圍埝工程沉降位移監測

孔慶宇

(交通運輸部天津水運工程科學研究院，天津 300456)

1 概述

天津沿海地處我國渤海的淤泥海岸，是淤積港口。港口發展建設中需要大量連片的土地，當土地規劃不能滿足使用要求時，一般會選擇在灘涂、近海水域進行造陸工程。圍海造陸既解決了港口航道的淤積又解決了港口發展用地。天津臨港工業區、臨港產業區、南港工業區、濱海旅游區新增圍海造陸面積80 km2，為長期解決港口基建的開發提供充足的用地。圍埝結構可分為土圍埝、土工織物袋裝砂土圍埝、拋石斜坡圍埝等。

2 監測工作的實施

1)平面布置。圍堤的結構形式為斜坡堤，總長度為5 124 m，頂面有效寬度約5.0 m，頂面標高為3.5 m，堤心采用塊石填筑結構，基礎處理采用打設塑料排水板排水固結的方法。圍堤外側護面采用柵欄板，內側堤心與護面之間從內向外依次為二片石、碎石墊層、無紡土工布及袋裝碎石。圍埝施工地基處理采用排水固結法。排水系統采用打設排水板加砂墊層，排水板打設深度為14 m，間距1 m正方形布設，在圍埝軸線左右35 m范圍。加壓系統為斜坡堤，其堤心采用充填袋，內側護面采用模袋混凝土結構，外側護面采用柵欄板。堤心增加土工格柵和土工織布，增強堤身整體性，減少不均勻沉降。

為保證圍埝工程施工過程中地基和結構的穩定，防止地基出現剪切破壞，通過動態觀測資料及時掌握施工期圍埝地基穩定性、沉降速率等，控制加荷速率，對施工安全進行預控。對整個工程的施工期沉降、穩定、安全性進行全面監測須在埝體基礎上埋設沉降盤、測斜儀、孔隙水壓力計、永久沉降點等，根據設計說明，每隔600 m布設一組孔壓計，每隔300 m布設一組深層水平測斜儀，每隔150 m布設一個沉降觀測儀，共累計布設完成沉降監測點35個、深層水平位移監測點15個、孔壓監測點8個，見圖1。通過動態觀測及時的掌握圍埝以及地基的沉降、深層水平位移以及孔隙水壓力的變化情況，分析比較結果后，判定地基變形的未來發展趨勢，預估未來的變形發展情況由于控制基準點處于軟土地基之上，且受到施工等外界因素影響，根據現場的實際情況，每季度定期進行校核，以保證精度，并將最新的復核結果報于業主方、監理方及施工方。

圖1 儀器布設斷面分布圖

2)監測設備的結構、埋設時間對應的施工工序與埋設方法見表1。

表1 監測設備的結構、施工工序及埋設方法

測斜儀、孔隙水壓力計及分層沉降儀都是用先鉆孔后埋儀器的辦法進行，封孔采用膨潤土泥漿封孔法，隨后的儀器觀測結果表明這種埋設安裝方法成功率幾乎是100%。

3)儀器埋設進度與觀測。監測設備的埋設受主體觀測控制，超前可能妨礙其他施工作業，太晚則會丟失應測得的資料。沉降監測標埋設后開始觀測，施工期每日一次，大潮低潮位及出現異常情況時進行加測，工程結束后3個月內每周觀測2次，3個月后每周1次，直至施工結束后6個月為止。

深層水平位移觀測，施工期每日一次，大潮低潮位及出現異常情況時進行加測。

4)保證觀測精度的措施。由于地基監測工作中的測量要求精度較高，為了保證測值準確可靠我們主要采取以下措施：采用符合高要求的測量儀器，水準測量使用瑞士徠卡Leica DNA03型精密電子水準儀(測量精度為±0.2 mm/km);采用美國Trimble 4700型和Trimble 5700型RTK GPS(精度為±1 mm+0.5 ppm/ ±1 mm+0.5 ppm);瑞士徠卡TCRP1201 R300型全站儀(測角精度為±1.0″，測距精度為±2 mm+2 ppm)等。

