馬志登

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院,浙江杭州 310002)

某圍墾工程原位監(jiān)測施工和分析

馬志登

(浙江省水利水電勘測設(shè)計院,浙江杭州 310002)

通過某圍墾工程原位監(jiān)測施工實(shí)施,闡述了原位監(jiān)測的目的和意義,并對原位監(jiān)測成果進(jìn)行分析,得到監(jiān)測的有效數(shù)據(jù),從而指導(dǎo)下一步的施工,確保地基穩(wěn)定、沉降均勻。

原位觀測;荷載;地表沉降;孔隙水壓力;水平位移

圍墾工程原位監(jiān)測包含地表沉降監(jiān)測、地基分層沉降監(jiān)測、水平位移監(jiān)測、水位監(jiān)測、地基十字板強(qiáng)度測試、地基孔隙水壓力監(jiān)測、閉氣土浸潤線監(jiān)測等內(nèi)容,本文結(jié)合工程案例主要對地表沉降、孔隙水壓力、水平位移的施工過程和資料進(jìn)行闡述分析。原位監(jiān)測工作決定著圍墾工程土石料拋填的強(qiáng)度,堵口合攏的時間選擇,關(guān)系到地基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度增長。

1 工程概況

某圍墾工程圍墾面積2667 hm2,工程等別為Ⅲ等。海堤采用土石混合壩,復(fù)式斷面結(jié)構(gòu)型式,外海側(cè)采用石壩擋潮,內(nèi)側(cè)采用海涂泥閉氣,工程概算總投資7×108元。堤基土主要由Ⅰ層淤泥夾粉土、Ⅱ?qū)佑倌噘|(zhì)土、淤泥及Ⅲ層粉質(zhì)粘土組成,工程地質(zhì)條件一般,水平位移設(shè)計控制指標(biāo)為最大水平位移≤5 mm/d,超靜孔隙水壓力控制指標(biāo)為超靜孔隙水壓力系數(shù)≤0.6,海堤加載地表沉降控制指標(biāo)為不同的加載斷面高程和一次加載厚度根據(jù)連續(xù)3 d和5 d沉降速率決定何時停載(沉降速率在30 mm/d～15 mm/d)和何時加載(沉降速率在10 mm/d～5 mm/d)。主堤完成第四級荷載的加載,平均高程在4.5 m～6.1 m之間,其他完成三級荷載的堤段,平均高程在3.3 m～4.6 m之間。外海側(cè)鎮(zhèn)壓層已完成二級荷載的加載,平均高程在1.7 m～2.0 m之間,原位監(jiān)測設(shè)備已完成埋設(shè)。

2 原位監(jiān)測儀器布置和設(shè)備選用

本工程共布置8個原位觀測斷面,共埋設(shè)14孔分層沉降儀,孔深 20 m～40 m,每4 m設(shè)一磁環(huán),用于觀測地基在荷載作用下不同土層的壓縮量,埋設(shè)80孔(點(diǎn)),每孔設(shè)一孔壓計,最大孔深40 m,埋設(shè)16孔測斜管,孔深28 m～40 m。此外,沿堤線每300 m左右設(shè)地表沉降觀測斷面,共18個斷面,每個斷面設(shè)6個地表沉降觀測點(diǎn),埋設(shè)沉降板。結(jié)合工程實(shí)際及設(shè)計要求選用以下監(jiān)測設(shè)備:沉降板用于觀測地基表面在各級荷載下的沉降量的沉降板,沉降板的材料及結(jié)構(gòu)按設(shè)計圖紙要求進(jìn)行。孔隙水壓力計用于觀測圍堤施工過程中地基超靜孔隙水壓力增長及消散的情況,孔隙水壓力計技術(shù)指標(biāo):量程:0.0～0.25MPa;零飄 ≤2 Hz;重復(fù)性 ≤±0.4%F.S.;防水壓力120%F.S.;非線性≤4%F.S.。二次儀表用于測讀孔隙水壓力計,二次儀表顯示頻率范圍為400 Hz～3000 Hz,分辯率為0.1 Hz,測量靈敏度為5 mv(rms)。屏蔽電纜用于接長孔隙水壓力計。測斜儀、測斜管用于觀測圍堤在上部荷載作用下地基土不同深度水平位移。測斜儀性能如下:傳感器靈敏度:每500 mm測斜管±0.02 mm,系統(tǒng)總精度:每15 m測斜管±4mm,測量范圍0～ ±53°。分層沉降儀、沉降環(huán)、沉降管、鋼卷尺用于觀測地基在荷載作用不同土層的壓縮量的分層沉降儀。分層沉降儀指標(biāo):測量深度:50 m;重復(fù)性誤差:±2 mm;密封性能:＞0.5 MPa水壓;電源:直流12 V。

