滹沱河倒虹吸工程安全监测布置及成果分析

□崔铁军

（南水北调中线干线工程建设管理局河北分局）

1 工程概况

滹沱河倒虹吸位于河北省正定县西柏棠乡新村村北，倒虹吸长2 225 m，与滹沱河河道基本垂直，由进口渐变段、进口闸室段、管身段、出口闸室段、出口渐变段五部分组成。工程建筑物级别为1 级，设计流量170 m3/s，加大流量200 m3/s。工程主要承担南水北调中线全线贯通后的输水任务，退水闸主要承担总干渠退水任务。

滹沱河倒虹吸管身为钢筋混凝土箱涵断面，过水断面3（孔）×6.00 m（宽）×6.20 m（高），进口斜坡段长48 m，管身水平段长1 935 m，出口斜坡段长60 m，顶板、底板、侧墙厚度1.30 m，中墙厚度1.20 m。

2 监测设施布置及埋设

2.1 监测项目

为监测本工程在施工期和运行期的安全状况，设计布置了用于观测结构沉降变形、混凝土应力应变、钢筋应力、土压力、接缝开合度、基础渗流和巡视检查等项目。

2.2 监测布置

进出口渐变段各布置1个监测断面，每个断面布置3支土压力计，监测挡土墙的墙后土压力；在每个断面左右挡土墙顶部各布设1 个沉降标点，监测挡土墙的垂直位移，同时在左右两侧各设1根测压管，监测基础渗流。

进口检修闸、出口节制闸主要布置基础反力监测、渗流监测和表面变形监测，共布置土压力计4支、渗压计11支、沉降标点6个。

退水闸主要布置基础渗流监测和表面变形监测项目，共布置渗压计10支、沉降标点2个。

管身段共布置4 个典型监测断面，进、出口斜坡段和水平管段各布置1 个断面。其中，斜管段每个断面布置应变计10支，无应力计2支，钢筋计12支，监测混凝土的应力应变和钢筋应力；渗压计4支，监测基础的渗流压力；土压力计3支，监测管身基础反力。水平管段每个断面布置应变计13支，无应力计3支，钢筋计18支，监测混凝土的应力应变和钢筋应力；渗压计4支，监测基础的渗流压力；土压力计5 支，监测管身基础反力。典型监测断面见图1。

同时，为监测结构的接缝变形和结构的沉降，在进出口闸室与管身及管身与管身接缝处共布设测缝计14 支；在管身底板布设29个沉降标点。

滹沱河倒虹吸共计布置各类仪器238支（个），用于结构内部观测仪器均为振弦式，截止目前，监测仪器失效22 支，仪器完好率为90.76%。

3 安全监测成果分析

3.1 渗流监测

当前，进、出口段及管身段等各部位渗压计测值较小，一般在5 kPa以内，渗压力主要随着季节呈周期性变化，表明建筑物结构未出现内水外渗现象，渗压力变化过程线见图2。

3.2 土压力监测

当前侧向土压力未见异常变化，进口渐变段土压力测值为76.90 kPa；进口闸土压力测值为24.60 kPa；进口管身段土压力在9.80 ～113.90 kPa；出口渐变段土压力计测值在0～17.90 kPa；出口闸土压力计测值在-24.20～-9.60 kPa；出口管身段土压力计测值在0～63.10 kPa；当前土压力测值与往年数据相比，变化规律和趋势具有一致性和合理性，未发现异常现象。

当前土压力测值受温度影响较大，由于基础桥接作用影响，部分测值为负值，不能反映真实的基底应力和侧向土压力，结合其它监测仪器设施综合分析判断结构受力状态正常。

图1 滹沱河渠道倒虹吸2#观测断面图

图2 滹沱河倒虹吸进口段及进口管身基础渗流压力变化过程线图

3.2.1 钢筋应力监测

斜管段246+254和248+240断面各布置12支钢筋计，直管段246+315和248+185断面各布置18支钢筋计，用以监测箱涵结构内部钢筋应力。

从钢筋计测值过程线看：①钢筋应力与温度呈负相关。②箱涵顶板和底板内层横向钢筋基本处于受拉应力状态，且顶板内层钢筋应力比底板内层钢筋应力大；③外层横向钢筋基本处于受压的应力状态，且顶板外层钢筋应力比底板外层钢筋应力大，对于同一高程的外层钢筋，离边墙越远，钢筋应力越大；④边墙和中墙竖向外层钢筋基本处于受拉应力状态，内层钢筋基本处于受压状态。⑤边墙和中墙竖向钢筋应力最大，底板横向钢筋应力次之，顶板横向钢筋应力最小。

当前进口段、出口段及管身箱涵内部钢筋应力均在合理范围内。其中进口段钢筋应力为-33.70～23.70 MPa，出口段钢筋应力在-21.60～44.30 MPa，月变幅较小，与往年数据相比较，变化规律和趋势具有一致性和合理性，未发现异常现象，钢筋应力测值过程线见图3。

图3 滹沱河倒虹吸出口段（4#断面）钢筋应力测值过程线图

3.2.2 混凝土应力应变监测

斜管段246+254和248+240断面各布置2支无应力计和10支应变计，直管段246+315 和248+185 断面各布置3 支无应力计和13支应变计。

倒虹吸管身箱涵内部混凝土实测总应变与温度相关性良好，混凝土浇筑后初期出现较大拉应变，后期基本为压应变。截止到2018 年12 月，进口段测值-444.50～-158.70με ，出口段测值为-309.50～-58.70με ；与往年数据相比较，变化规律和趋势具有一致性和合理性，未发现异常现象。

3.3 结构缝变形监测

滹沱河倒虹吸进、出口闸与相邻的斜管段箱涵之间底板接缝处均布置了1 支测缝计，进、出口斜管段各箱涵之间以及斜管段与平管段接缝处均布置了2支测缝计，共计14支。

接缝开合度与温度相关性良好，温升趋于闭合，温降趋于张开，呈年周期性变化。当前，进口段历史最大开度测值为3.20 mm，当前测值在0～1.90 mm；出口段历史最大开度测值为3.70 mm，当前测值在0.10～2.40 mm。各部位月变幅较小，在0.50 mm以内。进、出口段同类部位接缝的变形量接近，量值在正常值范围内。

3.4 表面垂直位移监测

当前，进、出口段沉降不明显，累计沉降量最大值在-5.00～5.00 mm 范围内，累计沉降量及相邻结构之间的沉降差均在正常范围内，当前累计沉降量主要随温度呈小幅波动变化，变形基本稳定，沉降监测过程线见图4。

图4 滹沱河渠道倒虹出口沉降监测过程线图

4 主要结论与建议

①滹沱河倒虹吸设计单元工程监测仪器完好率为90.76%，总体上满足规范要求和工程安全监测需要。

②本工程渗流、应力应变和变形监测值的大小与变化情况符合一般规律，历年来具有一致性和合理性，未发现影响工程安全运行的异常问题。