必須由合格的測量工程師負責測量工作，現場操作人員必須技術熟練，經驗豐富。

引測的測量基點由于地基的變形可能移動或沉降，因此必須定期檢測。

測量結果必須及時分析對比，如有問題應及時重測。

5)監測設備的保護。在圍埝區域施工的船舶、機械車輛較多，因而埋設好的監測設備容易被破壞。如何保護好監測設備、提高設備的完好率，曾是該工程的一個難題。

為了保護監測設備，建設單位召集各施工分包單位多次討論研究制定出有效的管理辦法和措施，使監測工作能正常順利地進行。主要包括：

由監測單位制定有關監測設備的保護條例，并要求各分包商和施工人員認真學習，理解監測設備的重要性。根據保護條例，提出誰施工誰負責的規定，責任明確，落實到人。

制定罰款制度，對于不同的監測設備被破壞情況，處以不同的罰款，這一規定引起了分包商和施工操作人員的重視，證明其效果明顯。

監測單位對不同的設備采取不同的圍護、警戒措施，如竹籬笆圍護、涂醒目油漆標志等都起到了重要作用。

定期現場巡邏檢查監督，監測單位經?，F場監督，及時發現并處理存在的問題。

盡管工程施工難度大，設備品種數量繁多，由于采取了有效的保護措施，保證了監測設備的完好率。

3 監測資料的處理

因頻繁的測量獲取了大量的觀測數據和試驗資料，由于圍埝施工是由監理工程師嚴格監理，其要求各種監測資料必須及時迅速傳遞報送給監理。經協商決定利用計算機的優勢，針對不同的資料信息，制定不同的表格形式和計算表格可自動計算出各種所需的信息，如沉降量、孔隙水壓力變化等，并以圖形顯示各種變化曲線，將資料信息在分包商、總包商和監理工程師中傳遞。實踐證明，這種方式傳統方便、效率高、不易出錯，大大減少了監測人員的重復勞動。

實測資料的修正：大量的沉降實測資料是用水準儀每天從現場測量的，但由于現場施工的干擾，如拋石施工、測桿接長、測量水準點沉降、測量誤差等，都會給測量結果帶來誤差，導致測值不能反映實際沉降過程，必須對嚴重偏離測值進行分析、判斷，找出原因，進行修正和舍棄。而由于打排水板、加載等原因引起的沉降迅速增大，則是正常的而不能輕易刪除，對于找不出變化原因的也一般予以保留。值得注意的是施打排水板后沉降并不是馬上加速，而是一個滯后的過程。

從沉降觀測曲線變化過程可以發現，在基礎荷載前3個月內曲線較陡，說明沉降速度快。6個月時荷載減少堤體基本成形，開始變緩。6個月以后，曲線趨于水平，沉降速率大幅減小。沉降點編號按時間順序如圖2所示，由于持續荷載曲線較陡、拐點少，本圍堤地基上層為飽和、高壓縮性軟土，對外界荷載壓力響應敏感，從曲線圖上可發現孔壓變化在布設后3個月內非常明顯，而到后期變化逐漸平緩。這種變化特征反映施工前期，軟土地基對荷載作用的應變非常敏感，隨著施工進行地基固結度的提升，土體持力層形成，孔壓變化非常微弱。由于布設時間差異較小、施工類型一致，所以在整個孔壓觀測過程中沒有特別的變化類型。

圖2 孔壓—時間變化曲線圖

深層水平位移監測的數據處理軟件可以實現原始數據自動計算、生成位移累計曲線，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。圍埝施工前期及開挖期間每天測量，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。根據監測規范及當地經驗，確定土體水平位移報警值：變形速率超過4 mm/d或連續兩天變形速率超過3 mm/d，累計水平位移大于40 mm。

4 結語

通過對圍埝工程進行的成功地基監測，得出如下結論：

1)地質勘探是監測工作的基礎，鉆探的數量必須保證摸清土層、土性。

2)監測設備的種類較多，作為圍埝工程，大量布設沉降觀測點、深層沉降儀和適當數量的孔隙水壓力計及測斜儀是合理的。這些設備為圍埝施工監測起到了重要作用，尤其是沉降盤獲得的地基沉降資料對圍埝施工控制起了不可替代的作用。

3)測量是監測的重要手段之一，由于測量的精度要求高，因而必須有熟練的測量工程師用二等以上的水準儀進行測量，所用水準點必須定期復核。

［1］ 滄州渤海新區綜合港區后方區域吹填造陸工程東圍堤施工監測報告［R］.天津：交通部天津水運工程科學研究院，2011.

［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］ 天津南港工業區東港池圍堤工程監測報告［R］.天津：交通部天津水運工程科學研究院，2011.