摘要:為了及時(shí)完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng),為治水管水提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐,根據(jù)現(xiàn)有水文測(cè)站和已建基巖標(biāo)空間分布特征,結(jié)合測(cè)繪、交通等行業(yè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際情況,在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設(shè)廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo),增加流域?qū)用娓叩燃?jí)引據(jù)點(diǎn)。介紹了基巖標(biāo)鉆孔結(jié)構(gòu)、標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工工序,并從鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標(biāo)體保護(hù)、標(biāo)體穩(wěn)定性確定等方面闡述了基巖標(biāo)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施。經(jīng)過(guò)3個(gè)月的施工,2個(gè)基巖標(biāo)終孔孔斜、保護(hù)管深入新鮮基巖深度、標(biāo)桿深入新鮮基巖深度等均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可供類似項(xiàng)目參考。
關(guān) 鍵 詞:基巖標(biāo);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);質(zhì)量控制;太湖流域;平原河網(wǎng)區(qū)
中圖法分類號(hào):TV871 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.031
0 引言
基巖標(biāo)是埋設(shè)在穩(wěn)定基巖上的水準(zhǔn)點(diǎn)。將穩(wěn)定基巖體作為參照,通過(guò)標(biāo)體構(gòu)件將其引至地面,從而成為測(cè)量基點(diǎn)[1-2]。穩(wěn)定可靠的基巖水準(zhǔn)點(diǎn)是水利部門開(kāi)展水旱災(zāi)害防御、水資源調(diào)度、水文測(cè)報(bào)、水利工程建設(shè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等工作的重要基礎(chǔ)[3-7]。
20世紀(jì)八九十年代,深層地下水超采導(dǎo)致太湖流域大部分區(qū)域形成漏斗區(qū),引發(fā)地面沉降。各地方政府采取了封閉深層地下水井、禁止開(kāi)采地下水等措施,流域內(nèi)地面沉降現(xiàn)象總體趨于減緩,但人類活動(dòng)可能導(dǎo)致的地面沉降問(wèn)題仍不能忽視,部分地區(qū)仍有不同程度沉降[8-10]。太湖流域?qū)俚湫偷哪戏狡皆泳W(wǎng)地區(qū),河道上下游水位比降小,地面沉降易引發(fā)水往高處流現(xiàn)象,流域精細(xì)化調(diào)度管理對(duì)水位精度要求更高。為增加流域內(nèi)可靠的高等級(jí)引測(cè)點(diǎn),增強(qiáng)流域二等水準(zhǔn)網(wǎng)的可靠性,太湖流域管理局在流域內(nèi)陸續(xù)建設(shè)了12座基巖標(biāo)[11]。隨著新時(shí)期流域治理管理要求的不斷提高,需要及時(shí)完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng),為治水管水提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。因此,根據(jù)現(xiàn)有水文測(cè)站和已建基巖標(biāo)空間分布特征,結(jié)合測(cè)繪、交通等行業(yè)高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際,在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設(shè)廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo),增加流域?qū)用娓叩燃?jí)引據(jù)點(diǎn)。本文主要介紹基巖標(biāo)設(shè)計(jì)及施工質(zhì)量控制措施,相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可為后續(xù)項(xiàng)目提供參考。
