某围垦工程原位监测施工和分析

马志登

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州 310002)

某围垦工程原位监测施工和分析

马志登

(浙江省水利水电勘测设计院,浙江杭州 310002)

通过某围垦工程原位监测施工实施,阐述了原位监测的目的和意义,并对原位监测成果进行分析,得到监测的有效数据,从而指导下一步的施工,确保地基稳定、沉降均匀。

原位观测;荷载;地表沉降;孔隙水压力;水平位移

围垦工程原位监测包含地表沉降监测、地基分层沉降监测、水平位移监测、水位监测、地基十字板强度测试、地基孔隙水压力监测、闭气土浸润线监测等内容,本文结合工程案例主要对地表沉降、孔隙水压力、水平位移的施工过程和资料进行阐述分析。原位监测工作决定着围垦工程土石料抛填的强度,堵口合拢的时间选择,关系到地基的稳定性和强度增长。

1 工程概况

某围垦工程围垦面积2667 hm2,工程等别为Ⅲ等。海堤采用土石混合坝,复式断面结构型式,外海侧采用石坝挡潮,内侧采用海涂泥闭气,工程概算总投资7×108元。堤基土主要由Ⅰ层淤泥夹粉土、Ⅱ层淤泥质土、淤泥及Ⅲ层粉质粘土组成,工程地质条件一般,水平位移设计控制指标为最大水平位移≤5 mm/d,超静孔隙水压力控制指标为超静孔隙水压力系数≤0.6,海堤加载地表沉降控制指标为不同的加载断面高程和一次加载厚度根据连续3 d和5 d沉降速率决定何时停载(沉降速率在30 mm/d～15 mm/d)和何时加载(沉降速率在10 mm/d～5 mm/d)。主堤完成第四级荷载的加载,平均高程在4.5 m～6.1 m之间,其他完成三级荷载的堤段,平均高程在3.3 m～4.6 m之间。外海侧镇压层已完成二级荷载的加载,平均高程在1.7 m～2.0 m之间,原位监测设备已完成埋设。

2 原位监测仪器布置和设备选用

本工程共布置8个原位观测断面,共埋设14孔分层沉降仪,孔深 20 m～40 m,每4 m设一磁环,用于观测地基在荷载作用下不同土层的压缩量,埋设80孔(点),每孔设一孔压计,最大孔深40 m,埋设16孔测斜管,孔深28 m～40 m。此外,沿堤线每300 m左右设地表沉降观测断面,共18个断面,每个断面设6个地表沉降观测点,埋设沉降板。结合工程实际及设计要求选用以下监测设备:沉降板用于观测地基表面在各级荷载下的沉降量的沉降板,沉降板的材料及结构按设计图纸要求进行。孔隙水压力计用于观测围堤施工过程中地基超静孔隙水压力增长及消散的情况,孔隙水压力计技术指标:量程:0.0～0.25MPa;零飘 ≤2 Hz;重复性 ≤±0.4%F.S.;防水压力120%F.S.;非线性≤4%F.S.。二次仪表用于测读孔隙水压力计,二次仪表显示频率范围为400 Hz～3000 Hz,分辩率为0.1 Hz,测量灵敏度为5 mv(rms)。屏蔽电缆用于接长孔隙水压力计。测斜仪、测斜管用于观测围堤在上部荷载作用下地基土不同深度水平位移。测斜仪性能如下:传感器灵敏度:每500 mm测斜管±0.02 mm,系统总精度:每15 m测斜管±4mm,测量范围0～ ±53°。分层沉降仪、沉降环、沉降管、钢卷尺用于观测地基在荷载作用不同土层的压缩量的分层沉降仪。分层沉降仪指标:测量深度:50 m;重复性误差:±2 mm;密封性能:＞0.5 MPa水压;电源:直流12 V。

