滩地监测方案设计与分析

孙 丰

滩地监测方案设计与分析

孙 丰

（中船勘察设计研究院有限公司 上海 200331）

通过某滩地监测方案设计的实例，介绍了方案设计的过程，包括收集工程地质、水文地质和周边环境等基础资料，分析所需要监测的项目内容，论述了监测所需要的精度及详细的监测方法，实现了监测的目的，最后对方案设计进行了总结分析。本监测方案设计的成功，可作为类似项目监测设计时的参考。

滩地 监测方案 设计 断面测量

1 工程概况

1.1 地理位置及地貌特征

某圈围工程位于长江口南港和北港分汊口，是长江口南北港分流口整治的重要措施之一，2008年6月竣工，随即转入工程维护阶段。根据远期规划，圈围工程未来将作为水库进行开发利用。

该区域地貌特征属于潮坪地貌类型，滩面比较平坦，高程一般为3.0˜4.0m。0m等深线以上东西向长约8.0 km，南北向最宽处约2.8km，面积18.7km2。滩地周边水下局部有沙洲，南沿区段出现深槽逼岸情况。

1.2 工程地质

根据围堤勘察资料，圈围工程拟建场地泥（地）面下40.5m（相当于-38.5m）深度范围内的土层按其成因类型可划分为4层，其中第①和⑤层土根据土性和工程性质的差异又可分为若干亚层。各地层特性见表1。

1.3 水文地质

长江口为中等强度的潮汐河口，口外为正规半日潮，受潮流和地面径流的双重作用，进入口内潮波逐渐变形，为非正规半日浅海潮。每天两涨两落，呈现较显著的日潮不等现象，且落潮流历时长于涨潮流历时。

1.4 周边环境

圈围施工结束后，围堤外部发生了一系列的变化。为了调节长江南北港的水流大小，2009年圈围工程西侧水下开始修建一条潜堤，与此同时北侧一处大型水库也开始建造，其余均为原始地貌。

2 监测目的

由于地处河势较为复杂的南北港分流口，且周边工程施工仍在实施，区域河势处于动态变化过程中。围堤施工时，围堤桩号1+455～2+050和3+450～5+562区段不具备铺排条件，进行了设计变更，取消了混凝土铰链排结构。遵循“动态监测、动态实施、动态保护”的原则，为了确保圈围工程安全，故对完建期桩号0+000～10+466段堤外滩地实施动态监测。

围堤-滩地-护坎-软体排位置关系见图1。

3 监测内容的确定

从图1可以看出，滩地保护的主要问题集中在护坎和江侧斜坡的安全是否得到保障。就护坎保护来说，考虑在护坎顶部设置垂直位移和水平位移监测点，进行垂直位移和水平位移观测，了解护坎位移的规律。

日常加强安全巡视，监测护坎裂缝变化，及时了解护坎结构的变形状况。

表1 地层特性表

图1 围堤-滩地-护坎-软体排断面示意图

江侧斜坡的安全主要通过断面测量手段，能比较直观的展现断面上地形标高的变化情况。根据水流、潮汐及堤岸坍塌趋势，考虑到工程经济效果，设置200米的堤岸防护长度。在深泓逼岸段、江中浅滩段及其它重点区域设立800˜1000米的加长断面，能够了解更多的冲淤变化情况，冲淤变化直接影响到河口资源的保护和岸滩资源的利用。

监测内容主要包括工程范围内滩地的横断面测量、西堤护滩段纵断面测量、南堤冲刷剧烈段护坎结构的垂直位移监测、水平位移监测、裂缝监测及安全巡视。

4 监测频率

根据测区汛期变化、工程地质情况以及施工期的铺排情况，明确需要重点监测区段的频率，在南沿剧烈冲刷区段和潜堤下游段每两月监测一次，其它区段每年分别在1月、4月、6月和10月进行监测，确保汛前和汛后各两次。

5 监测控制标准及监测精度分析

5.1 监测控制标准

根据各区段的潜在危害程度，在监测实施过程中，要求依据表2控制标准实施报警。

表2 监测控制标准

5.2 监测精度分析

5.2.1 水下断面监测

根据《水运工程测量规范》（JTJ203-2001）要求，测点不应低于1∶2000测图的定位精度，实测线偏离不大于图上5mm，水域测点高程中误差不应超过0.2m。

定位采用Trimble5700双频GPS接收机进行静态测量，测量等级采用四等，并对控制点高程进行二等水准测量，求出准确的转换参数。使用GPS-RTK技术，进行水上定位。Trimble5700双频GPS接收机参数见表3。

水深测量选用中海达HD-27T型单频测深仪，测深精度为±1cm+0.1%×h（h为水深值），测区范围内水深均在20米以内，仪器精度能够满足监测控制标准的要求。

5.2.2 护坎水平位移监测

监测点呈弧线分布，距离跨度较大，水平位移观测采用Trimble5700双频GPS快速静态测量和Leica TC402全站仪测边交会相结合的方法进行，能够满足监测控制标准的要求。

