吳存錫

(浙江省瑞安市水利局，浙江 瑞安 325200)

1 問題的提出

在灘涂、江岸上修筑防洪堤護(hù)岸工程面對(duì)的首要問題是施工加載難控制、工后沉降難掌握。由于大部分堤防基礎(chǔ)為淤泥質(zhì)土，地基土層有含水率高、壓縮性大、透水性差、固結(jié)慢的特點(diǎn)，工程地質(zhì)條件差，又受潮水的影響，加荷后變形大，建筑物極易失穩(wěn)。在這一類地基上修建工程，正確有效地監(jiān)測(cè)地基的沉降變形，采用恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方案，合理安排施工加荷速率，保證工程的施工質(zhì)量、安全，是工程建設(shè)中的一項(xiàng)十分重要的課題。在設(shè)計(jì)中，一般都通過對(duì)地質(zhì)條件分析擬定設(shè)計(jì)方案，提出施工期的施工加荷速率。飛云江堤防護(hù)岸工程建設(shè)期引入原位觀測(cè)后，通過對(duì)地基的沉降和側(cè)向位移等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與分析，跟蹤了解施工及堆載過程中地基的變形情況，檢驗(yàn)工程設(shè)計(jì)加荷速率的正確性和合理性，使加載速率和進(jìn)程及時(shí)得到控制，保證了護(hù)岸工程安全及施工質(zhì)量，更好地掌握了地基的變化與強(qiáng)度增長情況，防止地基的剪切破壞和滑動(dòng)，起到了一定的工程效果［1］。同時(shí)通過原位觀測(cè)的成果比較，進(jìn)一步了解護(hù)岸工程施工期間和運(yùn)行期間地基上部荷載出現(xiàn)循環(huán)變化時(shí)，對(duì)地基變形、水流沖刷和滲流等因素的影響，為工程安全運(yùn)行提供必要的地基參數(shù)及工程后期研究護(hù)岸堤壩地基在施工期間荷載作用下的穩(wěn)定及江岸灘涂潮水影響下地基土的穩(wěn)定性，為類似工程的科學(xué)技術(shù)開發(fā)積累了資料。

2 工程概述

2.1 工程概況

瑞安市飛云江仙降段護(hù)岸工程是飛云江綜合整治工程的組成部分，工程西起下西，東至金家堡，全長2380m，等別為Ⅲ級(jí)，護(hù)岸建筑物級(jí)別4級(jí)，按20a一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，臨時(shí)建筑物為5級(jí)，工程概算總投資近7000萬元。該段江岸屬凹岸，常年受水流頂沖，水深坡陡，近年來曾發(fā)生數(shù)次規(guī)模較大的滑坡，是飛云江下游四大險(xiǎn)段之一，存在著嚴(yán)重的安全隱患。工程主要建設(shè)內(nèi)容包括:干砌塊石和拋石護(hù)坡，充砂管袋軟體排加拋石鎮(zhèn)壓層護(hù)腳，10座30m長的潛水丁壩，岸上建防洪墻和人行道、綠化帶。

2.2 工程地質(zhì)特點(diǎn)

勘察查明，在鉆探所達(dá)深度范圍內(nèi)，共分4個(gè)工程地質(zhì)層組，8個(gè)工程地質(zhì)亞層:①-1塊石層:為堤外側(cè)人工拋石，層厚1.3m左右;①-2淤泥層:為新近淤積土，表層具觸變性及流變性，抗剪切能力差，層厚3.3～6.7m，河道區(qū)域均有分布;①-3素填土層:層厚變化較大，松散，成分雜，性質(zhì)差，層厚0.3～9.3m，河道區(qū)域局部有分布;②黏土層:層厚0.7～2.2m，除河道區(qū)域及局部孔外全場(chǎng)分布;③-2淤泥層:高壓縮性，強(qiáng)度低，性質(zhì)差，層厚10.3～25.1m，全場(chǎng)均有分布;③-3黏土層:強(qiáng)度較低，性質(zhì)差;層厚7.2～17.8m，全場(chǎng)均有分布;③-透層 (淤泥質(zhì)黏土混粉砂層):層厚0.7～4.4m，局部分布;④卵石層:強(qiáng)度高，性質(zhì)好，可考慮作為樁基持力層。地基土部分物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

綜合全線堤線沿岸地質(zhì)情況，勘察范圍內(nèi)堤基自上向下主要由①-2、③-2及③-3層組成，均為靜水或緩慢水流生態(tài)環(huán)境下化學(xué)作用而成，具有高含水率、高孔隙比、高靈敏度、高壓縮性、低抗剪強(qiáng)度等特性，土性差，強(qiáng)度低，屬極軟土層，且厚度較大，是受荷載后強(qiáng)度變形控制的主要土層。堤岸沿線范圍內(nèi)以高塑性淤泥及黏土為主，不利于整個(gè)堤岸土層的快速固結(jié)排水，且強(qiáng)度低，抗剪切能力差，在上部荷載作用下，固結(jié)相對(duì)較緩，且后期沉降量大，對(duì)護(hù)岸工程有較大的影響，若在堤岸影響范圍內(nèi)大面積集中堆載，極易產(chǎn)生堤岸坍塌及側(cè)向滑移，為加載后最易失穩(wěn)的土層，屬于工程的重點(diǎn)控制對(duì)象。

