滹沱河倒虹吸工程安全監測布置及成果分析

□崔鐵軍

（南水北調中線干線工程建設管理局河北分局）

1 工程概況

滹沱河倒虹吸位于河北省正定縣西柏棠鄉新村村北，倒虹吸長2 225 m，與滹沱河河道基本垂直，由進口漸變段、進口閘室段、管身段、出口閘室段、出口漸變段五部分組成。工程建筑物級別為1 級，設計流量170 m3/s，加大流量200 m3/s。工程主要承擔南水北調中線全線貫通后的輸水任務，退水閘主要承擔總干渠退水任務。

滹沱河倒虹吸管身為鋼筋混凝土箱涵斷面，過水斷面3（孔）×6.00 m（寬）×6.20 m（高），進口斜坡段長48 m，管身水平段長1 935 m，出口斜坡段長60 m，頂板、底板、側墻厚度1.30 m，中墻厚度1.20 m。

2 監測設施布置及埋設

2.1 監測項目

為監測本工程在施工期和運行期的安全狀況，設計布置了用于觀測結構沉降變形、混凝土應力應變、鋼筋應力、土壓力、接縫開合度、基礎滲流和巡視檢查等項目。

2.2 監測布置

進出口漸變段各布置1個監測斷面，每個斷面布置3支土壓力計，監測擋土墻的墻后土壓力；在每個斷面左右擋土墻頂部各布設1 個沉降標點，監測擋土墻的垂直位移，同時在左右兩側各設1根測壓管，監測基礎滲流。

進口檢修閘、出口節制閘主要布置基礎反力監測、滲流監測和表面變形監測，共布置土壓力計4支、滲壓計11支、沉降標點6個。

退水閘主要布置基礎滲流監測和表面變形監測項目，共布置滲壓計10支、沉降標點2個。

管身段共布置4 個典型監測斷面，進、出口斜坡段和水平管段各布置1 個斷面。其中，斜管段每個斷面布置應變計10支，無應力計2支，鋼筋計12支，監測混凝土的應力應變和鋼筋應力；滲壓計4支，監測基礎的滲流壓力；土壓力計3支，監測管身基礎反力。水平管段每個斷面布置應變計13支，無應力計3支，鋼筋計18支，監測混凝土的應力應變和鋼筋應力；滲壓計4支，監測基礎的滲流壓力；土壓力計5 支，監測管身基礎反力。典型監測斷面見圖1。

同時，為監測結構的接縫變形和結構的沉降，在進出口閘室與管身及管身與管身接縫處共布設測縫計14 支；在管身底板布設29個沉降標點。

滹沱河倒虹吸共計布置各類儀器238支（個），用于結構內部觀測儀器均為振弦式，截止目前，監測儀器失效22 支，儀器完好率為90.76%。

3 安全監測成果分析

3.1 滲流監測

當前，進、出口段及管身段等各部位滲壓計測值較小，一般在5 kPa以內，滲壓力主要隨著季節呈周期性變化，表明建筑物結構未出現內水外滲現象，滲壓力變化過程線見圖2。

3.2 土壓力監測

當前側向土壓力未見異常變化，進口漸變段土壓力測值為76.90 kPa；進口閘土壓力測值為24.60 kPa；進口管身段土壓力在9.80 ～113.90 kPa；出口漸變段土壓力計測值在0～17.90 kPa；出口閘土壓力計測值在-24.20～-9.60 kPa；出口管身段土壓力計測值在0～63.10 kPa；當前土壓力測值與往年數據相比，變化規律和趨勢具有一致性和合理性，未發現異常現象。

當前土壓力測值受溫度影響較大，由于基礎橋接作用影響，部分測值為負值，不能反映真實的基底應力和側向土壓力，結合其它監測儀器設施綜合分析判斷結構受力狀態正常。

圖1 滹沱河渠道倒虹吸2#觀測斷面圖

圖2 滹沱河倒虹吸進口段及進口管身基礎滲流壓力變化過程線圖

3.2.1 鋼筋應力監測

斜管段246+254和248+240斷面各布置12支鋼筋計，直管段246+315和248+185斷面各布置18支鋼筋計，用以監測箱涵結構內部鋼筋應力。

從鋼筋計測值過程線看：①鋼筋應力與溫度呈負相關。②箱涵頂板和底板內層橫向鋼筋基本處于受拉應力狀態，且頂板內層鋼筋應力比底板內層鋼筋應力大；③外層橫向鋼筋基本處于受壓的應力狀態，且頂板外層鋼筋應力比底板外層鋼筋應力大，對于同一高程的外層鋼筋，離邊墻越遠，鋼筋應力越大；④邊墻和中墻豎向外層鋼筋基本處于受拉應力狀態，內層鋼筋基本處于受壓狀態。⑤邊墻和中墻豎向鋼筋應力最大，底板橫向鋼筋應力次之，頂板橫向鋼筋應力最小。

當前進口段、出口段及管身箱涵內部鋼筋應力均在合理范圍內。其中進口段鋼筋應力為-33.70～23.70 MPa，出口段鋼筋應力在-21.60～44.30 MPa，月變幅較小，與往年數據相比較，變化規律和趨勢具有一致性和合理性，未發現異常現象，鋼筋應力測值過程線見圖3。

圖3 滹沱河倒虹吸出口段（4#斷面）鋼筋應力測值過程線圖

3.2.2 混凝土應力應變監測

斜管段246+254和248+240斷面各布置2支無應力計和10支應變計，直管段246+315 和248+185 斷面各布置3 支無應力計和13支應變計。

倒虹吸管身箱涵內部混凝土實測總應變與溫度相關性良好，混凝土澆筑后初期出現較大拉應變，后期基本為壓應變。截止到2018 年12 月，進口段測值-444.50～-158.70με ，出口段測值為-309.50～-58.70με ；與往年數據相比較，變化規律和趨勢具有一致性和合理性，未發現異常現象。

3.3 結構縫變形監測

滹沱河倒虹吸進、出口閘與相鄰的斜管段箱涵之間底板接縫處均布置了1 支測縫計，進、出口斜管段各箱涵之間以及斜管段與平管段接縫處均布置了2支測縫計，共計14支。

接縫開合度與溫度相關性良好，溫升趨于閉合，溫降趨于張開，呈年周期性變化。當前，進口段歷史最大開度測值為3.20 mm，當前測值在0～1.90 mm；出口段歷史最大開度測值為3.70 mm，當前測值在0.10～2.40 mm。各部位月變幅較小，在0.50 mm以內。進、出口段同類部位接縫的變形量接近，量值在正常值范圍內。

3.4 表面垂直位移監測

當前，進、出口段沉降不明顯，累計沉降量最大值在-5.00～5.00 mm 范圍內，累計沉降量及相鄰結構之間的沉降差均在正常范圍內，當前累計沉降量主要隨溫度呈小幅波動變化，變形基本穩定，沉降監測過程線見圖4。

圖4 滹沱河渠道倒虹出口沉降監測過程線圖

4 主要結論與建議

①滹沱河倒虹吸設計單元工程監測儀器完好率為90.76%，總體上滿足規范要求和工程安全監測需要。

②本工程滲流、應力應變和變形監測值的大小與變化情況符合一般規律，歷年來具有一致性和合理性，未發現影響工程安全運行的異常問題。