的精度及詳細(xì)的監(jiān)測方法，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測的目的，最后對方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)分析。本監(jiān)測方案設(shè)計(jì)的成功，可作為類似項(xiàng)目監(jiān)測設(shè)計(jì)時(shí)的參考。

灘地 監(jiān)測方案 設(shè)計(jì) 斷面測量

1 工程概況

1.1 地理位置及地貌特征

某圈圍工程位于長江口南港和北港分汊口，是長江口南北港分流口整治的重要措施之一，2008年6月竣工，隨即轉(zhuǎn)入工程維護(hù)階段。根據(jù)遠(yuǎn)期規(guī)劃，圈圍工程未來將作為水庫進(jìn)行開發(fā)利用。

該區(qū)域地貌特征屬于潮坪地貌類型，灘面比較平坦，高程一般為3.0?4.0m。0m等深線以上東西向長約8.0 km，南北向最寬處約2.8km，面積18.7km2。灘地周邊水下局部有沙洲，南沿區(qū)段出現(xiàn)深槽逼岸情況。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)圍堤勘察資料，圈圍工程擬建場地泥（地）面下40.5m（相當(dāng)于-38.5m）深度范圍內(nèi)的土層按其成因類型可劃分為4層，其中第①和⑤層土根據(jù)土性和工程性質(zhì)的差異又可分為若干亞層。各地層特性見表1。

1.3 水文地質(zhì)

長江口為中等強(qiáng)度的潮汐河口，口外為正規(guī)半日潮，受潮流和地面徑流的雙重作用，進(jìn)入口內(nèi)潮波逐漸變形，為非正規(guī)半日淺海潮。每天兩漲兩落，呈現(xiàn)較顯著的日潮不等現(xiàn)象，且落潮流歷時(shí)長于漲潮流歷時(shí)。

1.4 周邊環(huán)境

圈圍施工結(jié)束后，圍堤外部發(fā)生了一系列的變化。為了調(diào)節(jié)長江南北港的水流大小，2009年圈圍工程西側(cè)水下開始修建一條潛堤，與此同時(shí)北側(cè)一處大型水庫也開始建造，其余均為原始地貌。

2 監(jiān)測目的

由于地處河勢較為復(fù)雜的南北港分流口，且周邊工程施工仍在實(shí)施，區(qū)域河勢處于動態(tài)變化過程中。圍堤施工時(shí)，圍堤樁號1+455～2+050和3+450～5+562區(qū)段不具備鋪排條件，進(jìn)行了設(shè)計(jì)變更，取消了混凝土鉸鏈排結(jié)構(gòu)。遵循“動態(tài)監(jiān)測、動態(tài)實(shí)施、動態(tài)保護(hù)”的原則，為了確保圈圍工程安全，故對完建期樁號0+000～10+466段堤外灘地實(shí)施動態(tài)監(jiān)測。

圍堤-灘地-護(hù)坎-軟體排位置關(guān)系見圖1。

3 監(jiān)測內(nèi)容的確定

從圖1可以看出，灘地保護(hù)的主要問題集中在護(hù)坎和江側(cè)斜坡的安全是否得到保障。就護(hù)坎保護(hù)來說，考慮在護(hù)坎頂部設(shè)置垂直位移和水平位移監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行垂直位移和水平位移觀測，了解護(hù)坎位移的規(guī)律。

日常加強(qiáng)安全巡視，監(jiān)測護(hù)坎裂縫變化，及時(shí)了解護(hù)坎結(jié)構(gòu)的變形狀況。

表1 地層特性表

圖1 圍堤-灘地-護(hù)坎-軟體排斷面示意圖

江側(cè)斜坡的安全主要通過斷面測量手段，能比較直觀的展現(xiàn)斷面上地形標(biāo)高的變化情況。根據(jù)水流、潮汐及堤岸坍塌趨勢，考慮到工程經(jīng)濟(jì)效果，設(shè)置200米的堤岸防護(hù)長度。在深泓逼岸段、江中淺灘段及其它重點(diǎn)區(qū)域設(shè)立800?1000米的加長斷面，能夠了解更多的沖淤變化情況，沖淤變化直接影響到河口資源的保護(hù)和岸灘資源的利用。

監(jiān)測內(nèi)容主要包括工程范圍內(nèi)灘地的橫斷面測量、西堤護(hù)灘段縱斷面測量、南堤沖刷劇烈段護(hù)坎結(jié)構(gòu)的垂直位移監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、裂縫監(jiān)測及安全巡視。

4 監(jiān)測頻率

根據(jù)測區(qū)汛期變化、工程地質(zhì)情況以及施工期的鋪排情況，明確需要重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)段的頻率，在南沿劇烈沖刷區(qū)段和潛堤下游段每兩月監(jiān)測一次，其它區(qū)段每年分別在1月、4月、6月和10月進(jìn)行監(jiān)測，確保汛前和汛后各兩次。

