測量技術在天津大港圍埝工程中的應用

孔慶宇

0 引言

天津沿海地處我國渤海的淤泥海岸,港口及工業區發展用地主要靠圍海回填造陸,而后進行地基加固處理而形成。50多年來已經實施了多期圍海造陸工程,陸域面積已由當時的不足1km2發展到目前近23km2。借鑒國外圍海造陸興建大型人工島的經驗,為長期解決港口基建問題并為大型貨場的開發提供充足的港口生產和發展用地。鑒于以往的成功經驗,現位于大港濱海石化物流綜合基地起步工程正是在興建中的圍海造陸工程。

為了保證圍埝的正常使用壽命和安全,并為以后的勘察、設計、施工提供可靠的依據及相應的沉降位移參數,因此圍埝沉降、位移觀測的必要性和重要性就顯得愈加明顯,觀測結果也越來越受到各方的重視。通過現場監測數據的信息反饋,可以對施工過程中的問題起到預報作用,及時做出合理的現場應變決定和技術決策。同時利用沉降觀測資料提供圍埝工程量結算的依據。

1 圍埝工程沉降位移觀測工作概況

該施工區域位于渤海灣內,位于天津市大港區海濱大道以東,獨流堿河以南的約15km2海域內,距大港區城區約14km,圍埝屬于拋石體結構。圍埝總長度約為13km,其中北防波堤2225 m,北圍埝3100 m,東防波堤1800 m,東隔埝3100 m,南圍埝2700 m。

大港濱海石化物流綜合基地起步圍埝工程為后期的工業區提供生產和發展用地。造陸方法因地制宜的采用陸域回填及海沙吹填,采用適合水位變動的不同材料進行圍海造陸。為確保圍埝監測項目順利有序進行,在工程進行之前我院提前編制了《天津大港濱海石化物流綜合基地起步工程圍堤施工監測項目監測大綱》,其中包括了我院進行堤頂、坡腳沉降監測及深層水平位移監測的點位布設規則、監測工作流程、監測數據采集及數據信息反饋途徑等方面的內容。

堤體頂部埋設沉降監測點103個、坡腳沉降監測點32個。埋設位置:沿堤頂軸線及外側坡腳每隔150 m埋設1個沉降監測點,監測點由無縫鋼管與鋼制基座焊接而成,隨施工進度情況由法蘭盤逐層接高,使其頂端外露于堤頂及坡腳位置。沉降觀測標如圖1所示。埋設時間與方法:與施工進度同步,隨時了解施工計劃和工程進度,在鋪設中粗砂墊層施工完成后埋設。在中粗砂墊層施工完成后將監測標基座平置于砂墊層之上。

深層水平位移監測點40個。埋設位置:沿堤頂軸線方向每隔300 m布設1個深層水平位移監測點,監測點由每根2 m的高韌性PVC專用測斜管續接而成,外露于堤頂。

圍埝的水平位移監測是圍埝監測中的又一個重要監測內容。監測中使用的為滑動式測斜儀。測斜儀可及時準確的量測不同工況時深層土體的變化,通過對監測數據的分析可評價圍埝工程的安全,指導施工。

2 沉降、位移觀測的準備及要求

1)沉降觀測要求:人員需熟練掌握儀器的操作規程及測量理論。埝體沉降觀測對時間有嚴格的限制條件,特別是首次觀測必須及時進行,否則得不到沉降觀測的原始數據,造成沉降量計算的不準確。根據工程進展情況必須跟蹤觀測,才能得到準確的沉降情況或規律。沉降觀測精度的要求根據建設、設計單位要求選擇,沉降觀測精度的等級滿足沉降觀測的要求。

2)位移觀測要求:測斜儀應用時先在土體中預埋測斜管,土體發生變形后,整個測斜管隨之產生相應變形。首先確定測斜管長度。埋設于圍埝邊緣土體中測斜管長度可為2.5倍～3倍埝體高度。土體內的測斜管在預定的測斜管埋設位置鉆孔,鉆孔直徑比測斜管直徑略大,傾斜度小于1°,鉆孔深度比預計測斜管長度多0.5 m～1.5 m。現場測量前按孔位布置圖編制鉆孔表,與測量結果對應。測斜儀探頭必須經過率定,數據采集儀、電纜等應預先檢查合格。