1 基巖標(biāo)設(shè)計(jì)
基巖標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到材料選擇、建設(shè)成本和施工建設(shè)質(zhì)量,對(duì)建設(shè)效果有著決定性作用,必須高度重視?;鶐r標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[12]。
1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在收集國(guó)家、地方及流域規(guī)劃設(shè)計(jì)中工程建設(shè)、地面沉降監(jiān)測(cè)等方面地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,結(jié)合流域水文站點(diǎn)空間分布特征,遵循管理利用便利并兼顧水事敏感區(qū)的原則,最終確定廊下基巖標(biāo)、商榻基巖標(biāo)建設(shè)地點(diǎn)分別為上海市金山區(qū)廊下水文站、上海市青浦區(qū)蓮湖港閘。根據(jù)DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范》中基巖標(biāo)建設(shè)相關(guān)要求,確定地表至保護(hù)管深入新鮮、完整基巖面處鉆孔孔徑為300 mm,保護(hù)管深入新鮮、完整基巖面處以下至標(biāo)底鉆孔孔徑為132 mm。
1.2 標(biāo)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
基巖標(biāo)標(biāo)體結(jié)構(gòu)主要包括保護(hù)裝置(保護(hù)管)、引測(cè)裝置(標(biāo)桿)、導(dǎo)正裝置(扶正器)、標(biāo)底裝置和地面裝置(標(biāo)頭、保護(hù)設(shè)施)5大構(gòu)件組成(圖1)。
1.2.1 保護(hù)裝置
保護(hù)管的作用是保護(hù)引測(cè)設(shè)施,使標(biāo)桿盡可能不被附近土層影響。保護(hù)管放置在鉆孔內(nèi)部,灌注水泥漿將其外壁與表層基巖、土體固結(jié)。地質(zhì)資料顯示,兩處建設(shè)地點(diǎn)基巖埋深均超過(guò)150 m,保護(hù)管選用規(guī)格為?168 mm×7 mm的DZ40地質(zhì)專用無(wú)縫鋼管。保護(hù)管底部安裝鋼質(zhì)環(huán)狀托盤(pán),托盤(pán)規(guī)格為?230 mm×20 mm,材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。
1.2.2 引測(cè)裝置
為了保證基巖標(biāo)整體的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,標(biāo)桿結(jié)構(gòu)為三級(jí)寶塔結(jié)構(gòu),材料選用DZ40地質(zhì)專用無(wú)縫鋼管,從上到下規(guī)格分別為?42 mm×6 mm、?73 mm×6 mm、?89 mm×6 mm,每級(jí)長(zhǎng)度按照“九五分割”法確定[10]。
1.2.3 導(dǎo)正裝置
扶正器的作用是導(dǎo)正、導(dǎo)直標(biāo)桿,使標(biāo)桿在保護(hù)管內(nèi)部居中,同時(shí)保證標(biāo)桿、保護(hù)管相互獨(dú)立并單獨(dú)發(fā)揮作用。材料選用鋼珠式扶正器,材料為316不銹鋼,規(guī)格與保護(hù)管、標(biāo)桿配套,按力學(xué)原理計(jì)算每9.5 m安裝1個(gè)扶正器。
1.2.4 標(biāo)底裝置
標(biāo)底裝置的作用是保證標(biāo)桿底部與新鮮基巖固結(jié)成一體,保證其穩(wěn)固、可靠。標(biāo)桿標(biāo)底設(shè)置標(biāo)桿托盤(pán),托盤(pán)規(guī)格為?120 mm×15 mm,材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。