5 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)及監(jiān)測精度分析

5.1 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)各區(qū)段的潛在危害程度，在監(jiān)測實(shí)施過程中，要求依據(jù)表2控制標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施報(bào)警。

表2 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)

5.2 監(jiān)測精度分析

5.2.1 水下斷面監(jiān)測

根據(jù)《水運(yùn)工程測量規(guī)范》（JTJ203-2001）要求，測點(diǎn)不應(yīng)低于1∶2000測圖的定位精度，實(shí)測線偏離不大于圖上5mm，水域測點(diǎn)高程中誤差不應(yīng)超過0.2m。

定位采用Trimble5700雙頻GPS接收機(jī)進(jìn)行靜態(tài)測量，測量等級采用四等，并對控制點(diǎn)高程進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量，求出準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換參數(shù)。使用GPS-RTK技術(shù)，進(jìn)行水上定位。Trimble5700雙頻GPS接收機(jī)參數(shù)見表3。

水深測量選用中海達(dá)HD-27T型單頻測深儀，測深精度為±1cm+0.1%×h（h為水深值），測區(qū)范圍內(nèi)水深均在20米以內(nèi)，儀器精度能夠滿足監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.2.2 護(hù)坎水平位移監(jiān)測

監(jiān)測點(diǎn)呈弧線分布，距離跨度較大，水平位移觀測采用Trimble5700雙頻GPS快速靜態(tài)測量和Leica TC402全站儀測邊交會相結(jié)合的方法進(jìn)行，能夠滿足監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.2.3 護(hù)坎垂直位移監(jiān)測

由于監(jiān)測點(diǎn)間距跨度較大，閉合水準(zhǔn)路線長度約9km，依據(jù)監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)，可以采用二等或三等水準(zhǔn)測量方法，為了使監(jiān)測點(diǎn)垂直位移觀測達(dá)到較高的精度，擬采用二等水準(zhǔn)測量方法進(jìn)行高程測量。

5.2.4 護(hù)坎裂縫監(jiān)測

護(hù)坎結(jié)構(gòu)采用塊石灌縫的施工方法，至監(jiān)測實(shí)施時(shí)竣工接近一年時(shí)間，裂紋較多，為了滿足監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)要求，采用帶0.5mm刻度的鋼尺進(jìn)行量測。

6 監(jiān)測實(shí)施

6.1 水下縱橫斷面監(jiān)測

根據(jù)水下斷面監(jiān)測內(nèi)容進(jìn)行測線布設(shè)，斷面線位置見圖2圍堤中心線外側(cè)實(shí)線。

在測區(qū)周邊布設(shè)符合規(guī)范要求的GPS控制網(wǎng)，控制網(wǎng)等級為四等。采用精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等精密水準(zhǔn)測量，獲得GPS控制點(diǎn)的高程，即可求出測區(qū)WGS84至城市坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)。采用GPS-RTK技術(shù)，使用Trimble 5700和HD-27T，配合導(dǎo)航測深軟件即可獲取水下斷面的平面坐標(biāo)和高程。

6.2 護(hù)坎水平位移監(jiān)測

護(hù)坎水平位移觀測點(diǎn)直接布設(shè)在南沿劇烈變化段護(hù)坎頂部，和水下斷面線端頭對應(yīng)，采用強(qiáng)制歸心標(biāo)志。測量方法部分采用Trimble5700雙頻GPS快速靜態(tài)測量，測量等級選用一級；部分選用Leica TC402全站儀測邊交會方法進(jìn)行，距離測量精度為2mm+2ppm。

6.3 護(hù)坎垂直位移監(jiān)測

表3 Trimble5700雙頻GPS接收機(jī)精度

護(hù)坎垂直位移監(jiān)測點(diǎn)和水平位移監(jiān)測點(diǎn)采用同點(diǎn)埋設(shè)，沿監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)一閉合水準(zhǔn)路線，每次監(jiān)測固定儀器、固定人員、固定水準(zhǔn)路線，每次均在低潮位期間完成。

6.4 裂縫觀測方法

巡視護(hù)坎頂部后發(fā)現(xiàn)，寬度大于1mm的裂縫較多，選擇裂縫較大的26條裂縫進(jìn)行重點(diǎn)觀測，采用油漆做好標(biāo)記，利用帶0.5mm刻度的鋼尺進(jìn)行裂縫寬度量測，利用鋼卷尺進(jìn)行裂縫長度量測。

圖2 水下斷面線布設(shè)示意圖

7 監(jiān)測結(jié)果分析及應(yīng)對措施

整個(gè)監(jiān)測周期內(nèi)護(hù)坎的垂直位移和水平位移均沒有出現(xiàn)報(bào)警情況，裂縫變化非常明顯，護(hù)坎的江側(cè)護(hù)底部分區(qū)段損毀嚴(yán)重，出現(xiàn)大面積坍塌，多次報(bào)警。