3 设备埋设安装、监测过程频次和资料整理

安装埋设过程中,要求完好率达到100%。完工验收时,分层沉降、孔压和测斜的设备完好率达到90%以上,其它设备完好率达到95%以上。①沉降板埋设板底应保持水平,保证沉降观测测杆在铅直方向,在施工观测期间加强保护措施,保证观测杆的铅直方向。测试要求:要求在施工加载期每天至少观测1次;施工间歇期在荷载停歇3 d内,每天观测1次,3 d后视观测结果,根据沉降速率的大小及孔隙水压力消散情况,每3 d～15 d观测1次,观测精度按照四等水准测量精度要求进行。测试后及时计算分析,统计日沉降量及累计沉降量,绘制沉降与时间过程曲线。②孔隙水压力计埋设方法符合土石坝工程的有关规范和仪器生产说明书的要求。孔隙水压力计外接屏蔽电缆须加以保护,电缆敷设应考虑地基的沉降。电缆连接方法保证电缆的连接效果,电缆连接头具有防水性能。每支孔隙水压力计在电缆上均做好清晰永久性的标记。测试要求:要求在施工加载期每天至少观测1次,施工间歇期在荷载停歇3 d内,每天观测1次,3 d后视观测结果,根据沉降速率的大小及孔隙水压力消散情况,每3 d～15 d观测1次。测试后及时计算各测点的孔隙水压力值,并绘制不同特征水位下超静孔隙水压力与时间关系曲线,计算孔隙水压力增量与荷载增量的比值,即孔隙水压力系数值。③测斜管埋设采用钻孔法,测斜管的连接及埋设过程、钻孔满足土石坝工程的有关规范要求。测试要求:要求在施工加载期每天至少观测1次,施工间歇期在荷载停歇3 d内,每天观测1次,3 d后视观测结果,根据沉降速率的大小及孔隙水压力消散情况,每3 d～15 d观测1次。每次测量完成后,计算日位移量、累计位移量并绘制水平位移与高程关系曲线。④分层沉降管埋设采用钻孔法,沉降管的连接、沉降环的安装、钻孔的回填均满足土石坝工程的有关规范要求。测试要求:要求在施工加载期每天至少观测1次,施工间歇期在荷载停歇3 d内,每天观测1次,3 d后视观测结果,根据沉降速率的大小及孔隙水压力消散情况,每3 d～15 d观测1次。测试后计算分析,绘制分层沉降沿高程分布曲线,统计各测点日沉降量、累计沉降量。

4 监测资料整理分析

4.1 地表沉降

各加载断面不同加载级数后沉降观测资料统计(选取0+600桩号)见表1,表中的累计沉降量是指沉降板埋设后的沉降量,累计填筑厚度不包括碎石垫层的厚度。荷载～沉降～时间过程线和沉降速率～时间过程线见图1。由沉降观测资料可知,平均沉降量在140 cm～180 cm以上,最大的沉降量为170 cm～198 cm。从表1可知,在第一级荷载加载时,由于加载直接接触涂面,涂面的瞬时沉降较大,故加载期的当天沉降速率均超过了30 mm/d,主要是抛石挤淤产生,加载过后的沉降速率收敛较快,2 d～4 d内均能收敛到小于30 mm/d,故不影响地基的稳定性;在第二级荷载加载时,部分堤段的加载厚度较高,超过了3.5 m高程,且与土方高差较大,加载期的当天沉降速率也超过了30 mm/d,但都能迅速收敛,说明加载与地基强度增长相适应;第三、四荷载加载时,经过严格的加载厚度控制,除个别堤段加载期的当天沉降速率大于30 mm/d,其余的都在正常的控制标准之内。根据沉降监测结果尤其是第二、三层加载时,分层一次加载厚度减到60 cm,延长加载间歇时间,二、三层加载施工近300 d,对每次船抛和陆抛的量进行控制。

4.2 孔隙水压力

孔隙水压力观测主要观测海堤施工过程中超静孔隙水压力增长及消散的情况,以评价地基的固结度和地基的强度增长,控制施工的加荷速率(选取0+600桩号)。堤坝中心线下地基土的孔压随时间变化过程线见图2,各级荷载下地基孔隙水压力系数(孔隙水压力增量与荷载增量的比值)和地基固结度统计(孔隙水压力消散量与孔隙水压力增量的比值)见表2。

表1 各加载断面不同加载级数后沉降观测资料统计

图1 0+600 CJ3荷载～沉降～时间过程图

图2 0+600P1孔实测超静孔隙水压力与时间过程线

从表2可知,第一级荷载加载时,由于抛石带来的涂面挤淤问题,浅层地基的压缩量较大,超静孔隙水压力的增长比较迅速,故孔隙水压力系数都大大超过了控制标准0.6,但此种加载情况下,对深层地基的作用有限,故不影响海堤的稳定;第二级荷载加载时,在加载高度1.9m～2.5m和间歇时间大于50 d的堤段,其孔隙水压力系数都在控制标准范围(超静孔隙水压力系数≤0.6)之内,但也有部分堤段由于间歇时间不够,加载厚度超过3 m,则控制指标有所超标(超0.08),后采用延长此堤段的间歇时间,减低加载厚度,此后实际的监测数据表明,孔隙水压力系数指标小于控制指标;第三级荷载加载时,经过严格的控制,监测到的孔隙水压力系数指标大部分符合设计要求;第四级荷载加载从监测到的数据来看,孔隙水压力系数指标没有超标(≤0.6)。从表2可知,经过四级荷载加载后,平均地基固结度在60%～70%之间,地基的强度增长是比较明显的。

