原位观测在飞云江堤防护岸工程中的应用

吴存锡

(浙江省瑞安市水利局，浙江 瑞安 325200)

1 问题的提出

在滩涂、江岸上修筑防洪堤护岸工程面对的首要问题是施工加载难控制、工后沉降难掌握。由于大部分堤防基础为淤泥质土，地基土层有含水率高、压缩性大、透水性差、固结慢的特点，工程地质条件差，又受潮水的影响，加荷后变形大，建筑物极易失稳。在这一类地基上修建工程，正确有效地监测地基的沉降变形，采用恰当的设计方案，合理安排施工加荷速率，保证工程的施工质量、安全，是工程建设中的一项十分重要的课题。在设计中，一般都通过对地质条件分析拟定设计方案，提出施工期的施工加荷速率。飞云江堤防护岸工程建设期引入原位观测后，通过对地基的沉降和侧向位移等进行现场监测与分析，跟踪了解施工及堆载过程中地基的变形情况，检验工程设计加荷速率的正确性和合理性，使加载速率和进程及时得到控制，保证了护岸工程安全及施工质量，更好地掌握了地基的变化与强度增长情况，防止地基的剪切破坏和滑动，起到了一定的工程效果［1］。同时通过原位观测的成果比较，进一步了解护岸工程施工期间和运行期间地基上部荷载出现循环变化时，对地基变形、水流冲刷和渗流等因素的影响，为工程安全运行提供必要的地基参数及工程后期研究护岸堤坝地基在施工期间荷载作用下的稳定及江岸滩涂潮水影响下地基土的稳定性，为类似工程的科学技术开发积累了资料。

2 工程概述

2.1 工程概况

瑞安市飞云江仙降段护岸工程是飞云江综合整治工程的组成部分，工程西起下西，东至金家堡，全长2380m，等别为Ⅲ级，护岸建筑物级别4级，按20a一遇洪水标准设计，临时建筑物为5级，工程概算总投资近7000万元。该段江岸属凹岸，常年受水流顶冲，水深坡陡，近年来曾发生数次规模较大的滑坡，是飞云江下游四大险段之一，存在着严重的安全隐患。工程主要建设内容包括:干砌块石和抛石护坡，充砂管袋软体排加抛石镇压层护脚，10座30m长的潜水丁坝，岸上建防洪墙和人行道、绿化带。

2.2 工程地质特点

勘察查明，在钻探所达深度范围内，共分4个工程地质层组，8个工程地质亚层:①-1块石层:为堤外侧人工抛石，层厚1.3m左右;①-2淤泥层:为新近淤积土，表层具触变性及流变性，抗剪切能力差，层厚3.3～6.7m，河道区域均有分布;①-3素填土层:层厚变化较大，松散，成分杂，性质差，层厚0.3～9.3m，河道区域局部有分布;②黏土层:层厚0.7～2.2m，除河道区域及局部孔外全场分布;③-2淤泥层:高压缩性，强度低，性质差，层厚10.3～25.1m，全场均有分布;③-3黏土层:强度较低，性质差;层厚7.2～17.8m，全场均有分布;③-透层 (淤泥质黏土混粉砂层):层厚0.7～4.4m，局部分布;④卵石层:强度高，性质好，可考虑作为桩基持力层。地基土部分物理力学指标设计参数见表1。

综合全线堤线沿岸地质情况，勘察范围内堤基自上向下主要由①-2、③-2及③-3层组成，均为静水或缓慢水流生态环境下化学作用而成，具有高含水率、高孔隙比、高灵敏度、高压缩性、低抗剪强度等特性，土性差，强度低，属极软土层，且厚度较大，是受荷载后强度变形控制的主要土层。堤岸沿线范围内以高塑性淤泥及黏土为主，不利于整个堤岸土层的快速固结排水，且强度低，抗剪切能力差，在上部荷载作用下，固结相对较缓，且后期沉降量大，对护岸工程有较大的影响，若在堤岸影响范围内大面积集中堆载，极易产生堤岸坍塌及侧向滑移，为加载后最易失稳的土层，属于工程的重点控制对象。

表1 地基土物理学性质指标设计参数表

2.3 原位观测设计控制指标

工程观测项目主要有:岸坡表面的垂直位移、岸坡地基深层水平位移、堤身浸润线、水位、潮位等;为控制施工速度，保障工程安全，在抛石施工期间，初拟施工期观测项目控制指标为:地表沉降速率≤10mm/d;水平位移速率≤5mm/d。

3 监测方法

3.1 监测工作安排

根据工程的地基特点与时间要求，2012年02月委托专业机构进行现场监测，监测单位按观测的要求迅速落实监测方案和实施细则，并经有关单位确认后，按观测的方案进行观测仪器的安装与埋设及施工期跟综观测。现场监测始于2012年03月18日，止于2014年04月21日，历时25个多月。

3.2 监测仪器与现场布置

工程观测设计包括:观测项目选定、仪器设备选型、观测设施整体设计与布置、提出施工安装与观测操作的技术要求等。位移沉降观测主要选用DSZ3型水淮仪和DT-02电子经纬仪;地基侧向位移监测由CX03型测斜仪、JTM—G8600A型ABS管组成。按现场试验监测的内容要求落实固定测点，对沿线的观测网点建立统一的测量控制系统，同时分别对位移沉降观测装置与地基侧向位移监测装置实行了严格的现场保护措施，防止测斜孔等设备的信号线受人为破坏而影响监测数据精度。