1.2.5 地面裝置
在標(biāo)桿頂部設(shè)置主標(biāo)頭,在保護(hù)管側(cè)面設(shè)置副標(biāo)頭,根據(jù)管理和使用需要建設(shè)80 cm×80 cm的保護(hù)井,上部為不銹鋼頂蓋。
2 基巖標(biāo)施工工序
與地質(zhì)、測(cè)繪等部門不同,水利部門建設(shè)基巖標(biāo)的最終目標(biāo)是設(shè)置穩(wěn)定的水準(zhǔn)點(diǎn),為水準(zhǔn)引測(cè)、沉降監(jiān)測(cè)等工作開(kāi)展提供便利。根據(jù)實(shí)際需要,確定施工工序?yàn)椋簣?chǎng)地平整→設(shè)備安裝調(diào)試→?245 mm鉆頭開(kāi)孔→?311/300 mm鉆頭擴(kuò)孔→圓孔、換漿→安裝保護(hù)管→水泥漿封固保護(hù)管→候凝→?132 mm鉆頭鉆進(jìn)→基巖連續(xù)取芯5~10 m→?132 mm鉆頭圓孔至孔底→沖孔換漿→下標(biāo)底及標(biāo)桿→水泥漿封固標(biāo)底→標(biāo)頭安裝→灌注清水、防銹液→修筑保護(hù)井→場(chǎng)地恢復(fù)(圖2)。
3 基巖標(biāo)建設(shè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制
基巖標(biāo)屬于隱蔽工程,且投入資金多、施工工藝復(fù)雜,建成需要長(zhǎng)久發(fā)揮作用,建設(shè)質(zhì)量控制是重中之重。不僅要保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)合理,還需要控制好鉆探、安裝的每個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié),保證其穩(wěn)定、可靠,才能長(zhǎng)久發(fā)揮作用。在建設(shè)過(guò)程中,對(duì)于鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標(biāo)體保護(hù)、標(biāo)體穩(wěn)定性確定等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和難點(diǎn)需要重點(diǎn)關(guān)注,以保證建設(shè)質(zhì)量。
3.1 鉆孔垂直度控制
鉆孔的垂直度必須滿足設(shè)計(jì)要求是基巖標(biāo)建設(shè)繼續(xù)進(jìn)行的前提,DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測(cè)規(guī)范》規(guī)定基巖標(biāo)終孔深度小于300 m時(shí),斜度不超過(guò)1°;終孔深度大于300 m且小于500 m時(shí)斜度不得大于1.5°。為控制鉆孔垂直度達(dá)到設(shè)計(jì)要求,施工時(shí)應(yīng)從人員、儀器設(shè)備、操作、跟蹤測(cè)試等方面嚴(yán)格要求。
為保證鉆孔垂直度滿足要求,防止鉆孔出現(xiàn)傾斜,主要采取以下措施:①經(jīng)常檢查、調(diào)正鉆機(jī)、井架的水平、周正、穩(wěn)固,保證鉆塔、鉆機(jī)安裝不變形,地基基礎(chǔ)不變形,保證天車軸心、轉(zhuǎn)盤(pán)中心、鉆井中心三點(diǎn)成一條垂線。②為防止孔斜,鉆進(jìn)時(shí)使用鉆鋌加壓,鉆鋌總質(zhì)量超正常壓值的30%,并在最下一根鉆鋌上面的適當(dāng)位置加設(shè)4個(gè)扶正器。在鉆頭遇軟硬交界面時(shí),采用較小的鉆壓鉆進(jìn),穿過(guò)交界面后再加到設(shè)計(jì)的鉆壓鉆進(jìn)。③按設(shè)計(jì)要求每25 m使用測(cè)斜儀及時(shí)測(cè)斜一次,保證每鉆進(jìn)50 m,基巖標(biāo)井頂角累計(jì)遞增不大于0.2°。
3.2 新鮮基巖面判斷
新鮮基巖面的準(zhǔn)確判斷是保障建設(shè)成功的最重要環(huán)節(jié),如果判斷錯(cuò)誤,就意味著建設(shè)失敗,需要重新選址建設(shè)。為保證基巖面判斷科學(xué)、準(zhǔn)確,需要綜合考慮建設(shè)區(qū)域地質(zhì)情況、不同地層的巖性特征、不同深度巖樣的變化情況等,結(jié)合室內(nèi)鏡檢判斷巖石特性,確保標(biāo)底落在穩(wěn)定的新鮮基巖上。