表1 地基土物理學(xué)性質(zhì)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)表

2.3 原位觀測(cè)設(shè)計(jì)控制指標(biāo)

工程觀測(cè)項(xiàng)目主要有:岸坡表面的垂直位移、岸坡地基深層水平位移、堤身浸潤線、水位、潮位等;為控制施工速度，保障工程安全，在拋石施工期間，初擬施工期觀測(cè)項(xiàng)目控制指標(biāo)為:地表沉降速率≤10mm/d;水平位移速率≤5mm/d。

3 監(jiān)測(cè)方法

3.1 監(jiān)測(cè)工作安排

根據(jù)工程的地基特點(diǎn)與時(shí)間要求，2012年02月委托專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)單位按觀測(cè)的要求迅速落實(shí)監(jiān)測(cè)方案和實(shí)施細(xì)則，并經(jīng)有關(guān)單位確認(rèn)后，按觀測(cè)的方案進(jìn)行觀測(cè)儀器的安裝與埋設(shè)及施工期跟綜觀測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)始于2012年03月18日，止于2014年04月21日，歷時(shí)25個(gè)多月。

3.2 監(jiān)測(cè)儀器與現(xiàn)場(chǎng)布置

工程觀測(cè)設(shè)計(jì)包括:觀測(cè)項(xiàng)目選定、儀器設(shè)備選型、觀測(cè)設(shè)施整體設(shè)計(jì)與布置、提出施工安裝與觀測(cè)操作的技術(shù)要求等。位移沉降觀測(cè)主要選用DSZ3型水淮儀和DT-02電子經(jīng)緯儀;地基側(cè)向位移監(jiān)測(cè)由CX03型測(cè)斜儀、JTM—G8600A型ABS管組成。按現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容要求落實(shí)固定測(cè)點(diǎn)，對(duì)沿線的觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)建立統(tǒng)一的測(cè)量控制系統(tǒng)，同時(shí)分別對(duì)位移沉降觀測(cè)裝置與地基側(cè)向位移監(jiān)測(cè)裝置實(shí)行了嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)措施，防止測(cè)斜孔等設(shè)備的信號(hào)線受人為破壞而影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度。

3.3 原理方法

沉降按四等水準(zhǔn)技術(shù)要求測(cè)量，位移觀測(cè)采用視準(zhǔn)線法或三角交匯法。位移沉降聯(lián)合觀測(cè)是通過提供的固定基準(zhǔn)點(diǎn)，用水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀觀測(cè)到各個(gè)測(cè)點(diǎn)不同時(shí)間的高程和方位。邊樁水平位移應(yīng)用經(jīng)緯儀按視準(zhǔn)線法測(cè)定，水平位移時(shí)間與沉降監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行。測(cè)斜觀測(cè)是通過測(cè)斜儀測(cè)定以擺捶為基準(zhǔn)的弧度變化來量測(cè)土體水平位移，當(dāng)土體產(chǎn)生位移時(shí)，埋入土體中的測(cè)斜管隨土體同步位移，測(cè)斜管的位移量即為土體的位移量。

3.4 觀測(cè)要求與頻率

在護(hù)岸工程施工期和堆載施工期間，每天至少觀測(cè)1次，3d后根據(jù)沉降速率的大小，每周觀測(cè)1次，堤壩完成后在堆載間歇期，每月觀測(cè)1次;特殊情況下根據(jù)監(jiān)理、建設(shè)、設(shè)計(jì)單位的要求及時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。每次外業(yè)測(cè)量完成時(shí)及時(shí)將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，繪制變形速率～深度曲線和位移～深度曲線，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)立即返回現(xiàn)場(chǎng)重測(cè)。

4 監(jiān)測(cè)成果分析

4.1 沿線沉降測(cè)點(diǎn)觀測(cè)

為監(jiān)測(cè)護(hù)岸工程施工過程對(duì)地基土的影響，分別在2380m線堤每間隔200m左右設(shè)置1個(gè)觀測(cè)斷面共12個(gè)，每個(gè)沉降觀測(cè)斷面設(shè)置地表沉降觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)，采取埋設(shè)沉降板取得初始高程的方法來控制指標(biāo)，用實(shí)測(cè)到的桿頂端高程計(jì)算出相鄰2次的沉降差，得到沉降速率與累計(jì)沉降量，同時(shí)對(duì)加載速率與沉降速率及時(shí)進(jìn)行比較。以施工期k0+565m主要沉降測(cè)點(diǎn)為例，在拋石施工期間，起始觀測(cè)日期2012年05月13日，最后觀測(cè)日期2013年01月11日，觀測(cè)結(jié)束時(shí)最終沉降量為77.00mm(見表2)。在擋墻施工期間K0+565m的T3斷面觀測(cè)點(diǎn)，2012年12月23日開始測(cè)得初始高程為1.402m，至2014年04月21日止的高程為1.155m，歷時(shí)483d。此間進(jìn)行了18次跟蹤監(jiān)測(cè)，結(jié)果累計(jì)沉降了247.00mm(見表3)。同時(shí)對(duì)各次的觀測(cè)記錄進(jìn)行對(duì)照分析，且每次相鄰觀測(cè)的沉降速率始終保持在 0.17～ 0.57mm/d［2］。