4.3 水平位移

测斜观测主要观测在上部荷载作用下地基土不同深度的水平位移状况,判断海堤填筑的稳定性,以控制、调整加荷速率。设计指标要求最大水平位移≤10 mm/d。

表2 各级荷载下地基孔隙水压力系数统计表和地基固结度统计表

从观测结果分析,加载期的水平位移平均速率均小于10 mm/d的控制标准,部分断面当天的水平位移大于控制标准,主要是由于加载的间歇时间较短,且荷载厚度均在2 m左右,如北0+600断面在二级荷载加载时,一级荷载下的间歇时间均小于40 d,说明在加载过程中,应使荷载的间歇时间与加载的厚度相适应,再进行下一级荷载的加载。目前随着三、四级荷载的加载,水平位移逐渐向深部发展,从水平位移实测成果图中可以看出,目前在各断面地基的-15 m～-20 m高程处,均有水平位移加大的趋势。

根据加载过程施工监测结果整理,监视地基变形及稳定性,指导施加预压荷载。当测点的沉降、位移和孔隙水压力随时间的变化产生突然增大,且其累计增量与荷载增量出现非线性增大和转折时,判定该测点地基将出现塑性屈服或剪切破坏,应立即采取措施防止地基局部剪切破坏,保持地基的稳定。主要采取薄层多次加载,加载厚度减少,一次抛填量控制,减少一次集中加载,延长加载的间歇时间,停止加载或卸载对下一步施工进行指导。

5 结 语

通过监测资料分析可以得出:①经过目前四级荷载加载后,堤身外侧的涂面上基本无隆起现象,2 d～4 d内均能收敛到小于30 mm/d,并趋于稳定,随后的沉降速率也无大的突变,说明加载与地基强度增长相适应。②经过四级荷载加载后,平均地基固结度在60%～70%之间,地基的强度增长是比较明显的。③加载期的水平位移平均速率均小于10

mm/d的控制标准,随着四级荷载的加载,水平位移逐渐向地基深部发展,要严格的遵照设计的加荷曲线进行加载,采用薄层多次加载的施工工艺,避免造成一次性加载厚度过大,引发地基失稳的安全事故。由于各围垦工程地质条件不同和特殊性,在工程勘测期间应准确掌握地基各土层的物理力学性能指标,设计阶段根据地质报告和相关规范要求,明确相关原位监测指标要求,施工阶段严格按照设计要求进行施工强度安排,确保施工顺利,处理后地基强度增长稳定,沉降均匀。

[1]中华人民共和国国家经贸委.DL/T5173-2003.水利水电工程施工测量规范[S].北京:中国电力出版社,2003:10-160.

[2]中华人民共和国建设部综合勘察研究设计院.JGJ/T8-97.建筑变形测量规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1998:8-32.

[3]中华人民共和国水利部水利管理司.SL60-94.土石坝安全监测技术规范[S].北京:中国水利水电出版社,1994:10-60.

[4]上海岩土工程勘察设计研究院.CECS55:93.孔隙水压力测试规程[S].北京:中国工程建设标准化协会,1993:2-14.

[5]浙江省水利厅.浙江省海塘工程技术规定[S].1999-09-15实施.

[6]浙江广川工程咨询有限公司.北洋涂围垦工程原位监测中期报告[R].杭州:浙江广川工程咨询有限公司,2009:5-24.

[7]王林尧,陈惠忠,陈吉森.原位监测在黄砂坞治江围涂工程中的应用与分析[J].小水电,2009,(1):29-32.

Construction and Analysis for In-situ Monitoring of a Reclamation Project

MA Zhi-deng
(Zhejiang Investigation andDesign Institute of Water Conservancy and Hydropower,Hangzhou,Zhejiang310002,China)

Through the construction practice of the in-situ monitoring for a reclamation project,the purpose and significance of the in-situ monitoring are expounded here,the monitoring results are analyzed,and the effective monitoring data are obtained so as to guide the next step of construction for ensuring the stability of foundation and uniform settlement.

in-situ observation;load;ground surface settlement;pore water pressure;horizontal displacement

P753

A

1672—1144(2012)05—0124—04

2012-03-15

2012-04-25

马志登(1976—),男(汉族),浙江东阳人,硕士,高级工程师,主要从事项目管理和岩土工程工作。