為準(zhǔn)確判斷基巖面,保證標(biāo)桿落在穩(wěn)定的新鮮基巖上,主要采取以下措施:①搜集附近區(qū)域地質(zhì)資料和行業(yè)基巖標(biāo)建設(shè)成果資料,初步確定基巖面深度。②按照巖樣獲取的先后順序,對(duì)比判斷符合全風(fēng)化—強(qiáng)風(fēng)化—中風(fēng)化—微風(fēng)化的巖石風(fēng)化規(guī)律。③將巖樣送到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè),確定巖石硬度滿足標(biāo)桿安裝要求。
3.3 管材安裝控制
管材安裝是基巖標(biāo)建設(shè)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié),直接影響到其穩(wěn)定性和使用年限?;鶐r標(biāo)管材安裝包括保護(hù)管、標(biāo)桿、標(biāo)頭、托盤(pán)、扶正器等的安裝,必須從源頭開(kāi)始控制,做好材質(zhì)選擇、管材質(zhì)量檢定、安裝位置準(zhǔn)確性控制、安裝穩(wěn)固性控制等。
為保證保護(hù)管質(zhì)量,起到對(duì)標(biāo)桿的有效保護(hù)作用,采取以下措施:①保護(hù)管安裝前需對(duì)鉆孔進(jìn)行反復(fù)清孔,保證孔底無(wú)沉渣方能開(kāi)始安裝。②保護(hù)管安裝時(shí)底部安裝托盤(pán),并做好居中導(dǎo)向,保證保護(hù)管順利安裝到指定位置。③保護(hù)管采用梯形螺紋外接管箍連接,吊裝時(shí)檢查每根保護(hù)管的絲扣車制情況,確保絲扣連接強(qiáng)度。④根據(jù)建設(shè)地點(diǎn)地質(zhì)條件,選擇強(qiáng)度等級(jí)為P·O 42.5的水泥進(jìn)行固井,水泥漿密度控制在1.75~1.80 g/cm3,保證保護(hù)管四周均勻回填。⑤固井時(shí)用泥漿泵從鉆桿內(nèi)壓入孔內(nèi),直至孔口返出水泥漿為止,停置4~6 h后將鉆桿提出,使用孔口封閉器封閉鉆孔不少于72 h,利用套管內(nèi)液柱壓力形成套管內(nèi)外的壓力平衡,促進(jìn)套管外的封孔水泥狀態(tài)穩(wěn)定,初凝、終凝穩(wěn)定,使固井水泥可以盡快達(dá)到足夠強(qiáng)度,確保套管固井的最佳效果。⑥及時(shí)委托有關(guān)單位檢測(cè)鉆探獲取的巖石,保證保護(hù)管埋入新鮮基巖2 m。
為保證標(biāo)桿安裝到位、標(biāo)體穩(wěn)定,主要采取以下措施:①根據(jù)鉆孔深度嚴(yán)格按照“九五分割”法確定每一級(jí)標(biāo)桿長(zhǎng)度,確保符合規(guī)范要求。②標(biāo)桿安裝前,使用適量清水反復(fù)清洗孔底,保證孔底無(wú)沉渣方可開(kāi)始安裝標(biāo)桿。③標(biāo)桿安裝時(shí)底部安裝托盤(pán),落在孔底基巖面上,使標(biāo)底與標(biāo)桿底部保持一定間隔。④標(biāo)底采用水泥漿封固,根據(jù)實(shí)際標(biāo)底鉆探深度精確計(jì)算水泥漿量,封固段不超過(guò)標(biāo)底與保護(hù)管之間距離的80%。⑤標(biāo)桿之間采用管箍公母絲扣連接方式,根據(jù)灌漿加壓候凝的壓力表變化情況判斷密封完好。⑥按照保護(hù)管安裝要求安裝標(biāo)桿,標(biāo)桿底部埋設(shè)在新鮮完整基巖內(nèi)5~10 m,確保引測(cè)標(biāo)桿不受干擾。⑦及時(shí)委托有關(guān)單位檢測(cè)鉆探獲取的巖石,保證保護(hù)管埋入新鮮基巖2 m。⑧在保護(hù)管和標(biāo)桿之間安裝不銹鋼材質(zhì)的鋼珠式扶正器,保持扶正器與保護(hù)管內(nèi)壁間隙在3~4 mm,保證標(biāo)桿居中,并在垂直、水平方向均能活動(dòng)。
3.4 標(biāo)體保護(hù)
做好標(biāo)體的保護(hù)是確?;鶐r標(biāo)不受外界條件影響、長(zhǎng)久穩(wěn)定、持續(xù)保持精確度的前提。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,不僅要從選址考慮受外界影響大小,還要做好整體保護(hù)和防銹。
保持標(biāo)體穩(wěn)定是保證基巖標(biāo)長(zhǎng)期利用的前提,主要采取以下措施:①盡可能將基巖標(biāo)建設(shè)在流域機(jī)構(gòu)、地方水利部門管理的水文測(cè)站和水利工程范圍內(nèi),避免受到開(kāi)發(fā)建設(shè)影響和破壞。②建設(shè)專用的保護(hù)井對(duì)標(biāo)體進(jìn)行整體保護(hù),并做好防銹處理。③結(jié)合工作需要對(duì)基巖標(biāo)進(jìn)行巡查,確保保護(hù)裝置不被隨意動(dòng)用和破壞。