表2 拋石施工期間主要沉降測(cè)點(diǎn)最終觀測(cè)結(jié)果表

表3 擋墻施工期間主要沉降測(cè)點(diǎn)最終觀測(cè)結(jié)果表

綜上所述，擋墻施工期各觀測(cè)點(diǎn)過程中沉降發(fā)展較小，累計(jì)沉降在300mm左右，從曲線發(fā)展趨勢(shì)來看，沉降已趨于穩(wěn)定。

4.2 地基側(cè)向位移監(jiān)測(cè)

圖1 測(cè)斜布置示意圖

地基側(cè)向位移監(jiān)測(cè)主要是監(jiān)測(cè)在上部荷載作用下地基內(nèi)部不同深度的水平位移情況，通過深層側(cè)向位移的動(dòng)態(tài)觀測(cè)掌握實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制累計(jì)水平位移沿深度分布曲線，可判斷地基的穩(wěn)定性，以控制、調(diào)整加荷速率。針對(duì)要求，本工程為了分析堤壩地基土變形規(guī)律，在護(hù)岸工程沿線選取樁號(hào)k1+300m和k2+000m兩個(gè)點(diǎn)位布置測(cè)斜位移觀測(cè)儀器。測(cè)斜孔埋設(shè)布置、測(cè)斜布置見圖1。2個(gè)測(cè)斜管初測(cè)日期并不相同，樁號(hào)k2+000m從2013年1月16日開始初測(cè)，樁號(hào)k1+300m從2013年3月25日開始初測(cè)，至2013年11月14日，各測(cè)斜孔水平位移見圖2、3。從圖2、3可以看出，本次監(jiān)測(cè)期間，去除接近地表的測(cè)點(diǎn)，土體變形測(cè)斜孔最大位移點(diǎn)發(fā)生在地表下6m左右，土體變形累計(jì)最大為42.65mm，平均變形速率為0.14mm/d，最大變形速率遠(yuǎn)小于控制指標(biāo)值。

圖2 1+300m堤壩水平位移圖

圖3 2+000m堤壩水平位移圖

5 結(jié)語

在軟土地基上原位觀測(cè)是一種直接而有效的方法和手段，對(duì)保證工程安全、控制工程質(zhì)量、驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工、控制工程投資起到十分重要的作用。根據(jù)飛云江仙降段監(jiān)測(cè)資料，經(jīng)分析，得到如下結(jié)論:

(1)通過原位觀測(cè)，在工程施工過程中能全程監(jiān)測(cè)堤身和地基的沉降與位移情況，及時(shí)對(duì)測(cè)試的成果進(jìn)行反饋、分析、驗(yàn)證和完善設(shè)計(jì)，并及時(shí)指導(dǎo)施工，是實(shí)行信息化施工的重要依據(jù)。

(2)從整體看，本工程的水平位移值遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，主要是因?yàn)閳?chǎng)地地質(zhì)條件情況發(fā)揮較好;通過選取場(chǎng)地中2點(diǎn)埋設(shè)測(cè)斜管，觀測(cè)到的深層土體各測(cè)點(diǎn)水平位移最大值基本在40mm左右，并且明顯趨向穩(wěn)定，地基土體抗剪切穩(wěn)定性較好。(3)綜合觀測(cè)結(jié)果的分析，本次護(hù)岸工程方案設(shè)計(jì)是合理的，施工進(jìn)度是合適的。護(hù)岸工程施工加載過程在受控范圍內(nèi)，施工加載進(jìn)度控制是成功的，地表沉降速率值完全控制在控制指標(biāo)內(nèi);護(hù)岸工程地基土整體狀態(tài)安全穩(wěn)定?？傮w上到達(dá)了設(shè)計(jì)預(yù)期要求，為后期的安全運(yùn)行和正常維護(hù)提拱了良好的基礎(chǔ)，同時(shí)，為今后類似工程的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

［1］楊宗澤，趙景崗.原位觀測(cè)在堤防工程實(shí)踐中的運(yùn)用意義［J］.陜西水利，2013(05):139-140.

［2］杭州江川水利工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司.浙江省瑞安市飛云江仙降段護(hù)岸工程原位觀測(cè)報(bào)告［R］.杭州:杭州江川水利工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，2014.