谈船闸主体建筑物沉降的观测
一.工程概况
京杭运河解台二线船闸工程是我省利用世行贷款投资建设的交通重点工程,船闸位于徐州市贾汪区大吴镇,距市区约20km,处于京杭运河江苏段西线航道解台一线船闸北侧。
解台二线船闸与一线船闸平行布置,两闸中心线相距90m,船闸基本尺度230×23×5m,主要结构形式:闸首为钢筋混凝土底板、空箱边墩、头部环绕短廊道输水、钢结构人字闸门及提升式平板阀门、电气自动控制液压启闭机,闸室为钢筋混凝土透水底板、扶壁式钢筋混凝土闸墙,钢筋混凝土上、下游护坦,上下游主副导航墙、靠船墩及护岸为混凝土底板浆砌块石墙(墩)身。设计年通过能力为2500万吨。
二.沉降观测目的和内容
沉降观测是船闸建设不可忽视的工作之一,通过沉降观测,可以监测建筑物的沉降变位情况,不但为今后的船闸底板内力计算提供数据,提高了准确性,而且能便于及时发现异常情况,采取措施,保证工程的安全运行。
由于解台二线船闸上、下闸首为整体坞式结构,我省船闸建设有关部门经过多年实践总结,目前普遍采用预留施工宽缝,将整块底板分成三块,待两侧边墩浇筑完成、回填土达到所要求的高程、地基沉降稳定后,再进行封铰,可有效地减小底板的内力或厚度;并能减少闸塘开挖后对地基的卸载及底板、闸墙边墩浇筑过程中因加载而产生的地基升降变化。通过定期进行沉降观测,可以掌握软基的固结过程,用来确定预留施工宽缝对内力的影响, 同时为确定封铰时机和地下水位控制、加载速率提供依据。
沉降观测的主要内容是:通过布设控制网,按相关精度要求,根据施工分级加载实况,定期定点对坞室结构底板封铰前后每块底板和每节闸室墙在建设过程中的沉降情况进行观测,直至工程竣工验收,移交使用单位。
三.沉降观测方案
3.1 精度指标与观测仪器的选择
设计单位对主体工程上、下闸首及闸室坞式段施工宽缝封铰提出的要求,其中有一条为边墩的沉降速率(连续10天)每昼夜小于0.1mm。
如果按照限差为0.1mm来设计观测方案,高差中误差须满足0.05mm的要求,目前最先进的精密水准仪每km高差中误差只能满足0.7mm的要求,无法满足设计要求。经与设计部门商讨,变更为通过连续3个10天的观测,如果结果都不超过1mm,则认为满足设计要求。
根据设计要求和现行国家《工程测量规范》、《建筑物变形测量规程》及交通部《水运工程测量规范》中对沉降观测的各项规定,结合解台二线船闸工程具体的特点,我们选择变形测量的二级标准作为本项沉降观测工作的精度指标,详见表1。
沉降观测是船闸工程中精度较高的测量工作,仪器设备、布设路线、观测方法及人员素质等多方面都会影响观测数据的精度。在该测量工作中我们选择S1级瑞士LeicaNA2/GPM3精密水准仪,配合铟钢水准尺进行作业,省测绘局鉴定部门对仪器的各项指标进行了技术鉴定,在作业期间我们多次对仪器i角差进行检核,为观测工作提供了技术保证。
3.2 观测路线的布设
3.2.1 水准基点、工作基点的设置
水准基点由测区原有等级水准点(设计部门提供)BM(33.226m)、G2(32.652m)组成,该两点高程数据经多次联测检核,高差误差均小于1.0mm。且两水准基点均位于一线闸管理区较为偏僻地方,是一线闸施工期间(1958~1961年)设置的,点位稳定可靠。我们以观测条件较好的BM作为主基点,G2作为校核点。利用原一线船闸南侧(二线闸施工区外侧)闸墙一个沉降钉(A9)作为工作基点,与BM、G2形成一个闭合环,检测起始数据的正确性。
3.2.2 观测点的布设
上、下闸首及闸室坞式段均在边墩底板及施工宽缝的两端各布设8个沉降钉计24个观测点;闸室14节扶壁段均在闸墙底板两端各布设4个沉降钉计56个观测点;沉降钉的制作采用40cmФ18螺纹钢顶端焊接镀铜半球圆帽加工而成,埋设时配以斜筋焊接在底板面层及