5.2.3 护坎垂直位移监测

由于监测点间距跨度较大，闭合水准路线长度约9km，依据监测控制标准，可以采用二等或三等水准测量方法，为了使监测点垂直位移观测达到较高的精度，拟采用二等水准测量方法进行高程测量。

5.2.4 护坎裂缝监测

护坎结构采用块石灌缝的施工方法，至监测实施时竣工接近一年时间，裂纹较多，为了满足监测控制标准要求，采用带0.5mm刻度的钢尺进行量测。

6 监测实施

6.1 水下纵横断面监测

根据水下断面监测内容进行测线布设，断面线位置见图2围堤中心线外侧实线。

在测区周边布设符合规范要求的GPS控制网，控制网等级为四等。采用精密水准仪进行二等精密水准测量，获得GPS控制点的高程，即可求出测区WGS84至城市坐标系的转换参数。采用GPS-RTK技术，使用Trimble 5700和HD-27T，配合导航测深软件即可获取水下断面的平面坐标和高程。

6.2 护坎水平位移监测

护坎水平位移观测点直接布设在南沿剧烈变化段护坎顶部，和水下断面线端头对应，采用强制归心标志。测量方法部分采用Trimble5700双频GPS快速静态测量，测量等级选用一级；部分选用Leica TC402全站仪测边交会方法进行，距离测量精度为2mm+2ppm。

6.3 护坎垂直位移监测

表3 Trimble5700双频GPS接收机精度

护坎垂直位移监测点和水平位移监测点采用同点埋设，沿监测点布设一闭合水准路线，每次监测固定仪器、固定人员、固定水准路线，每次均在低潮位期间完成。

6.4 裂缝观测方法

巡视护坎顶部后发现，宽度大于1mm的裂缝较多，选择裂缝较大的26条裂缝进行重点观测，采用油漆做好标记，利用带0.5mm刻度的钢尺进行裂缝宽度量测，利用钢卷尺进行裂缝长度量测。

图2 水下断面线布设示意图

7 监测结果分析及应对措施

整个监测周期内护坎的垂直位移和水平位移均没有出现报警情况，裂缝变化非常明显，护坎的江侧护底部分区段损毁严重，出现大面积坍塌，多次报警。

断面监测发现，局部深槽向岸边逼近，护滩石拢端头冲刷严重，南沿部分区段出现汛期淤积，汛后出现冲刷的特点。

针对监测周期内出现的各种情况，施工单位进行了定期的维修。对于深槽向岸边逼近的情况，多出现在0˜-4m标高范围内，土层为①2层，呈松散˜稍密状。由于现场仍然不满足铺排施工条件，进行了局部水下抛石，江侧护底严重损毁的区段进行基础加固，重新修补护底混凝土埂和护坡。对出现的裂缝进行灌浆封闭，效果非常明显，有效的保护了滩地安全。

8 方案设计分析

滩地监测方案的实施达到了监测的目的，取得了比较理想的效果，但仍然有必要进行分析，以期能对类似项目起到较好的参考。

8.1 水下断面线长度差异

横断面线长度有差异，普通断面线长度为200m，加长线长度为1000m，可以了解重点地段的冲淤情况，也是本项目设计的特色。纵断面线布设在铰链排的头部，起到预警的作用，可以了解排布的损毁情况。各断面位置应固定，在断面标高变化剧烈的区段增加断面线的数量，同时保持测量数据的连贯性。

8.2 水下断面线冲淤展示

纵横断面线分别反映工程不同部位的冲淤情况，通过断面曲线图可以看到该断面线上地形标高的历次变化情况，全部横断面线可以反映整个区域的变化趋势，但是这仅限于二维图像。目前可以通过可视化三维建模，利用色彩充分展示整个测区的三维冲淤效果，图3a、图3b是通过我公司科研项目“三维水下动态GIS”分析软件获得的冲淤前后演示效果。

8.3 护坎垂直位移监测

图3 三维可视化冲淤演示图

由于施工已经完成接近一年时间，目前处于管理维护阶段。监测两年以来，护坎累计平均沉降量约13mm，累计最大沉降量仅为20mm。在垂直位移监测实施过程中，采用精密水准测量方法施测能灵敏的反映垂直位移的变化量，故方案中选择二等水准方法进行施测是合适的。护坎垂直位移监测在施工期监测时属于必测项目，但在长期监测中根据实际情况可以取消或将监测周期拉长。

8.4 护坎的安全巡视、裂缝观测

护坎的安全巡视、裂缝观测非常有必要，由于护坎环绕围堤，监测范围广，点位稀疏，且位移监测频率低，为了及时发现护坎变形状况，应考虑增加护坎的安全巡视的频率。

8.5 地形地质条件的影响

由于本项目所在区域为长江下游，工程建设中经常会遇到软弱地基这一不良地质，如果对软土的特性了解不深，在工程设计中重视不够，往往会导致工程事故的发生，造成重大经济损失。工程设计方案必须与地形-地质-水文和施工可操作性等条件相结合，才能选择合理的处治措施以获得满意的工程效果。

8.6 其他

适当增加水文及气象观测，如潮位、台风等，了解水文、气象环境因素对断面监测的影响程度。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.027

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1672-2469（2014）01-0083-05

孙丰（1979年—），男，工程师。