长江堤防重要涵闸施工安全监测技术

收稿日期:2007 08 22

作者简介:李明福,男,长江委工程建设监理中心(湖北)深圳公司经理,高级工程师.

文章编号:1006 0081(2007)17 0023 04

长江堤防重要涵闸施工安全监测技术

李明福 赵风雷 张 潇

(长江水利委员会工程建设监理中心(湖北),湖北武汉 430010)

摘要:大型、重要涵闸作为长江堤防的关键控制性构筑物,对大堤发挥排蓄洪、农田灌溉等经济和社会效益起着关键性的控制作用。构筑物本身在施工期及运行期的安全问题,直接关系着工程的施工质量以及长江大堤的安危,在施工过程中运用安全监测技术以获取相关的安全量化信息,能起到指导工程施工和为工程质量评价提供依据的重要作用。通过长江重要堤防隐蔽工程建设实例阐述重要涵闸施工安全监测技术的方法和应用。

关键词:堤防;重要涵闸;施工期;安全监测;变形观测;长江中图分类号:T V 871 文献标识码:A

在长江重要堤防隐蔽工程建设期间新建和改建了8座重要涵闸,修建涵闸时,由于受地质、水文条件及涵闸构筑物本身荷载等因素不断变化的影响,涵闸构筑物本身和周边环境均会产生一定量的倾斜、沉降、开裂及地形形变等。对上述变形量运用安全监测技术以获取相关的量化信息,能起到指导工程施工和为工程质量评价提供依据的重要作用。

施工安全监测是指在建筑物(构筑物)施工期间,对建筑物(构筑物)本身及其地基或周边环境(一定范围的岩体和土体)的变形(包括水平位移、沉降、倾斜、挠度、接缝与裂缝、地形形变等)进行测量,以获得准确的观测数据,并对监测数据进行综合分析,及时对可能造成的危害作出预报,以便采取必要的技术措施进行处理,避免造成严重的后果。

施工安全监测的方法通常可以分为两类:外部变形监测和内部变形监测。外部变形监测数据主要用于变形的几何分析以确定变形量的大小、方向及变化,内部变形监测数据则侧重应用与变形的物理解释。

本文以外部变形监测为主,介绍长江堤防工程某重要涵闸在施工期的安全监测技术的方法和应用。

1 涵闸变形监测的主要内容

涵闸施工期安全监测的内容主要是由设计按照

有关规范并结合建筑物的规模及其所在的地形地质等具体条件提出的,在实施过程中可结合阶段性的安全监测分析结果作相应调整。一般情况下,涵闸施工期变形监测的内容主要包括: 闸首及涵洞的水平位移观测; 闸首及涵洞的沉降观测;!涵洞的相对错动量观测;∀接缝的错动量观测;#裂缝观测;∃邻近地形形变观测;%巡视检查。

2 监测方案确立及实施的原则

根据变形监测内容及其允许或预估变形值,结合工程所在地质、地形和施工进度安排等条件,进行监测方案的设计,包括测量方法的选择及精度分析、监

测网的布设、观测周期的确定、作业实施的要求等。2.1 测量方法选择

水平位移的测量方法包括导线测量法、基准线法、前方交会法、小角法等,在特殊情况下,还可采用GPS 卫星定位测量的方法观测点位坐标的变化从而求出水平位移值,或通过地面近景摄影测量的方法求取水平位移值。

垂直位移(沉降)的测量方法主要是精密水准测量,一般采用国家二等水准及以上的精度要求施测,在观测条件受限制的情况下可以采用液体静力水准测量法。

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接缝/裂缝的距离观测一般采用因瓦尺精密量距法直接测出。

变形观测精度分析最终目的是估计和确定监测点合适的测量精度(水平位移观测最弱点点位中误差;垂直位移(沉降)观测最弱点高程中误差;接缝/裂缝观测的测距相对中误差等)。精度指标偏低,观测成果将无法真实反映建筑物的变形情况;精度指标偏高,则存在成本费用大的弊端。

