PAGE京杭運(yùn)河淮陰二線船閘大修變形觀測一、前言建設(shè)中的船閘或建成后的船閘工程建筑物，由于各種因素的影響，在工程建筑物及其設(shè)備的運(yùn)營和建造過程中，都會產(chǎn)生變形。這種變形在一定限度之內(nèi)，應(yīng)認(rèn)為是正常的現(xiàn)象，但如果超過了規(guī)定的限度（設(shè)計(jì)中給出的預(yù)警值、經(jīng)驗(yàn)算得出的預(yù)警值、專業(yè)安全性能評估與評價(jià)報(bào)告的結(jié)論），就會影響建筑物的正常使用，嚴(yán)重時(shí)還會危及建筑物的安全。因此，在工程建筑物的施工、主體建筑物技術(shù)改造、船閘大修和運(yùn)營期間，必須對它們進(jìn)行變形觀測。在變形觀測的過程中，了解其產(chǎn)生的原因是非常重要的。一般來講，建筑物變形主要是由兩個(gè)方面的原因引起的，一是自然條件及其變化，即建筑物地基的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、土壤的物理性質(zhì)、大氣溫度等。另一種是與建筑物的結(jié)構(gòu)、型式及動荷載（如風(fēng)力、震動等）的作用。此外，由于勘測、設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)營管理工作做得不合理，還會引起建筑物產(chǎn)生額外的變形。這些變形的原因是互相聯(lián)系的。隨著工程建筑物的興建，改變了地面原有的狀態(tài)，對于建筑物的地基施加了一定的外力，這就必然會引起地基及其周圍地層的變形。而建筑物本身及其基礎(chǔ)，也由于地基的變形及其外部荷載與內(nèi)部應(yīng)力的作用而產(chǎn)生變形。例如：在京杭運(yùn)河淮安、淮陰、宿遷、皂河等三線船閘建設(shè)過程中，由于三線船閘的中心線距原一線或二線船閘中心線的距離都很近，為了防止三線船閘施工期間影響一、二線船閘的結(jié)構(gòu)及安全運(yùn)行，所以，在施工期間必須嚴(yán)密監(jiān)視一、二線閘的動態(tài)，及時(shí)、準(zhǔn)確地對一、二線船閘定期進(jìn)行沉降（垂直位移）、水平位移等變形觀測，并進(jìn)行安全評估以確保一、二線閘安全運(yùn)行。同時(shí)，對施工中的三線船閘各結(jié)構(gòu)物也應(yīng)進(jìn)行觀測。又如：在船閘大修或主體建筑物的技術(shù)改造過程中，由于閘室必須是在無水的條件下才能進(jìn)行各工序的施工，這樣船閘主體建筑物如閘室原力學(xué)平衡就被改變了，因此為保證主體建筑物的安全、保證大修的順利完成必須對其變形觀測。下面以淮陰二線船閘2004年10月大修工程變形觀測為例來探討船閘大修變形觀測的內(nèi)容、觀測方法、精度要求及成果分析。二、淮陰二線船閘大修工程存在特殊問題概況1、由于淮陰二線船閘在第一次大修期間，閘室底板多次出現(xiàn)泉涌，并冒渾水。且距離下閘首第三道伸縮縫位置中間處，底板下反濾層突發(fā)整體破壞，出現(xiàn)一個(gè)深陷坑。后采用拋填碎石拌砂（約700噸）及塊石護(hù)面進(jìn)行處理。本次大修為防止出現(xiàn)上次現(xiàn)象，在閘室抽水時(shí)，采用了同時(shí)進(jìn)行墻后降水的方案，以保證閘室墻等結(jié)構(gòu)物的安全。因此，為了保證施工過程中閘室墻的穩(wěn)定，同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算的準(zhǔn)確性必需對其進(jìn)行變形觀測并采集基礎(chǔ)觀測數(shù)據(jù)，通過對成果的分析并結(jié)合其它相關(guān)的檢測數(shù)據(jù)來綜合判斷船閘的安全性能。