斷面監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，局部深槽向岸邊逼近，護(hù)灘石攏端頭沖刷嚴(yán)重，南沿部分區(qū)段出現(xiàn)汛期淤積，汛后出現(xiàn)沖刷的特點(diǎn)。

針對監(jiān)測周期內(nèi)出現(xiàn)的各種情況，施工單位進(jìn)行了定期的維修。對于深槽向岸邊逼近的情況，多出現(xiàn)在0?-4m標(biāo)高范圍內(nèi)，土層為①2層，呈松散?稍密狀。由于現(xiàn)場仍然不滿足鋪排施工條件，進(jìn)行了局部水下拋石，江側(cè)護(hù)底嚴(yán)重?fù)p毀的區(qū)段進(jìn)行基礎(chǔ)加固，重新修補(bǔ)護(hù)底混凝土埂和護(hù)坡。對出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行灌漿封閉，效果非常明顯，有效的保護(hù)了灘地安全。

8 方案設(shè)計(jì)分析

灘地監(jiān)測方案的實(shí)施達(dá)到了監(jiān)測的目的，取得了比較理想的效果，但仍然有必要進(jìn)行分析，以期能對類似項(xiàng)目起到較好的參考。

8.1 水下斷面線長度差異

橫斷面線長度有差異，普通斷面線長度為200m，加長線長度為1000m，可以了解重點(diǎn)地段的沖淤情況，也是本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的特色。縱斷面線布設(shè)在鉸鏈排的頭部，起到預(yù)警的作用，可以了解排布的損毀情況。各斷面位置應(yīng)固定，在斷面標(biāo)高變化劇烈的區(qū)段增加斷面線的數(shù)量，同時(shí)保持測量數(shù)據(jù)的連貫性。

8.2 水下斷面線沖淤展示

縱橫斷面線分別反映工程不同部位的沖淤情況，通過斷面曲線圖可以看到該斷面線上地形標(biāo)高的歷次變化情況，全部橫斷面線可以反映整個(gè)區(qū)域的變化趨勢，但是這僅限于二維圖像。目前可以通過可視化三維建模，利用色彩充分展示整個(gè)測區(qū)的三維沖淤效果，圖3a、圖3b是通過我公司科研項(xiàng)目“三維水下動態(tài)GIS”分析軟件獲得的沖淤前后演示效果。

8.3 護(hù)坎垂直位移監(jiān)測

圖3 三維可視化沖淤演示圖

由于施工已經(jīng)完成接近一年時(shí)間，目前處于管理維護(hù)階段。監(jiān)測兩年以來，護(hù)坎累計(jì)平均沉降量約13mm，累計(jì)最大沉降量僅為20mm。在垂直位移監(jiān)測實(shí)施過程中，采用精密水準(zhǔn)測量方法施測能靈敏的反映垂直位移的變化量，故方案中選擇二等水準(zhǔn)方法進(jìn)行施測是合適的。護(hù)坎垂直位移監(jiān)測在施工期監(jiān)測時(shí)屬于必測項(xiàng)目，但在長期監(jiān)測中根據(jù)實(shí)際情況可以取消或?qū)⒈O(jiān)測周期拉長。

8.4 護(hù)坎的安全巡視、裂縫觀測

護(hù)坎的安全巡視、裂縫觀測非常有必要，由于護(hù)坎環(huán)繞圍堤，監(jiān)測范圍廣，點(diǎn)位稀疏，且位移監(jiān)測頻率低，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)護(hù)坎變形狀況，應(yīng)考慮增加護(hù)坎的安全巡視的頻率。

8.5 地形地質(zhì)條件的影響

由于本項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)殚L江下游，工程建設(shè)中經(jīng)常會遇到軟弱地基這一不良地質(zhì)，如果對軟土的特性了解不深，在工程設(shè)計(jì)中重視不夠，往往會導(dǎo)致工程事故的發(fā)生，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。工程設(shè)計(jì)方案必須與地形-地質(zhì)-水文和施工可操作性等條件相結(jié)合，才能選擇合理的處治措施以獲得滿意的工程效果。

8.6 其他

適當(dāng)增加水文及氣象觀測，如潮位、臺風(fēng)等，了解水文、氣象環(huán)境因素對斷面監(jiān)測的影響程度。

1. 謝建磊 王寒梅 何中發(fā) 李曉 黎兵.上海市長江口及鄰近海域地質(zhì)調(diào)查現(xiàn)狀及展望[J].上海地質(zhì),2008,4: 17-23.

2. 劉俊怡.深圳軟土地基處理和基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中的若干問題[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2012,8:151-157.

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1672-2469（2014）01-0083-05

孫豐（1979年—），男，工程師。