2.2 监测网布设

变形监测网由基准点、工作基点和监测点组成,平高坐标系统的确定、基准点和工作基点数量及位置的选择、监测点在变形体上位置等是监测网布设时要考虑的主要问题。

变形监测网一般分为两级,基准点网与工作基点网。基准点布设在变形体之外,远离或深埋于建筑物,必须保证它相对于监测对象是足够稳定的;工作基点布设在变形体周围既方便观测又相对稳定的地方。以工作基点测定变形观测点的变形;再以基准点测定工作基点的变形,以便对观测点施加由于工作基点变形引起的改正。实际是工作基点网测定变形体的相对变形,而基准点网测定变形体的绝对变形。

监测点点位选取应具代表性,点位布设遵循∋突出重点,顾及全面(的原则。

2.3 观测周期确定

观测周期及观测周期数的确定取决于变形的类型、部位、大小、速率、观测目的和工程施工进度。一般建设初期变形速度快,观测频次相应要密;随着建筑物趋向稳定,可降低观测密度;在观测期间,如因外界条件导致建筑物加速变形时,可适当增加观测频次。另外,一个周期内完成观测的时间(一周期中完成所有的测量工作允许的时间间隔)也应予以确定,否则观测周期内的变形有可能被歪曲。

2.4 作业实施要求

作业实施细则的编写是监测方案设计的一个重要环节,它最终落实所有设计的细节,包括作业段时间、作业人员、采用仪器设备、具体的技术细节等,它是控制监测成果质量最重要的依据性文件之一。

需要特别指出的是,除了按照一般测量的要求规范作业外,还应考虑监测工作本身的特点,要尽量做到每期观测的∋重复性(,如相同的仪器、相同的观测人员、相同的作业速度、相似的气候条件、同样的观测路线等,以消除测量系统误差对观测成果的影响。另外,除记录监测仪器的观测数据外,对环境因素(施工进度、水文气象情况等)的变化也应详细记录,以便于监测成果的分析预报。

3 数据处理与分析

通过变形观测获得大量的观测资料后,必须经过科学的整理分析,才能对变形体的变形作出正确的判断。其数据处理与分析包括如下两个方面。

(1)观测资料的检核与筛选、整理与整编。通过检核,确保资料无误的同时,还要对数据进行必要的筛选,以防止粗差干扰变形信息分析。在此基础上整编、绘制各种图表,以作进一步分析使用。

(2)变形分析分为定性分析与定量分析。定性分析是通过图解法结合分析周边环境变化、荷载变化等找出变形的成因及变形的幅度与规律性;定量分析是确定变形与变形成因之间的统计关系,从而更好地为施工服务。目前常用的分析方法有形变过程曲线法和回归分析法等。形变过程曲线法是指通过对各种观测值进行完整性和可靠性分析,剔除粗差处理离群观测值后,采用绘制过程变形曲线的方法做变形趋势的分析预报。回归分析法是通过对多期的观测数据的分析确定出自变量(如施工进度、建筑物自荷载、气象条件等)和因变量(变形)之间的函数关系,以解释变形产生的原因并作出变形预报。

4 工程实例应用及分析

4.1 工程概述

长江重要堤防某闸重建工程为防汛应急工程,主体工程由内外海漫、消力池及闸首、钢筋混凝土箱涵及闸尾组成。2000年3月,主体工程施工基本结束,4月初开始穿堤段的土方回填施工。由于该堤段江底淤泥层极厚,工程地质条件较差,开挖时曾发生基坑边坡深层滑动,为监视涵闸及其基础在土方回填施工阶段的变形情况,以掌握工程安全信息并为合理安排回填施工进度提供依据,对该闸实施了以沉降变形监测为主的施工安全监测。

4.2 实施方案

根据工程实际情况结合现场观测条件,经业主、设计、施工、监理、监测等参建各方共同研究确定,该工程共布设沉降监测点14点,主要分布在闸首、闸

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