睢寧二站泵站主體工程安全監測分析

陳亞軍，張 亞，張桂霞，李 欣

(徐州市水利建筑設計研究院，江蘇 徐州 221000)

睢寧站工程是南水北調東線工程的第五梯級泵站，由睢寧一、二站組成，設計流量110m3/s，其中睢寧二站設計流量60m3/s，備用流量80m3/s。該站工程等別為I等，工程規模為大(1)型[1]。工程于2013年1月水下工程驗收，4月機組試運行驗收，2014年6月合同項目完工驗收[2]。睢寧二站工程基坑深度約21m，為南水北調東線一期所有建筑物中基坑最深的泵站。泵站主體工程中的檢修間和控制室分別布置在主站身兩側，其基礎采用空箱基礎。為減少土方開挖，降低工程投資，在兩側空箱滿足側向抗滑安全系數大于1.0的情況下，采用與主站身對頂鋼板連接，使檢修間空箱與主站身、控制室空箱與主站身兩側側向抗滑均滿足1級建筑物抗滑穩定的要求[3]。由于對頂鋼板埋設于地下，不便于直接觀察，因此，除通過泵站內部對對頂鋼板周邊的混凝土墻體進行觀察裂縫外，有必要通過垂直位移和水平位移觀測其變形，并輔以揚壓力觀測，來綜合分析泵站的安全狀況。

1 安全監測點的布設[4- 7]

(1)觀測水準基點布設

睢寧二站共計布置兩個水準基點，分別位于泵站偏站下側左右岸，基點使用鋼筋砼灌注樁基礎，基點按相關要求進行考證，并每年與國家水準點校測兩次，平面布置如圖1所示。

圖1 睢寧二站水準基點平面布置圖

(2)垂直位移和水平位移監測點布設

泵站主體工程部分垂直位移監測點共計12個，分別布設在主站身、檢修間和控制室角點附近。水平位移監測點與站下垂直位移監測點共用，共計4個，如圖2所示。

圖2 睢寧二站垂直位移、水平位移監測點平面布置圖

(3)揚壓力監測點布設

主泵站站身下揚壓力觀測，選擇三個觀測斷面，每個斷面布置3支滲壓計，共9支。通過埋設在建筑物下濾料箱，井徑Φ50cm鍍鋅鋼管，用GEMS- 2600(5m)壓力傳感器進行水位量測。

2 安全監測數據[2]

泵站主站身、檢修間和控制室從2013—2017年間垂直位移變化具體詳見圖3—5。

圖3 睢寧二站主站身垂直位移-時間圖

圖4 睢寧二站檢修間垂直位移-時間圖

圖5 睢寧二站控制室垂直位移-時間圖

表1 最不利組合工況下泵站計算滲壓與測壓管實測滲壓情況統計表單位：m

泵站主站身、檢修間和控制室從2013—2017年間水平累計最大偏移量為泵站站身底板12測點，其累計偏移值為13.41mm(偏向站下)。

在2013—2017年間，對泵站主站身9個測壓管水位進行255次觀測，按照最不利工況進行滲流分析梳理，具體詳見表1。

3 安全監測分析[8]

(1)垂直(沉降)位移

根據現場實際觀測情況，由表1可知，泵站主站身完建期最大沉降量為30mm，截止2017年底，累計最大沉降量為11.4mm，檢修間完建期最大沉降量為25.3mm，累計最大沉降量為15mm，控制室完建期最大沉降量為26.2mm，累計最大沉降量為12.7mm，其總沉降值均小于泵站設計規范中允許值100～150mm[10]，滿足要求。泵站主站身與檢修間、控制室間最大沉降差為5.1mm，小于泵站設計規范中允許值30～50mm[10]，滿足要求。經分析，在完建期，地基反力最大，沉降量大；在運行期，泵站受揚壓力作用且地基土為膨脹土，地基反力和沉降量較運行期小。泵站主站身、檢修間和控制室受不均勻沉降影響情況，其偏移方向基本同受力合力方向，滿足變形趨勢。

(2)水平位移

根據GB 50007—2011《建筑地基基礎設計規范》中對高層建筑的整體傾斜的要求，建筑物高度≤24m時，建筑物整體傾斜應≤0.004[12]。睢寧二站泵站站身高度為20.15m，其最大點處累計偏移值為13.41mm，垂直度L/H=0.067%<0.4%，滿足要求。

(3)揚壓力

泵站地基土第⑧層土含砂礓粘土的允許坡降值0.4～0.5，出口段允許處以坡降為0.7～0.8[13]。根據表4數據對9個滲壓觀測點數據進行分析，在泵站上下游最大水頭差8.15m工況下，泵站站上與站下測壓點之間滲徑長度為44.2m，根據直線比例法進行滲流計算，滲流坡降值為0.184，滿足規范要求；按照改進阻力系數法進行計算，出口段允許坡降修正為0.91～1.04，大于計算的0.339，不會產生流土，滿足要求；站底板滲流坡降值為0.108，遠小于允許坡降值，說明地基土在其底板的接觸面上不會產生接觸沖刷，滿足規范要求[13- 14]。

4 結論

睢寧二站是南水北調東線工程泵站中基坑最深、地震烈度最大、尺寸較大的泵站[15]。本項目根據結構布置情況，通過主站身與檢修間、控制室空箱間采用對頂鋼板連接措施來滿足抗滑要求，因此，通過對上部的變形觀測來了解下部頂鋼板的情況尤為重要。本文通過對近5年的觀測資料，其垂直、水平位移變化很小且基本趨于穩定，沉降量、沉降差、水平位移均滿足規范要求；揚壓力現場觀測數據變化趨勢與計算理論趨勢相吻合，實際觀測數值與理論計算值偏差很小，基本上滿足設計要求。此外，通過現場泵站內部對對頂鋼板處進行裂縫觀察，未發現裂縫，說明泵站狀況安全。需要注意的是，后期還須對泵站繼續加強安全監測，及時反饋分析數據，用于指導工程管理，確保工程運行安全。