吳方寧

(1．水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江杭州310012；2．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江杭州310012)

1 工程概況

瑞安濱江四期防洪堤工程位于飛云江北岸錦湖街道轄區(qū)內(nèi)溫福高速鐵路橋至西門紅旗閘，建設(shè)堤長(zhǎng)2 200 m，岸線分三段，分別為岙底堤872 m、五里牌堤551 m、小橫山堤777 m，防洪潮標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，屬4級(jí)水工建筑物。堤頂高程為5.6 m，防浪墻頂高程6.0 m。

2 結(jié)構(gòu)典型斷面及特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)典型斷面

由于地基土為淤泥質(zhì)粘土，厚度達(dá)30 m，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)選型鉆孔灌注樁，直徑80 m，樁長(zhǎng)40 m，樁底進(jìn)入持力層含粘性角礫層2 m，沿堤軸線布置3排樁，樁間距1 m。上部結(jié)構(gòu)部分樁頂為80 cm厚C30鋼筋混凝土底板，底板與灘地面之間為雜石料回填。擋土墻設(shè)在中間排樁上方，外江側(cè)為空箱式，內(nèi)岸側(cè)進(jìn)行閉氣土方分層壓實(shí)填筑，墻外側(cè)隔墩間距4 m(見(jiàn)圖1)。

圖1結(jié)構(gòu)典型斷面示意

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

工程所采用的樁式擋墻和普通水工建筑物有相似之處，但也有其獨(dú)自的特點(diǎn)。

(1)該堤防上部結(jié)構(gòu)部分與扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)類似，隔墩可看做擋墻的扶壁，這樣可有效結(jié)合扶壁式擋墻結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，將擋墻內(nèi)側(cè)水平土壓力傳遞至下部結(jié)構(gòu)體系。考慮墻頂需要一個(gè)觀光平臺(tái)，外江側(cè)與觀光平臺(tái)形成一個(gè)空箱式結(jié)構(gòu)。

(2)擋墻內(nèi)側(cè)底板段可作為擋墻的趾腳，與下部灌注樁連接，形成一個(gè)減載平臺(tái)，與擋墻組合為一個(gè)懸臂式翼墻結(jié)構(gòu)，具有懸臂式翼墻的基本特點(diǎn)。

(3)擋墻外江側(cè)河底高程較低，地基土力學(xué)性質(zhì)很差，受內(nèi)岸側(cè)土方回填加載的影響，大大降低了邊坡的安全穩(wěn)定性；擋墻結(jié)構(gòu)下部分鉆孔灌注樁成為抗滑樁，抵抗滑動(dòng)力。

3 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目布置及其目的

針對(duì)防洪堤擋墻結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，依托傳統(tǒng)安全監(jiān)測(cè)的手段進(jìn)行監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的布置，在每個(gè)典型斷面布置了以下觀測(cè)項(xiàng)目：

3.1 結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)

結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)為擋墻結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)變形觀測(cè)是主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一。在觀光平臺(tái)兩側(cè)布置2處綜合觀測(cè)點(diǎn)，用于觀測(cè)結(jié)構(gòu)的水平位移以及結(jié)構(gòu)的沉降；監(jiān)測(cè)防洪堤結(jié)構(gòu)沉降和水平位移情況，了解堤身在施工期及運(yùn)行期是否穩(wěn)定和安全，掌握變形規(guī)律，研究有無(wú)滑坡、滑動(dòng)、傾覆等趨勢(shì)。

3.2 地面沉降

在閉氣土方回填位置布置2個(gè)沉降監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)，用于觀測(cè)擋墻內(nèi)側(cè)地基及回填土石方的沉降情況。通過(guò)觀測(cè)可以測(cè)得地基表面在各級(jí)荷載下的沉降量，然后分析沉降情況，引導(dǎo)施工加載加荷速率，防止加荷過(guò)快導(dǎo)致樁式擋墻結(jié)構(gòu)變形過(guò)大；也可有助于后期準(zhǔn)確估算施工期沉降量和工后填土預(yù)留沉降量。

3.3 基樁深層水平位移

為監(jiān)測(cè)邊坡的圓弧滑動(dòng)趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)樁基的變形就極其重要。在最外排基樁內(nèi)側(cè)布置測(cè)斜管觀測(cè)孔，在灌注樁澆筑時(shí)將測(cè)斜管綁至鋼筋籠上埋設(shè)，埋設(shè)管底至基樁樁底1 m高位置，用于觀測(cè)基樁在施工及運(yùn)行期的變形情況。通過(guò)分析基樁的變形情況，可以把握樁身所受水平力情況及樁基周圍地基土的變形趨勢(shì)，可分析邊坡的滑動(dòng)安全穩(wěn)定性。