3.3 原理方法

沉降按四等水准技术要求测量，位移观测采用视准线法或三角交汇法。位移沉降联合观测是通过提供的固定基准点，用水准仪和经纬仪观测到各个测点不同时间的高程和方位。边桩水平位移应用经纬仪按视准线法测定，水平位移时间与沉降监测同步进行。测斜观测是通过测斜仪测定以摆捶为基准的弧度变化来量测土体水平位移，当土体产生位移时，埋入土体中的测斜管随土体同步位移，测斜管的位移量即为土体的位移量。

3.4 观测要求与频率

在护岸工程施工期和堆载施工期间，每天至少观测1次，3d后根据沉降速率的大小，每周观测1次，堤坝完成后在堆载间歇期，每月观测1次;特殊情况下根据监理、建设、设计单位的要求及时进行观测。每次外业测量完成时及时将测量数据导入计算机，绘制变形速率～深度曲线和位移～深度曲线，发现异常时立即返回现场重测。

4 监测成果分析

4.1 沿线沉降测点观测

为监测护岸工程施工过程对地基土的影响，分别在2380m线堤每间隔200m左右设置1个观测断面共12个，每个沉降观测断面设置地表沉降观测点3个，采取埋设沉降板取得初始高程的方法来控制指标，用实测到的杆顶端高程计算出相邻2次的沉降差，得到沉降速率与累计沉降量，同时对加载速率与沉降速率及时进行比较。以施工期k0+565m主要沉降测点为例，在抛石施工期间，起始观测日期2012年05月13日，最后观测日期2013年01月11日，观测结束时最终沉降量为77.00mm(见表2)。在挡墙施工期间K0+565m的T3断面观测点，2012年12月23日开始测得初始高程为1.402m，至2014年04月21日止的高程为1.155m，历时483d。此间进行了18次跟踪监测，结果累计沉降了247.00mm(见表3)。同时对各次的观测记录进行对照分析，且每次相邻观测的沉降速率始终保持在 0.17～ 0.57mm/d［2］。

表2 抛石施工期间主要沉降测点最终观测结果表

表3 挡墙施工期间主要沉降测点最终观测结果表

综上所述，挡墙施工期各观测点过程中沉降发展较小，累计沉降在300mm左右，从曲线发展趋势来看，沉降已趋于稳定。

4.2 地基侧向位移监测

图1 测斜布置示意图

地基侧向位移监测主要是监测在上部荷载作用下地基内部不同深度的水平位移情况，通过深层侧向位移的动态观测掌握实测数据，绘制累计水平位移沿深度分布曲线，可判断地基的稳定性，以控制、调整加荷速率。针对要求，本工程为了分析堤坝地基土变形规律，在护岸工程沿线选取桩号k1+300m和k2+000m两个点位布置测斜位移观测仪器。测斜孔埋设布置、测斜布置见图1。2个测斜管初测日期并不相同，桩号k2+000m从2013年1月16日开始初测，桩号k1+300m从2013年3月25日开始初测，至2013年11月14日，各测斜孔水平位移见图2、3。从图2、3可以看出，本次监测期间，去除接近地表的测点，土体变形测斜孔最大位移点发生在地表下6m左右，土体变形累计最大为42.65mm，平均变形速率为0.14mm/d，最大变形速率远小于控制指标值。

图2 1+300m堤坝水平位移图

图3 2+000m堤坝水平位移图

5 结语

在软土地基上原位观测是一种直接而有效的方法和手段，对保证工程安全、控制工程质量、验证设计、指导施工、控制工程投资起到十分重要的作用。根据飞云江仙降段监测资料，经分析，得到如下结论:

(1)通过原位观测，在工程施工过程中能全程监测堤身和地基的沉降与位移情况，及时对测试的成果进行反馈、分析、验证和完善设计，并及时指导施工，是实行信息化施工的重要依据。

(2)从整体看，本工程的水平位移值远小于设计控制指标，主要是因为场地地质条件情况发挥较好;通过选取场地中2点埋设测斜管，观测到的深层土体各测点水平位移最大值基本在40mm左右，并且明显趋向稳定，地基土体抗剪切稳定性较好。(3)综合观测结果的分析，本次护岸工程方案设计是合理的，施工进度是合适的。护岸工程施工加载过程在受控范围内，施工加载进度控制是成功的，地表沉降速率值完全控制在控制指标内;护岸工程地基土整体状态安全稳定。总体上到达了设计预期要求，为后期的安全运行和正常维护提拱了良好的基础，同时，为今后类似工程的设计和建设提供了宝贵的经验。

［1］杨宗泽，赵景岗.原位观测在堤防工程实践中的运用意义［J］.陕西水利，2013(05):139-140.

［2］杭州江川水利工程设计咨询有限公司.浙江省瑞安市飞云江仙降段护岸工程原位观测报告［R］.杭州:杭州江川水利工程设计咨询有限公司，2014.