灘地監測方案設計與分析

孫 豐

灘地監測方案設計與分析

孫 豐

（中船勘察設計研究院有限公司 上海 200331）

通過某灘地監測方案設計的實例，介紹了方案設計的過程，包括收集工程地質、水文地質和周邊環境等基礎資料，分析所需要監測的項目內容，論述了監測所需要的精度及詳細的監測方法，實現了監測的目的，最后對方案設計進行了總結分析。本監測方案設計的成功，可作為類似項目監測設計時的參考。

灘地 監測方案 設計 斷面測量

1 工程概況

1.1 地理位置及地貌特征

某圈圍工程位于長江口南港和北港分汊口，是長江口南北港分流口整治的重要措施之一，2008年6月竣工，隨即轉入工程維護階段。根據遠期規劃，圈圍工程未來將作為水庫進行開發利用。

該區域地貌特征屬于潮坪地貌類型，灘面比較平坦，高程一般為3.0?4.0m。0m等深線以上東西向長約8.0 km，南北向最寬處約2.8km，面積18.7km2。灘地周邊水下局部有沙洲，南沿區段出現深槽逼岸情況。

1.2 工程地質

根據圍堤勘察資料，圈圍工程擬建場地泥（地）面下40.5m（相當于-38.5m）深度范圍內的土層按其成因類型可劃分為4層，其中第①和⑤層土根據土性和工程性質的差異又可分為若干亞層。各地層特性見表1。

1.3 水文地質

長江口為中等強度的潮汐河口，口外為正規半日潮，受潮流和地面徑流的雙重作用，進入口內潮波逐漸變形，為非正規半日淺海潮。每天兩漲兩落，呈現較顯著的日潮不等現象，且落潮流歷時長于漲潮流歷時。

1.4 周邊環境

圈圍施工結束后，圍堤外部發生了一系列的變化。為了調節長江南北港的水流大小，2009年圈圍工程西側水下開始修建一條潛堤，與此同時北側一處大型水庫也開始建造，其余均為原始地貌。

2 監測目的

由于地處河勢較為復雜的南北港分流口，且周邊工程施工仍在實施，區域河勢處于動態變化過程中。圍堤施工時，圍堤樁號1+455～2+050和3+450～5+562區段不具備鋪排條件，進行了設計變更，取消了混凝土鉸鏈排結構。遵循“動態監測、動態實施、動態保護”的原則，為了確保圈圍工程安全，故對完建期樁號0+000～10+466段堤外灘地實施動態監測。

圍堤-灘地-護坎-軟體排位置關系見圖1。

3 監測內容的確定

從圖1可以看出，灘地保護的主要問題集中在護坎和江側斜坡的安全是否得到保障。就護坎保護來說，考慮在護坎頂部設置垂直位移和水平位移監測點，進行垂直位移和水平位移觀測，了解護坎位移的規律。

日常加強安全巡視，監測護坎裂縫變化，及時了解護坎結構的變形狀況。

表1 地層特性表

圖1 圍堤-灘地-護坎-軟體排斷面示意圖

江側斜坡的安全主要通過斷面測量手段，能比較直觀的展現斷面上地形標高的變化情況。根據水流、潮汐及堤岸坍塌趨勢，考慮到工程經濟效果，設置200米的堤岸防護長度。在深泓逼岸段、江中淺灘段及其它重點區域設立800?1000米的加長斷面，能夠了解更多的沖淤變化情況，沖淤變化直接影響到河口資源的保護和岸灘資源的利用。

監測內容主要包括工程范圍內灘地的橫斷面測量、西堤護灘段縱斷面測量、南堤沖刷劇烈段護坎結構的垂直位移監測、水平位移監測、裂縫監測及安全巡視。

4 監測頻率

根據測區汛期變化、工程地質情況以及施工期的鋪排情況，明確需要重點監測區段的頻率，在南沿劇烈沖刷區段和潛堤下游段每兩月監測一次，其它區段每年分別在1月、4月、6月和10月進行監測，確保汛前和汛后各兩次。

5 監測控制標準及監測精度分析

5.1 監測控制標準

根據各區段的潛在危害程度，在監測實施過程中，要求依據表2控制標準實施報警。

表2 監測控制標準

5.2 監測精度分析

5.2.1 水下斷面監測

根據《水運工程測量規范》（JTJ203-2001）要求，測點不應低于1∶2000測圖的定位精度，實測線偏離不大于圖上5mm，水域測點高程中誤差不應超過0.2m。

定位采用Trimble5700雙頻GPS接收機進行靜態測量，測量等級采用四等，并對控制點高程進行二等水準測量，求出準確的轉換參數。使用GPS-RTK技術，進行水上定位。Trimble5700雙頻GPS接收機參數見表3。

水深測量選用中海達HD-27T型單頻測深儀，測深精度為±1cm+0.1%×h（h為水深值），測區范圍內水深均在20米以內，儀器精度能夠滿足監測控制標準的要求。

5.2.2 護坎水平位移監測

監測點呈弧線分布，距離跨度較大，水平位移觀測采用Trimble5700雙頻GPS快速靜態測量和Leica TC402全站儀測邊交會相結合的方法進行，能夠滿足監測控制標準的要求。

5.2.3 護坎垂直位移監測

由于監測點間距跨度較大，閉合水準路線長度約9km，依據監測控制標準，可以采用二等或三等水準測量方法，為了使監測點垂直位移觀測達到較高的精度，擬采用二等水準測量方法進行高程測量。