3.4 樁身軸力觀測(cè)

通過(guò)對(duì)最外排基樁混凝土內(nèi)埋設(shè)應(yīng)變計(jì)，監(jiān)測(cè)基樁混凝土應(yīng)力變化。通過(guò)混凝土應(yīng)力的觀測(cè)，判斷基樁拉應(yīng)力區(qū)的存在位置，了解基樁的受力變形情況，推算地基土的滑動(dòng)趨勢(shì)，反演推算設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。

3.5 孔隙水壓力觀測(cè)

在地基范圍設(shè)置3孔，每孔4支共計(jì)12支滲壓計(jì)，布設(shè)高程-3.0、-8.0、-13.0、-18.0 m。施工期間通過(guò)觀測(cè)地基不同深度的孔隙水壓力大小，用靜水壓力進(jìn)行修正即可了解在各級(jí)荷載作用下地基土不同深度的超靜孔隙水壓力變化。同時(shí)，結(jié)合地表沉降觀測(cè)成果可以了解地基土固結(jié)情況?？紫端畨毫Φ挠^測(cè)成果也可以用來(lái)判斷地基有無(wú)塑性開(kāi)展、加荷速率是否過(guò)快，它是控制施工進(jìn)度、了解固結(jié)效果的手段之一。運(yùn)行期間可用以觀測(cè)岸坡及基礎(chǔ)滲流情況(見(jiàn)圖2)。

4 監(jiān)測(cè)過(guò)程

4.1 儀器選型及埋設(shè)

(1)應(yīng)變計(jì)

應(yīng)變計(jì)采用南京葛南實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的VWS型應(yīng)變計(jì)。該類型儀器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、抗干擾性能強(qiáng)、不易損壞、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、測(cè)量方便以及可同時(shí)測(cè)量混凝土溫度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于混凝土樁內(nèi)、混凝土面板堆石壩以及隧洞圍巖內(nèi)，測(cè)量其內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)；該儀器還兼具測(cè)溫功能。主要技術(shù)參數(shù)如下：

應(yīng)變測(cè)量范圍：拉伸(10-6)：1 500，壓縮(10-6)：1 500；靈敏度：≤0.5×10-6/F；測(cè)量精度：±0.1% F.S；溫度測(cè)量范圍：-40～+150 ℃；溫度測(cè)量精度：±0.5 ℃；彈性模量：300～800 MPa。

應(yīng)變計(jì)采用粘結(jié)埋設(shè)法，即在鉆孔灌注樁鋼筋籠下籠時(shí)用電工膠布將傳感器測(cè)頭粘結(jié)在相應(yīng)的設(shè)計(jì)高程的鋼筋上(見(jiàn)圖3)。

(2)測(cè)斜管

測(cè)管采用ABS高精度管材，測(cè)斜儀采用伺服加速式活動(dòng)測(cè)斜儀(常州金土木工程儀器有限公司生產(chǎn)JTM6400型)，其測(cè)桿直徑38 mm，輪距500 mm，總長(zhǎng)700 mm；測(cè)量范圍±15°，靈敏度≤9″/F，測(cè)量精度±0.1% F.S，系統(tǒng)誤差±4.5 mm/25 m，耐水壓≥1 MPa，絕緣電阻≥50 MΩ。

圖2 觀測(cè)項(xiàng)目布置示意

圖3應(yīng)變計(jì)及測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)

測(cè)斜管采用預(yù)埋法，即鉆孔灌注樁澆筑前預(yù)先在鋼筋籠中固定測(cè)斜管。

(3)滲壓計(jì)

量程：0.0～0.25 MPa；零飄 ≤2 Hz；重復(fù)性≤±0.4%F.S；使用環(huán)境溫度0～50 ℃；防水壓力120% F.S；非線性 ≤4%F.S。

滲壓計(jì)采用鉆孔埋設(shè)法進(jìn)行埋設(shè)。

(4)綜合觀測(cè)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)頂部綜合變形觀測(cè)點(diǎn)采購(gòu)帶強(qiáng)制對(duì)中基座的國(guó)標(biāo)不銹鋼測(cè)點(diǎn)，在上部結(jié)構(gòu)澆筑前預(yù)埋。沉降測(cè)量采用EL201型電子水準(zhǔn)儀，水平位移測(cè)量采用日本賓得R—400型高精度全站儀用極坐標(biāo)法或前方交會(huì)法。

(5)沉降板

擋墻內(nèi)側(cè)岸坡基礎(chǔ)沉降監(jiān)測(cè)選擇埋設(shè)沉降板，使用EL201型電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)沉降情況。沉降板在內(nèi)側(cè)土方回填前埋設(shè)。