3 設(shè)備埋設(shè)安裝、監(jiān)測過程頻次和資料整理

安裝埋設(shè)過程中,要求完好率達(dá)到100%。完工驗(yàn)收時,分層沉降、孔壓和測斜的設(shè)備完好率達(dá)到90%以上,其它設(shè)備完好率達(dá)到95%以上。①沉降板埋設(shè)板底應(yīng)保持水平,保證沉降觀測測桿在鉛直方向,在施工觀測期間加強(qiáng)保護(hù)措施,保證觀測桿的鉛直方向。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次;施工間歇期在荷載停歇3 d內(nèi),每天觀測1次,3 d后視觀測結(jié)果,根據(jù)沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次,觀測精度按照四等水準(zhǔn)測量精度要求進(jìn)行。測試后及時計算分析,統(tǒng)計日沉降量及累計沉降量,繪制沉降與時間過程曲線。②孔隙水壓力計埋設(shè)方法符合土石壩工程的有關(guān)規(guī)范和儀器生產(chǎn)說明書的要求。孔隙水壓力計外接屏蔽電纜須加以保護(hù),電纜敷設(shè)應(yīng)考慮地基的沉降。電纜連接方法保證電纜的連接效果,電纜連接頭具有防水性能。每支孔隙水壓力計在電纜上均做好清晰永久性的標(biāo)記。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內(nèi),每天觀測1次,3 d后視觀測結(jié)果,根據(jù)沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。測試后及時計算各測點(diǎn)的孔隙水壓力值,并繪制不同特征水位下超靜孔隙水壓力與時間關(guān)系曲線,計算孔隙水壓力增量與荷載增量的比值,即孔隙水壓力系數(shù)值。③測斜管埋設(shè)采用鉆孔法,測斜管的連接及埋設(shè)過程、鉆孔滿足土石壩工程的有關(guān)規(guī)范要求。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內(nèi),每天觀測1次,3 d后視觀測結(jié)果,根據(jù)沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。每次測量完成后,計算日位移量、累計位移量并繪制水平位移與高程關(guān)系曲線。④分層沉降管埋設(shè)采用鉆孔法,沉降管的連接、沉降環(huán)的安裝、鉆孔的回填均滿足土石壩工程的有關(guān)規(guī)范要求。測試要求:要求在施工加載期每天至少觀測1次,施工間歇期在荷載停歇3 d內(nèi),每天觀測1次,3 d后視觀測結(jié)果,根據(jù)沉降速率的大小及孔隙水壓力消散情況,每3 d～15 d觀測1次。測試后計算分析,繪制分層沉降沿高程分布曲線,統(tǒng)計各測點(diǎn)日沉降量、累計沉降量。

