某填岛地表沉降监测技术路线及数据分析

郭小童 董莹 赵学恩

海南有色工程勘察设计院 海南海口 570000

虽然InSAR 技术在我国部分地区已成熟运用于稳定性分析、监测预警等领域，但在海南，常规的监测方法仍是目前地表沉降监测的常用方法，因此对技术方法的细致研究探讨、观测数据的深入研究分析是很有必要的。在该填岛技术设计及数据处理过程中，希望某些侧重点在夯实传统工艺及成果可靠性等方面能起到一定作用。

1 监测区域概况

本文所提及的某填海人工岛填海面积约4000 亩，地处亚热带海洋气候带，8-9 月份为多雨季节，5-11 月份为台风季节；常年平均风速3.6m/s，盛行东北风和东南风；最大涨潮流速73.3cm/s，一般出现在东向流，最大落潮流速66.3cm/s，以西向流居多。

场地范围内主要为人工地貌，采用围填海的形式形成。填岛按照时间分为一期和二期，其中一期填海工程耗时2 年完成，至今已有约7 年时间；二期吹填工程耗时半年完成，至今约4 年时间。填岛按不同填料分为普通砂质填料和局部的疏浚（含淤泥质）填料两个区域；按照不同的地基处理方式分为强夯处理区、堆载预压+强夯处理区、真空预压+强夯处理区等三个不同的区域[1]。

2 技术路线

填岛基准点的点位选择受限较大，一般宜选在深入稳定土层的灌注桩顶；与建筑主体变形监测不同，地表沉降监测应先布置沉降监测点，然后结合填岛形状，从监测点中选取分布适中、位置相对稳定、便于监测网路线优化的点作为工作基点，并构成环状。该填岛项目基准网由3 个基准点组成（字母JZ 开头），其中2 个基准点布设在深入稳定土层的灌注桩顶部。选取工作基点27 个（字母G 开头），平均距离200m 左右，并与其中一个基准点构成闭合环，作为工作基准网长期观测。沉降监测点按间距为100m 左右的方格网覆盖，并在不同填料、不同地基处理方式等可能存在不均匀沉降的边界区域按50m 点间距加密布设（根据已发生的沉降灾害可知，因不均匀沉降造成的地表危害要比均匀沉降造成的地表危害大很多），共计236 个（字母J 开头）；并结合工作基点分布情况、加密点分布情况以及现场条件，以各个工作基点为起止点，将236个沉降监测点规划成27 条路线加入适宜的工作基点构成27 个监测网，进行长期观测。如图1 所示，绿色虚线为工作基准网，黑色实线为沉降监测网，蓝色实线为不同填料区、不同地基处理方式等的分界线。

根据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）中对变形测量各等级主要适用范围的描述以及场地情况，确定该填岛采用国家二等水准测量精度要求进行观测，观测仪器采用天宝DiNi03 电子水准仪，仪器标称精度±0.3mm/km。按每次观测路线相同、距离相同、仪器摆放位置相同、施测人员固定、施测方式方法固定为最优的原则进行观测。观测时长为100 天，基准网每月观测1 次，共计3个周期；工作基准网和监测网每周观测1 次，共计14 个周期。

考虑到填岛将来可能修建路网系统，对点位精度的分析除应满足《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）要求外，还应加入《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）进行参考。建筑变形测量规范的稳定性评价是基于100 天的观测数据，公路路基设计规范的稳定性评价是基于60 天的观测数据，所以该填岛的数据分析存在60 天和100 天两个节点[2]。

3 数据处理及分析

首先需对基准点的精度和稳定性进行分析，在满足往返测高差不符值限差（1.0）要求的前提下，对基准点的稳定性进行分析，如表1：

表1 基准网第一次复测基准点稳定性分析计算表

经分析，基准网两次复测结果均满足精度要求，认为基准点稳定，可进行下一步数据处理。

对于工作基点和沉降监测点这种观测频率高的点位稳定性分析，一般通过沉降量和沉降速率来体现，即时间、沉降速率及沉降总量的关系。同样，在满足各观测网闭合差不超限的前提下（二等水准闭合差限差按路线长度为，按测站数为），将监测网数据进行整体平差，然后按60 天和100 天两个节点分别计算各工作基点和监测点的沉降量及沉降速率，如表2：