4.2 監(jiān)測(cè)過(guò)程

堤防結(jié)構(gòu)施工主要分為3個(gè)過(guò)程：基樁、上部結(jié)構(gòu)擋墻和擋墻內(nèi)側(cè)土方回填。依據(jù)施工進(jìn)度埋設(shè)相應(yīng)監(jiān)測(cè)儀器，并進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)采集。

第一階段：基樁完成施工后，應(yīng)變計(jì)、測(cè)斜管、滲壓計(jì)等儀器埋設(shè)完成，因基樁上部并未加載，該階段數(shù)據(jù)采集工作只作為初始數(shù)據(jù)。

第二階段：上部結(jié)構(gòu)澆筑完成后，基樁承受結(jié)構(gòu)自重和擋墻外側(cè)潮位周期性變化產(chǎn)生的水平荷載。該階段對(duì)基樁混凝土應(yīng)變計(jì)和深層水平位移以及擋墻結(jié)構(gòu)的水平位移和沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行觀測(cè)采集，該階段擋墻并未受到內(nèi)側(cè)填土壓力。

第三階段：擋墻內(nèi)側(cè)土方回填期間，該階段土方回填分層進(jìn)行。同時(shí)，所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，分析觀測(cè)數(shù)據(jù)，判斷擋墻與基樁結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，控制土方回填施工加載速率。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果

5.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

(1)基樁深層水平位移。分析基樁深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從基樁深度—水平位移—時(shí)間關(guān)系曲線來(lái)看，自上部結(jié)構(gòu)澆筑完成開(kāi)始觀測(cè)，樁體發(fā)生最大水平位移值為9.11 mm，位移方向?yàn)橥饨瓊?cè)，位移最大位置位于基樁樁頂，發(fā)生時(shí)間為內(nèi)側(cè)土方回填完成時(shí)段；該時(shí)間段基樁結(jié)構(gòu)主要受內(nèi)側(cè)土方回填加載和機(jī)械施工時(shí)機(jī)械荷載的影響，地基受到上部結(jié)構(gòu)荷載影響，地基土產(chǎn)生變形，基樁受到地基土變形而產(chǎn)生變形。最大變形量符合設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

(2)結(jié)構(gòu)水平位移。整個(gè)水平位移觀測(cè)過(guò)程中最大水平位移量為33 mm，發(fā)生在土方回填完成時(shí)，后續(xù)完工觀測(cè)累計(jì)結(jié)構(gòu)水平累計(jì)位移最大為28 mm，出現(xiàn)少量回彈。同時(shí)，不同潮位引起的結(jié)構(gòu)水平位移不同，土方回填加載之前，-3～2.5 m高程潮位影響結(jié)構(gòu)水平位移幅度為4 mm左右，回填完成后，水平位移幅度為2 mm左右。擋墻結(jié)構(gòu)水平位移累計(jì)符合設(shè)計(jì)控制要求。

(3)結(jié)構(gòu)沉降。結(jié)構(gòu)沉降最大為5 mm，結(jié)構(gòu)沉降不大，且結(jié)構(gòu)擋墻兩側(cè)沉降差在1 mm以內(nèi)，結(jié)構(gòu)沉降較均勻。樁基沉降符合控制要求。

(4)孔隙水壓力。測(cè)點(diǎn)的孔隙水壓力消散較為平穩(wěn)，受潮位的影響較小。加載期間，受分層加載影響，孔隙水壓力波動(dòng)增長(zhǎng)，孔壓系數(shù)在0.5范圍內(nèi)(回填土重度以20 kN/m3計(jì))，孔壓系數(shù)符合控制指標(biāo)要求，表明施工期間加載速率控制基本得當(dāng)。目前各測(cè)點(diǎn)的超靜孔隙水壓力消散較慢，各測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力歷時(shí)曲線無(wú)明顯突變，測(cè)點(diǎn)孔壓受潮位影響較小，表明基礎(chǔ)抗?jié)B性較好。

5.2 監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)

(1)這種新型樁式擋墻結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)過(guò)程中，土方回填施工期間的觀測(cè)是最為重要的階段，該階段的觀測(cè)結(jié)果關(guān)系到施工加載快慢進(jìn)程控制，一些觀測(cè)數(shù)據(jù)極值于該階段發(fā)生。

(2)土方回填側(cè)的加載對(duì)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性影響較最大，同時(shí)外江側(cè)的潮位周期性變化對(duì)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)的結(jié)果也產(chǎn)生較大影響；因此，分析觀測(cè)結(jié)果時(shí)，需要考慮外江側(cè)潮位影響，使得分析結(jié)果更加接近實(shí)際。

(3)瑞安濱江四期防洪堤工程采用樁式擋墻結(jié)構(gòu)作為堤防結(jié)構(gòu)，做到了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)新穎，滿足安全可靠的要求。