2、由于在大修過程中，閘室墻后采用了連續(xù)進(jìn)行地下降水的方案，可能影響船閘周圍附近建筑物的安全，所以在大修過程中須時(shí)時(shí)監(jiān)視各建筑物的變形、變化情況。3、此次大修從10月1日開始閘室向外抽水，10月3日完成閘室抽水。到10月22日閘室底板再次出現(xiàn)第一次大修時(shí)的情況，出現(xiàn)泉涌并冒渾水且來勢洶涌，尤其是泉涌2和泉涌3。泉涌的具體位置見觀測點(diǎn)示意圖。三、變形觀測點(diǎn)的布設(shè)及相關(guān)要求觀測點(diǎn)的布設(shè)方法及位置嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)及行業(yè)規(guī)范要求。具體點(diǎn)位見布設(shè)圖。1、各種觀測設(shè)備埋放前均經(jīng)檢查和率定；2、觀測設(shè)備均按規(guī)定及時(shí)埋放；3、水位觀測設(shè)施應(yīng)設(shè)在水流平穩(wěn)地段（船閘大修期間的上、下游水位）；4、沉降標(biāo)點(diǎn)埋放穩(wěn)定后，我們即時(shí)觀測了初始值（我們按規(guī)定取三次觀測結(jié)果的平均值作為初始值），大修施工期間，原則上進(jìn)行定期觀測，特殊情況下進(jìn)行了一天一次或兩次的觀測，竣工放水前觀測一次，放水后又周期性的觀測三次。5、閘室墻墻身的傾斜觀測（可以采用電子測斜管儀或上下距離互差法），可在大修過程中及放水前后進(jìn)行；6、各觀測項(xiàng)目及設(shè)備，均由專人負(fù)責(zé)觀測和保護(hù)；7、施工期間所有觀測項(xiàng)目，均按時(shí)進(jìn)行了觀測，并及時(shí)整理分析；8、變形監(jiān)測網(wǎng)采用了獨(dú)立坐標(biāo)和基本接近的假定高程。四、變形觀測的方法變形觀測的方法要根據(jù)建筑物的性質(zhì)、使用情況、觀測精度、周圍的環(huán)境以及對觀測的要求來選定。一般來說：垂直位移多采用精密水準(zhǔn)測量、微水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行觀測。而水平位移的觀測情況就比較復(fù)雜。對于船閘而言，采用基準(zhǔn)線法或?qū)Ь€測量、前方交會、小角法的方法進(jìn)行。對傾斜觀測則采用液體靜力水準(zhǔn)測量或精密水準(zhǔn)測量的方法進(jìn)行。裂縫（或伸縮縫）觀測使用測縫計(jì)或根據(jù)其它的觀測結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。對地表形變觀測可采用地面攝影測量方法測定其變形值。此次淮陰二線船閘大修變形觀測，沉降觀測我們采用環(huán)形閉合的幾何水準(zhǔn)觀測方法進(jìn)行，位移采用了基準(zhǔn)線法和小角法進(jìn)行觀測。五、嚴(yán)格遵循規(guī)范要求每次變形觀測時(shí)均做到“四固定”即：相同的觀測路線和方法。使用同一儀器和設(shè)備、固定觀測人員，在基本相同的環(huán)境和條件下工作?？蓞⒖紙?zhí)行的規(guī)范有：1、《地基與基礎(chǔ)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GBJ202）規(guī)定：需要進(jìn)行沉降觀測的建筑物和構(gòu)筑物，應(yīng)按該規(guī)范要求進(jìn)行沉降觀測，并整理沉降觀測資料。2、《工業(yè)與民用建筑工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（TJ21）規(guī)定：對下列建筑物宜進(jìn)行沉降觀測：①在不均勻或軟弱地基上的較為重要的建筑物；②因地基變形或局部失穩(wěn)而使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫或破損，需研究處理的建筑物；③沒有建筑經(jīng)驗(yàn)的重點(diǎn)建設(shè)的特殊建筑物；④因建筑物周圍，有新的建設(shè)項(xiàng)目或本身技改，可能影響或損壞原有建筑物，必須對原建筑物進(jìn)行沉降和變形觀測。