表2 工作基准点和监测点沉降速率（截取部分）

4 结论

表2 可见，60 天累计变化量最大为2.25mm，100 天累计变化量最大为3.66mm，即最大变化速率为0.037mm/d。

根据《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）第7.1.5-4，当最后100 天的最大沉降速率小于0.01mm/d-0.04mm/d 时，可认为已达到稳定状态。27 个工作基点100 天累计沉降变化速率最大为0.031mm/d，236 个沉降监测点100 天累计沉降变化速率最大为0.037mm/d，均小于0.04mm/d；所有点位在《建筑变形测量规范》（JGJ8-2016）关于稳定性的评价中可认为已达到稳定状态，依据本规范，该填岛所有点位可以评价为地面稳定。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）的第7.7.15，连续两个月监测的沉降量每月不超过5mm，方可开始路面铺筑。工作基点60 天累计沉降值最大为1.83mm，监测点累计沉降值最大为2.25mm，均小于5mm，符合公路路基设计规范的稳定性评价，依据规范所有点位可以评价为地面稳定。

5 存在隐患及建议

5.1 沉降隐患

根据数据显示，60 天最大累计沉降值和100 天最大累计沉降变化速率均满足相关规范要求，但不能忽略的是，在27 个工作基点中有3 个累计沉降变化速率≥0.03mm/d，236 个沉降监测点中有27 个累计沉降变化速率≥0.03mm/d，这27 个点中有15 个点位于一期二期边界、不同填料区边界、不同地基处理边界等敏感区域。如图2a 图2b 所示，分布在含淤泥质填料区范围内的监测点沉降变化比分布在砂质填料区范围内的监测点沉降变化更为明显，应当引起关注。

累计沉降量对比图测点累计沉降量对比图：

现将变化速率大于0.03mm/d 的监测点定义为稍有变化的监测点，对部分点位沉降较大的成因进行分析，其点位分布如图3 所示。图中S-1 区域在含淤泥质填料区范围内，雨季地表多积水，常年生长蒿草；S-2 区域同样在含淤泥质填料区范围内，且J185、J186 位于不同填料区边界，与边界另一边的J170、J176 形成鲜明对比（表2 中数据可见），虽然边界附近点位精度均无超限，但不同填料区所产生的不均匀沉降已初露端倪，如图4 所示；S-3区域的G22，也位于含淤泥质填料区范围内，属于单点观测沉降值稍大，无参考成因，初步判断为淤泥质填料本身造成的局部沉陷；S-4 区域为施工生活区，重型车辆来往频繁，沉降量大主要受人工活动影响。

5.2 建议

从监测数据上显示，填岛范围监测点虽然沉降量较小，符合各规范稳定性条件，但是在精确监测下还是稍有差异性，造成差异性的原因大致由以下几点构成：

（1）填岛地理位置，一般地处气候复杂多变区域，降雨量偏多、风力偏大。

（2）在长达数年的自然沉降过程中，由于沙土裸露无植被覆盖，地表受到长期的雨水冲刷和强力海风侵蚀，特别当下东北风盛行，造成西南角围堰处出现砂石堆积的现象。

（3）不同时期不同填料不同地基处理工艺造成的不均匀沉降。

（4）相比于数年的自然沉降，本次监测周期较短，成果精度可靠性及参考性在长期范围内有一定欠缺。

（5）人类活动，当施工条件满足，填岛将长期处于施工建设的频繁活动阶段，无法避免。

鉴于以上种种，提供以下3 点建议：

（1）建议在岛上进行必要的绿化工程，避免地表遭受大风、暴雨的破坏。

（2）建议延长监测期限，同时减小监测频率，特别针对100天内累计沉降变化速率≥0.03mm/d 的工作基点及监测点，用最低的成本对填岛的沉降趋势进行持续性监控，为后期的工程建设提供准确必要的数据。

（3）结合长达半年的台风季节、常年风速及风向、涨落潮流速及方向等因素，建议加测一定数量水平位移观测点，均匀分布于围堰堤坝上，为填岛稳定性分析以及后期变形预警系统的建立提供更加完善的数据支持[4]。