3.5 標(biāo)體穩(wěn)定性確定
為保證標(biāo)體穩(wěn)定性,在建設(shè)中做好記錄,準(zhǔn)確把握每一個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié),并廣泛征求行業(yè)專家意見(jiàn),從技術(shù)角度做好科學(xué)判斷;建設(shè)完成后從高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行引測(cè)初步確定高程,并結(jié)合區(qū)域水資源開(kāi)發(fā)利用、地下水開(kāi)采等因素綜合判定其是否穩(wěn)定。
4 基巖標(biāo)建設(shè)實(shí)踐
經(jīng)過(guò)3個(gè)月的施工建設(shè),廊下、商榻基巖標(biāo)2處基巖標(biāo)標(biāo)底深度分別為308.4 m和322.7 m;終孔孔斜分別為0.218°和0.126°,均小于規(guī)范要求的1.5°;孔深誤差分別為0.15‰和0.16‰,均小于規(guī)范要求的1‰;保護(hù)管深入新鮮基巖分別為3.9 m和2.8 m,達(dá)到規(guī)范要求“保護(hù)管的底部應(yīng)進(jìn)入新鮮基巖2 m”;標(biāo)桿深入新鮮基巖分別為14.1 m和5.1 m,達(dá)到規(guī)范要求的“標(biāo)桿底部一般應(yīng)進(jìn)入到完整基巖內(nèi)5~10 m”;固井使用的水泥、水灰配比合理,灌注的水泥漿量計(jì)算準(zhǔn)確,凝固時(shí)間充足;保護(hù)管、標(biāo)桿、扶正器材質(zhì)、尺寸、壁厚等均符合要求。
廊下、商榻2處基巖標(biāo)建成后,與太湖流域管理局已建的12座基巖標(biāo)構(gòu)成流域?qū)用娓油晟频母叱炭刂凭W(wǎng)絡(luò),并與測(cè)繪、交通等行業(yè)及地方水利部門建設(shè)的基巖標(biāo)相互補(bǔ)充,更好地服務(wù)于長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展、長(zhǎng)三角一體化發(fā)展等國(guó)家戰(zhàn)略和流域各項(xiàng)水利工作。
5 結(jié)語(yǔ)
基巖標(biāo)建設(shè)是一項(xiàng)意義深遠(yuǎn)的基礎(chǔ)工程,持續(xù)在水利、交通、能源等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。在流域治理中,穩(wěn)定的水準(zhǔn)高程控制網(wǎng)和基巖水準(zhǔn)點(diǎn)意義重大,特別是在水旱災(zāi)害防御、省際水事矛盾調(diào)處、水文測(cè)報(bào)、水資源調(diào)度等方面,更需要穩(wěn)定、可靠的基巖標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐。
為保證基巖標(biāo)長(zhǎng)久發(fā)揮作用,提出以下建議:①基巖標(biāo)建設(shè)完成后,定期從已知高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)連測(cè),獲得精確的高程信息和變化情況。②定期對(duì)基巖標(biāo)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng),確保穩(wěn)定、可靠,保證其長(zhǎng)久正常發(fā)揮作用。③充分重視基巖標(biāo)建設(shè)的重大意義,在流域熱點(diǎn)區(qū)域和治理難點(diǎn)區(qū)域及時(shí)補(bǔ)充建設(shè)一定數(shù)量的基巖標(biāo),完善流域?qū)用娴母邔蛹?jí)高程控制網(wǎng)。④流域一定范圍還存在地面沉降和地面抬升趨勢(shì),需定期對(duì)基巖標(biāo)、水文測(cè)站和水利工程開(kāi)展高程復(fù)測(cè),及時(shí)了解流域和重點(diǎn)區(qū)域地面沉降變化情況,更好地開(kāi)展流域?qū)用娴闹嗡芩ぷ鳌?/p>
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(編輯:黃文晉)