3、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ7）規(guī)定：對一級建筑物應(yīng)在施工期間、使用期間和修理期間進(jìn)行沉降觀測，并應(yīng)以實(shí)測資料作為建筑物地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量檢查的依據(jù)之一。4、執(zhí)行JTJ203—2001《水運(yùn)工程測量規(guī)范》。5、GB50026—93《工程測量規(guī)范》。6、JTJ218—2005《水運(yùn)工程水工建筑物原型觀測技術(shù)規(guī)范》。六、變形觀測的精度要求1、變形測量可分為四個(gè)等級，變形測量點(diǎn)可分為基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測點(diǎn)和變形觀測點(diǎn)。2、變形觀測點(diǎn)相對于最近基準(zhǔn)點(diǎn)的觀測精度和使用范圍見下表：等級點(diǎn)位中誤差（mmm）高程中誤差（mmm）適用范圍一等±1.5±0.5對變形特別敏感感的水工建建筑物二等±3.0±1.0對變形比較敏感感的水工建建筑物三等±6.0±2.0一般性水工建筑筑物和岸坡坡四等±12.0±4.0對觀測精度要求求比較低的的水工建筑筑物和岸坡坡京杭運(yùn)河船閘等水工建筑物大修期間（屬于對變形比較敏感的水工建筑物范疇）的沉降、位移觀測，宜采用二等觀測精度。沉降觀測的儀器必須使用帶有測微器的精密水準(zhǔn)儀（1mm/km以上）及配套觀測的變形觀測尺。滿足此要求，觀測精度定能達(dá)到二等精度。對于位移觀測的精度，則有很多因素的影響，主要有：m對中（儀器對中誤差）、mf（大氣折光的影響誤差）、ms(測距誤差)、mβ（測角誤差）?，F(xiàn)在，我們來證明一下采用什么樣的儀器才能滿足二等觀測精度?，F(xiàn)已測角精度2“，測距精度為2mm+2ppm.D的全站儀為例。對于有經(jīng)驗(yàn)的測量工程人員，儀器的對中誤差可控制在1.0mm范圍內(nèi)，大氣折光的影響誤差只要使棱鏡的高度大于1m，一般可消除此誤差。則觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差：M2P=m2對中+m2f+m2s+m2β其中：m2s=（2mm+2ppm.D）2取D=150m=150000mm，m2β=（2“/ρ150000）2，Mp=±2.8mm＜±3.0mm由此可以看出，我們只要使用能夠滿足測角精度為2“，測距為2mm+2ppm.D以上精度的全站儀進(jìn)行觀測就可以達(dá)到二等觀測精度。（實(shí)際上，我們觀測基點(diǎn)距離閘室前沿線附近的觀測點(diǎn)的距離是小于150m）工作基點(diǎn)的布設(shè)一般為4點(diǎn)，距離閘室前沿線30m以外左右，因此精度上完全能夠滿足要求）。此次，我們在本工程中采用二等變形觀測等級標(biāo)準(zhǔn)，沉降觀測點(diǎn)的高程中誤差為±1mm，位移觀測點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為±3.0mm（均相對基標(biāo)點(diǎn)而言）。使用儀器：水準(zhǔn)儀采用TOPCONATG2型，精度為0.4mm/km；全站儀為LeicaTc-905L型，其精度為2mm+2PPm·D，均滿足二等變形測量等級要求。