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談船閘主體建筑物沉降的觀測(cè)

2009-02-13 16:15    【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  一、工程概況

  京杭運(yùn)河解臺(tái)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(diǎn)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(yùn)河江蘇段西線航道解臺(tái)一線船閘北側(cè)。

  解臺(tái)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(mén)及提升式平板閥門(mén)、電氣自動(dòng)控制液壓?jiǎn)㈤]機(jī),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(hù)坦,上下游主副導(dǎo)航墻、靠船墩及護(hù)岸為混凝土底板漿砌塊石墻(墩)身。設(shè)計(jì)年通過(guò)能力為2500萬(wàn)噸。

  二、沉降觀測(cè) 目的和內(nèi)容

  沉降觀測(cè)是船閘建設(shè)不可忽視的工作之一,通過(guò)沉降觀測(cè),可以監(jiān)測(cè)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,采取措施,保證工程的安全運(yùn)行。

  由于解臺(tái)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(mén)經(jīng)過(guò)多年實(shí)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(dá)到所要求的高程、地基沉降穩(wěn)定后,再進(jìn)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(kāi)挖后對(duì)地基的卸載及底板、閘墻邊墩澆筑過(guò)程中因加載而產(chǎn)生的地基升降變化。通過(guò)定期進(jìn)行沉降觀測(cè),可以掌握軟基的固結(jié)過(guò)程,用來(lái)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(cè)的主要內(nèi)容是:通過(guò)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(guò)程中的沉降情況進(jìn)行觀測(cè),直至工程竣工驗(yàn)收,移交使用單位。

  三、沉降觀測(cè)方案

  3.1 精度指標(biāo)與觀測(cè)儀器的選擇

  設(shè)計(jì)單位對(duì)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(lái)設(shè)計(jì)觀測(cè)方案,高差中誤差須滿足0.05mm的要求,目前最先進(jìn)的精密水準(zhǔn)儀每km高差中誤差只能滿足0.7mm的要求,無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)與設(shè)計(jì)部門(mén)商討,變更為通過(guò)連續(xù)3個(gè)10天的觀測(cè),如果結(jié)果都不超過(guò)1mm,則認(rèn)為滿足設(shè)計(jì)要求。

  根據(jù)設(shè)計(jì)要求和現(xiàn)行國(guó)家《工程測(cè)量規(guī)范》、《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》及交通部《水運(yùn)工程測(cè)量規(guī)范》中對(duì)沉降觀測(cè)的各項(xiàng)規(guī)定,結(jié)合解臺(tái)二線船閘工程具體的特點(diǎn),我們選擇變形測(cè)量的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為本項(xiàng)沉降觀測(cè)工作的精度指標(biāo)。

  沉降觀測(cè)是船閘工程中精度較高的測(cè)量工作,儀器設(shè)備、布設(shè)路線、觀測(cè)方法及人員素質(zhì)等多方面都會(huì)影響觀測(cè)數(shù)據(jù)的精度。在該測(cè)量工作中我們選擇S1級(jí)瑞士LeicaNA2/GPM3精密水準(zhǔn)儀,配合銦鋼水準(zhǔn)尺進(jìn)行作業(yè),省測(cè)繪局鑒定部門(mén)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(cè)工作提供了技術(shù)保證。

  3.2 觀測(cè)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(cè)區(qū)原有等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)(設(shè)計(jì)部門(mén)提供)BM(33.226m)、G2(32.652m)組成,該兩點(diǎn)高程數(shù)據(jù)經(jīng)多次聯(lián)測(cè)檢核,高差誤差均小于110mm。且兩水準(zhǔn)基點(diǎn)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(diǎn)位穩(wěn)定可靠。我們以觀測(cè)條件較好的BM作為主基點(diǎn),G2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))閘墻一個(gè)沉降釘(A9)作為工作基點(diǎn),與BM、G2形成一個(gè)閉合環(huán),檢測(cè)起始數(shù)據(jù)的正確性。

  3.2.2 觀測(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn);沉降釘?shù)闹谱鞑捎?0cmФ18螺紋鋼頂端焊接鍍銅半球圓帽加工而成,埋設(shè)時(shí)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(diǎn)位穩(wěn)固。