3 施測步驟

3.1 沉降觀測

根據工程的測量施測方案和布網原則建立水準控制網。按一般建筑物周圍要布置3個以上水準點,水準點的間距不大于100 m的要求,在施工范圍內任何地方架設儀器至少后視到兩個水準點,并且使各水準點構成閉合圖形,以便閉合檢校。各水準點要設在地面沉降范圍之外,水準點的埋深應符合二等水準測量的要求,根據工程特點,建立合理的水準控制網,與基準點聯測,平差計算出各水準點的高程。

隨著埝體升高,將各次觀測記錄整理檢查無誤后,進行平差計算,求出各次每個觀測點的高程值,從而確定出沉降量。

首先建立下沉曲線坐標,將統計表中各觀測點對應的觀測周期所測得沉降量畫于坐標中,得到對應的沉降曲線。根據沉降量統計表和沉降曲線圖,將圍埝的沉降情況及時的反饋到有關主管部門,正確地指導施工。特別是埝體不均勻沉降的觀測顯得更為重要。對沉降觀測的成果分析,我們還可以找出同一地區不同材料及不同填筑高度埝體的沉降值,當埝體每天連續沉降量超出設計提出的限差要求(20mm/d)時,控制埝體施工速度或應停止施工,會同有關部門采取應急措施。施工方法應盡量減少常規的加荷方法。采用分步施工法,整個圍埝斷面施工1 m高后,停1 d～5 d再施工做1 m。

3.2 深層水平位移觀測

深層水平位移監測的數據處理使用CX-3A及CX-3C測斜儀附帶的配套處理軟件,使我們從不同角度了解到圍埝發生側向變形的性狀和發展趨勢。圍埝施工前期一天一次,開挖期間一天一次,施工后期根據施工速度和變形速度適當調整,當累計位移過大時,應增加監測次數。根據當地經驗,確定土體水平位移報警值:變形速率超過4mm/d或連續2 d變形速率超過 3mm/d,累計水平位移大于40mm。

4 觀測結果

埝體沉降隨著圍埝填筑高度的增加和時間的延長而增大,圍埝在填筑過程中,沉降速度較快,竣工后的埝體沉降相對較緩慢。沉降與地質條件和圍埝的填筑高度有關。地質條件越好,填筑高度越低,沉降越小,反之沉降越大。通過觀察可以發現沉降隨著填筑高度的增加迅速增大,當圍埝填筑即將竣工和竣工后,沉降緩慢增加,直至埝體完全穩定下來,還會發生緩慢的沉降。圍埝測點沉降關系曲線見圖2。

深層水平位移監測的數據生成位移累計曲線,將測量的結果整理成各種曲線,可反映埝基礎土體不同時期的水平位移情況。繪制變形速率—深度曲線和位移—深度曲線。從不同角度了解到圍埝發生側向變形的性狀和發展趨勢。

5 結語

隨著圍埝工程向深水延伸,圍埝埝體的材料也從草袋土碼放逐漸向拋石塊、模袋固化、混合體、箱筒形結構等不斷變化。為了保證埝體的穩定及使用壽命和安全,并為以后的勘察設計施工提供可靠的資料及相應的沉降位移參數,圍埝沉降、位移觀測的必要性和重要性愈加明顯。同時通過現場監測數據的反饋信息,可以對施工過程中的問題起到預報作用,及時做出較合理的技術決策和現場的應變決定。

[1] 侯延祥,張鳳珍,王廣德,等.模袋固化泥在天津港某圍埝工程中的應用[J].水道港口,2003(1):48-49.

[2] JTJ 234-2002,水運工程測量規范[S].

[3] JTJ 250-98,港口工程地基規范[S].

[4] JTJ 221-98,港口工程質量檢驗評定標準[S].

[5] 交通部天津水運工程科學研究所.天津港南疆1#靠船墩改造圍埝工程沉降位移觀測成果分析報告[R].天津:交通部天津水運工程科學研究所,2002.