七、變形觀測成果及分析主要以分析閘室中間泉涌處（見布置圖）左右兩側(cè)觀測點(diǎn)的成果為例：閘室泉涌2、3處兩側(cè)4個(gè)觀測點(diǎn)（左4、5、6、7，右4、5、6、7）的最終累計(jì)沉降量和位移量見下表：點(diǎn)號變形量左4左5左6左7右4右5右6右7累計(jì)沉降量（mmm）43554564累計(jì)位移量(mmm)-4-3-3-332242、成果簡要說明及分析（1）表中的累計(jì)沉降量為正值時(shí)，表示結(jié)構(gòu)物垂直向下位移，累計(jì)沉降量為負(fù)值時(shí)，表示結(jié)構(gòu)物垂直向上位移。（2）表中的累計(jì)位移量為負(fù)值時(shí)，表示向北方向位移（向左側(cè)），累計(jì)位移量為正值時(shí)，表示向南方向位移（向右側(cè)）。（3）閘室墻觀測點(diǎn)的初始值在閘室抽水前沉降位移各觀測三次，且三次觀測值基本沒有誤差，說明抽水前船閘結(jié)構(gòu)物是穩(wěn)定的。后取三次的平均值為初始值。（4）閘室向外抽水過程中，墻后降水井也同步降水，在此過程中（閘室內(nèi)水位為4.0時(shí)）兩側(cè)閘墻的位移有微小變化，向內(nèi)位移趨勢。兩側(cè)閘墻出現(xiàn)不均勻沉降，上游右側(cè)右16～右22觀測點(diǎn)的沉降變化較大，平均下沉約4mm，其余測點(diǎn)下沉量較小，但數(shù)據(jù)不等。直至20日（10月1日開始抽水的，3日完成閘室抽水），兩側(cè)閘墻的位移趨勢仍然是向內(nèi)側(cè)但出現(xiàn)增大趨勢，沉降也出現(xiàn)較小變化，部分觀測點(diǎn)有升高跡象，此時(shí)的墻后降水保持與前期正常速度。10月21日晚在如圖的泉涌2處再一次開始出現(xiàn)泉涌，10月22日至11月6日期間，兩側(cè)閘墻的位移趨勢分別向外側(cè)（此期間，前期泉涌涌水量較大，同樣采用了拋填碎石拌砂及20多條棉被的擁堵處理，加之進(jìn)一步增大墻后的降水來防止閘墻繼續(xù)前傾，泉涌處的涌水得到基本控制，結(jié)果閘墻開始向外側(cè)位移）累計(jì)位移量沒有超出預(yù)警值（設(shè)計(jì)給的參考值為：沉降量10mm,位移量12mm），當(dāng)時(shí)左側(cè)閘墻向外側(cè)平均累計(jì)位移量為3mm，最大位移量為4mm，右側(cè)閘墻向外側(cè)平均累計(jì)位移量為2mm，最大位移量為4mm；從11月6日前連續(xù)6次觀測值分析看，兩側(cè)的閘墻當(dāng)時(shí)是趨于基本穩(wěn)定的，沒有再出現(xiàn)增大趨勢。兩側(cè)閘墻的沉降量也無異常變化，左側(cè)平均累計(jì)沉降量為4mm，最大累計(jì)沉降量為6mm.右側(cè)平均累計(jì)沉降量為4mm，最大累計(jì)沉降量為6mm。但，我們從中可以看出底板出現(xiàn)泉涌且冒渾水對閘墻的穩(wěn)定有很大的影響。因?yàn)?，在出現(xiàn)泉涌之前閘墻是向內(nèi)側(cè)（閘室中心線方向）水平位移的，當(dāng)出現(xiàn)泉涌后閘墻很快向外側(cè)位移且內(nèi)、外側(cè)位移量的絕對值之和（左右擺幅）已接近預(yù)警值，可以說明泉涌的出現(xiàn)已經(jīng)危及建筑物的安全，但對泉涌所采取的工程處理措施也是基本有效的。（5）兩側(cè)閘墻墻后降水期間，對周圍建筑物的總體影響還是有的。降水的初始階段（前3天）周圍建筑物均存在不同程度的不均勻沉降，沉降量為2—5mm；待降水一周后，周圍建筑物的沉降已經(jīng)不再發(fā)生異常變化，而且逐漸趨于穩(wěn)定。觀測至半月后已經(jīng)基本沒有什么變化了，可以說，周圍建筑物是趨于穩(wěn)定的。（6）一線閘兩側(cè)閘墻的沉降共觀測7次（每5天觀測1次），觀測成果按規(guī)范分析后認(rèn)為變化