由工作基点A9至观测点路线基本沿闸塘外围原状土上设置,中间转点全部埋设测桩,采用50~100cmФ20螺纹钢打入土层,表面浇筑20~30cm厚砼,进入闸塘边坡段,除转点采用同前设置外,测站架镜的位置也埋设30cm厚砼,以保证观测时仪器的稳定。
整个观测线路由BM、A9和14-2、12-4、10-2等11个观测点形成一个整体闭合环,全长1.32km,36测站,不在路线上的其他观测点,由其邻近观测点固定观测。
3.3 观测方法及注意事项
本次沉降观测工作采用精密几何水准测量方法进行,观测过程中,各项偏差控制及内业数据处理按照国家《建筑物变形测量规程》中各项规定执行。
进行沉降观测过程中,须注意的几个问题:
(1)每次观测应遵守“四固定”原则,即:观测所用仪器及水准标尺固定;观测人员固定;观测路线固定;观测环境和条件基本相同。
(2)水准仪i角是一个变化值,每次作业前,对i角进行检查,若发现i角大于10秒,应及时进行检验校正。
(3)布设观测路线时,前后视距不超过40m,前后视距差不超过1.0m,以控制i角的误差影响,同时提高观测时的清晰度。
(4)观测时间及环境:不在日出前后1小时、中午时分进行观测,更不能在大风或有雾的情况下进行观测。
(5)为保证水准尺气泡稳定居中,自制一些简单的水准尺辅助标杆,以使扶尺员快速稳定地竖直标尺,提高观测效率。
3.4 观测周期
船闸底板基础是分段施工的,为及时掌握加载后的初始观测值,在每节底板浇筑混凝土终凝后,即开始初始观测,因此不同底板上沉降观测点的初始观测日期是不一样的。
对于建筑物变形观测周期,有关测量规范、规程都没作统一规定,我们根据以往同类型船闸经验,结合本工程闸室墙采用龙门架支撑大模板一次到顶浇筑砼的施工方案,分析基础加载的情况,制定如下观测周期:施工初期20天,封铰前期至封铰期间10天,封铰后至观测点移测到闸室墙顶部30天。
船闸主体建筑物施工期间,如遇到特殊情况(回填土与地下水位发生较大变化,底板或墙体产生裂缝,沉降缝两侧出现较大不均匀沉降等),应立即进行逐日或几天一次的连续观测,及时提供观测数据,确保建筑物安全。
四.沉降观测成果
从2000年5月至2002年1月,共完成40次沉降观测(2001年6月26日以后移测到闸室墙顶部观测),闭合环线的高差闭合差在-0.3~+1.5mm之间,满足二等水准测量精度要求。沉降观测成果数据见表2。
五.结论和体会
(1)观测数据表明,本工程整个施工阶段基础的下沉量及回弹量的变化与施工顺序、地基上的加载大小、施工进度、地下水位情况等密切相关。
(2)沉降观测资料反映施工阶段的实际沉降量,难以与设计部门提供的理论预留沉降量相符,其主要原因是理论计算假设条件与上述施工条件变化出入较大,计算无法考虑施工期各种动态的影响因素,另外地质条件复杂。(来自:www.jianzhu518.com)目前理论计算虽考虑土体的固结过程,把地基作为粘弹性模型进行计算,但由于计算参数随不同土质而不尽相同,难以正确选取,故只有通过现场观测,采用反分析法来确定计算参数,才能为设计提供有效的数据。
(3)由于累计沉降量均与初始观测值相关,因此初始观测值的准确性极为重要,每个观测点的初始观测值必须采用最初连续两次观测结果的平均值。
(4)船闸工程沉降观测工作是一项非常繁杂的工作,技术要求高,需要付出艰辛的劳动。闸室墙后回填土施工时部分观测线路须临时调整,且达不到固定如初,这是影响观测精度的主要原因。采用全站仪在固定测站及镜高的情况下,通过三角高程的方法来代替几何水准进行沉降观测,可以减少劳动强度,但能否满足精度要求,是值得在今后船闸建设中加以研究的。