  由工作基點(diǎn)A9至觀測(cè)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(cè)樁,采用50~100cmФ20螺紋鋼打入土層,表面澆筑20~30cm厚砼,進(jìn)入閘塘邊坡段,除轉(zhuǎn)點(diǎn)采用同前設(shè)置外,測(cè)站架鏡的位置也埋設(shè)30cm厚砼,以保證觀測(cè)時(shí)儀器的穩(wěn)定。

  整個(gè)觀測(cè)線路由BM、A9和14-2、12-4、10-2等11個(gè)觀測(cè)點(diǎn)形成一個(gè)整體閉合環(huán),全長(zhǎng)1.32km,36測(cè)站,不在路線上的其他觀測(cè)點(diǎn),由其鄰近觀測(cè)點(diǎn)固定觀測(cè)。

  3.3 觀測(cè)方法及注意事項(xiàng)

  本次沉降觀測(cè)工作采用精密幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行,觀測(cè)過(guò)程中,各項(xiàng)偏差控制及內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理按照國(guó)家《建筑物變形測(cè)量規(guī)程》中各項(xiàng)規(guī)定執(zhí)行。

  進(jìn)行沉降觀測(cè)過(guò)程中,須注意的幾個(gè)問(wèn)題:

 。1)每次觀測(cè)應(yīng)遵守“四固定”原則,即:觀測(cè)所用儀器及水準(zhǔn)標(biāo)尺固定;觀測(cè)人員固定;觀測(cè)路線固定;觀測(cè)環(huán)境和條件基本相同。

 。2)水準(zhǔn)儀角是一個(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秒,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)校正。

  (3)布設(shè)觀測(cè)路線時(shí),前后視距不超過(guò)40m,前后視距差不超過(guò)1.0m,以控制i角的誤差影響,同時(shí)提高觀測(cè)時(shí)的清晰度。

 。4)觀測(cè)時(shí)間及環(huán)境:不在日出前后1小時(shí)、中午時(shí)分進(jìn)行觀測(cè),更不能在大風(fēng)或有霧的情況下進(jìn)行觀測(cè)。

  (5)為保證水準(zhǔn)尺氣泡穩(wěn)定居中,自制一些簡(jiǎn)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(cè)效率。

  3.4 觀測(cè)周期

  船閘底板基礎(chǔ)是分段施工的,為及時(shí)掌握加載后的初始觀測(cè)值,在每節(jié)底板澆筑混凝土終凝后,即開(kāi)始初始觀測(cè),因此不同底板上沉降觀測(cè)點(diǎn)的初始觀測(cè)日期是不一樣的。

  對(duì)于建筑物變形觀測(cè)周期,有關(guān)測(cè)量規(guī)范、規(guī)程都沒(méi)作統(tǒng)一規(guī)定,我們根據(jù)以往同類(lèi)型船閘經(jīng)驗(yàn),結(jié)合本工程閘室墻采用龍門(mén)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(cè)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(cè)點(diǎn)移測(cè)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(jìn)行逐日或幾天一次的連續(xù)觀測(cè),及時(shí)提供觀測(cè)數(shù)據(jù),確保建筑物安全。

  四、沉降觀測(cè)成果  

  從2000年5月至2002年1月,共完成40次沉降觀測(cè)(2001年6月26日以后移測(cè)到閘室墻頂部觀測(cè)),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(cè)量精度要求。

  五、結(jié)論和體會(huì)

 。1)觀測(cè)數(shù)據(jù)表明,本工程整個(gè)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(jìn)度、地下水位情況等密切相關(guān)。

 。2)沉降觀測(cè)資料反映施工階段的實(shí)際沉降量,難以與設(shè)計(jì)部門(mén)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)條件與上述施工條件變化出入較大,計(jì)算無(wú)法考慮施工期各種動(dòng)態(tài)的影響因素,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(guò)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,故只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),采用反分析法來(lái)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(cè)值相關(guān),因此初始觀測(cè)值的準(zhǔn)確性極為重要,每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的初始觀測(cè)值必須采用最初連續(xù)兩次觀測(cè)結(jié)果的平均值。

  (4)工程沉降觀測(cè)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(cè)線路須臨時(shí)調(diào)整,且達(dá)不到固定如初,這是影響觀測(cè)精度的主要原因。采用全站儀在固定測(cè)站及鏡高的情況下,通過(guò)三角高程的方法來(lái)代替幾何水準(zhǔn)進(jìn)行沉降觀測(cè),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。

延伸閱讀:船閘 建筑物 沉降
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