5.2.4 護坎裂縫監測

護坎結構采用塊石灌縫的施工方法，至監測實施時竣工接近一年時間，裂紋較多，為了滿足監測控制標準要求，采用帶0.5mm刻度的鋼尺進行量測。

6 監測實施

6.1 水下縱橫斷面監測

根據水下斷面監測內容進行測線布設，斷面線位置見圖2圍堤中心線外側實線。

在測區周邊布設符合規范要求的GPS控制網，控制網等級為四等。采用精密水準儀進行二等精密水準測量，獲得GPS控制點的高程，即可求出測區WGS84至城市坐標系的轉換參數。采用GPS-RTK技術，使用Trimble 5700和HD-27T，配合導航測深軟件即可獲取水下斷面的平面坐標和高程。

6.2 護坎水平位移監測

護坎水平位移觀測點直接布設在南沿劇烈變化段護坎頂部，和水下斷面線端頭對應，采用強制歸心標志。測量方法部分采用Trimble5700雙頻GPS快速靜態測量，測量等級選用一級；部分選用Leica TC402全站儀測邊交會方法進行，距離測量精度為2mm+2ppm。

6.3 護坎垂直位移監測

表3 Trimble5700雙頻GPS接收機精度

護坎垂直位移監測點和水平位移監測點采用同點埋設，沿監測點布設一閉合水準路線，每次監測固定儀器、固定人員、固定水準路線，每次均在低潮位期間完成。

6.4 裂縫觀測方法

巡視護坎頂部后發現，寬度大于1mm的裂縫較多，選擇裂縫較大的26條裂縫進行重點觀測，采用油漆做好標記，利用帶0.5mm刻度的鋼尺進行裂縫寬度量測，利用鋼卷尺進行裂縫長度量測。

圖2 水下斷面線布設示意圖

7 監測結果分析及應對措施

整個監測周期內護坎的垂直位移和水平位移均沒有出現報警情況，裂縫變化非常明顯，護坎的江側護底部分區段損毀嚴重，出現大面積坍塌，多次報警。

斷面監測發現，局部深槽向岸邊逼近，護灘石攏端頭沖刷嚴重，南沿部分區段出現汛期淤積，汛后出現沖刷的特點。

針對監測周期內出現的各種情況，施工單位進行了定期的維修。對于深槽向岸邊逼近的情況，多出現在0?-4m標高范圍內，土層為①2層，呈松散?稍密狀。由于現場仍然不滿足鋪排施工條件，進行了局部水下拋石，江側護底嚴重損毀的區段進行基礎加固，重新修補護底混凝土埂和護坡。對出現的裂縫進行灌漿封閉，效果非常明顯，有效的保護了灘地安全。

8 方案設計分析

灘地監測方案的實施達到了監測的目的，取得了比較理想的效果，但仍然有必要進行分析，以期能對類似項目起到較好的參考。

8.1 水下斷面線長度差異

橫斷面線長度有差異，普通斷面線長度為200m，加長線長度為1000m，可以了解重點地段的沖淤情況，也是本項目設計的特色。縱斷面線布設在鉸鏈排的頭部，起到預警的作用，可以了解排布的損毀情況。各斷面位置應固定，在斷面標高變化劇烈的區段增加斷面線的數量，同時保持測量數據的連貫性。

8.2 水下斷面線沖淤展示

縱橫斷面線分別反映工程不同部位的沖淤情況，通過斷面曲線圖可以看到該斷面線上地形標高的歷次變化情況，全部橫斷面線可以反映整個區域的變化趨勢，但是這僅限于二維圖像。目前可以通過可視化三維建模，利用色彩充分展示整個測區的三維沖淤效果，圖3a、圖3b是通過我公司科研項目“三維水下動態GIS”分析軟件獲得的沖淤前后演示效果。

8.3 護坎垂直位移監測

圖3 三維可視化沖淤演示圖

由于施工已經完成接近一年時間，目前處于管理維護階段。監測兩年以來，護坎累計平均沉降量約13mm，累計最大沉降量僅為20mm。在垂直位移監測實施過程中，采用精密水準測量方法施測能靈敏的反映垂直位移的變化量，故方案中選擇二等水準方法進行施測是合適的。護坎垂直位移監測在施工期監測時屬于必測項目，但在長期監測中根據實際情況可以取消或將監測周期拉長。

8.4 護坎的安全巡視、裂縫觀測

護坎的安全巡視、裂縫觀測非常有必要，由于護坎環繞圍堤，監測范圍廣，點位稀疏，且位移監測頻率低，為了及時發現護坎變形狀況，應考慮增加護坎的安全巡視的頻率。

8.5 地形地質條件的影響

由于本項目所在區域為長江下游，工程建設中經常會遇到軟弱地基這一不良地質，如果對軟土的特性了解不深，在工程設計中重視不夠，往往會導致工程事故的發生，造成重大經濟損失。工程設計方案必須與地形-地質-水文和施工可操作性等條件相結合，才能選擇合理的處治措施以獲得滿意的工程效果。

8.6 其他

適當增加水文及氣象觀測，如潮位、臺風等，了解水文、氣象環境因素對斷面監測的影響程度。

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10.3969/j.issn.1672-2469.2014.01.027

TV22

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1672-2469（2014）01-0083-05

孫豐（1979年—），男，工程師。