4 監(jiān)測資料整理分析

4.1 地表沉降

各加載斷面不同加載級數(shù)后沉降觀測資料統(tǒng)計(選取0+600樁號)見表1,表中的累計沉降量是指沉降板埋設(shè)后的沉降量,累計填筑厚度不包括碎石墊層的厚度。荷載～沉降～時間過程線和沉降速率～時間過程線見圖1。由沉降觀測資料可知,平均沉降量在140 cm～180 cm以上,最大的沉降量為170 cm～198 cm。從表1可知,在第一級荷載加載時,由于加載直接接觸涂面,涂面的瞬時沉降較大,故加載期的當(dāng)天沉降速率均超過了30 mm/d,主要是拋石擠淤產(chǎn)生,加載過后的沉降速率收斂較快,2 d～4 d內(nèi)均能收斂到小于30 mm/d,故不影響地基的穩(wěn)定性;在第二級荷載加載時,部分堤段的加載厚度較高,超過了3.5 m高程,且與土方高差較大,加載期的當(dāng)天沉降速率也超過了30 mm/d,但都能迅速收斂,說明加載與地基強(qiáng)度增長相適應(yīng);第三、四荷載加載時,經(jīng)過嚴(yán)格的加載厚度控制,除個別堤段加載期的當(dāng)天沉降速率大于30 mm/d,其余的都在正常的控制標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。根據(jù)沉降監(jiān)測結(jié)果尤其是第二、三層加載時,分層一次加載厚度減到60 cm,延長加載間歇時間,二、三層加載施工近300 d,對每次船拋和陸拋的量進(jìn)行控制。

4.2 孔隙水壓力

孔隙水壓力觀測主要觀測海堤施工過程中超靜孔隙水壓力增長及消散的情況,以評價地基的固結(jié)度和地基的強(qiáng)度增長,控制施工的加荷速率(選取0+600樁號)。堤壩中心線下地基土的孔壓隨時間變化過程線見圖2,各級荷載下地基孔隙水壓力系數(shù)(孔隙水壓力增量與荷載增量的比值)和地基固結(jié)度統(tǒng)計(孔隙水壓力消散量與孔隙水壓力增量的比值)見表2。

表1 各加載斷面不同加載級數(shù)后沉降觀測資料統(tǒng)計

圖1 0+600 CJ3荷載～沉降～時間過程圖

圖2 0+600P1孔實(shí)測超靜孔隙水壓力與時間過程線

從表2可知,第一級荷載加載時,由于拋石帶來的涂面擠淤問題,淺層地基的壓縮量較大,超靜孔隙水壓力的增長比較迅速,故孔隙水壓力系數(shù)都大大超過了控制標(biāo)準(zhǔn)0.6,但此種加載情況下,對深層地基的作用有限,故不影響海堤的穩(wěn)定;第二級荷載加載時,在加載高度1.9m～2.5m和間歇時間大于50 d的堤段,其孔隙水壓力系數(shù)都在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍(超靜孔隙水壓力系數(shù)≤0.6)之內(nèi),但也有部分堤段由于間歇時間不夠,加載厚度超過3 m,則控制指標(biāo)有所超標(biāo)(超0.08),后采用延長此堤段的間歇時間,減低加載厚度,此后實(shí)際的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,孔隙水壓力系數(shù)指標(biāo)小于控制指標(biāo);第三級荷載加載時,經(jīng)過嚴(yán)格的控制,監(jiān)測到的孔隙水壓力系數(shù)指標(biāo)大部分符合設(shè)計要求;第四級荷載加載從監(jiān)測到的數(shù)據(jù)來看,孔隙水壓力系數(shù)指標(biāo)沒有超標(biāo)(≤0.6)。從表2可知,經(jīng)過四級荷載加載后,平均地基固結(jié)度在60%～70%之間,地基的強(qiáng)度增長是比較明顯的。

4.3 水平位移

測斜觀測主要觀測在上部荷載作用下地基土不同深度的水平位移狀況,判斷海堤填筑的穩(wěn)定性,以控制、調(diào)整加荷速率。設(shè)計指標(biāo)要求最大水平位移≤10 mm/d。

表2 各級荷載下地基孔隙水壓力系數(shù)統(tǒng)計表和地基固結(jié)度統(tǒng)計表

從觀測結(jié)果分析,加載期的水平位移平均速率均小于10 mm/d的控制標(biāo)準(zhǔn),部分?jǐn)嗝娈?dāng)天的水平位移大于控制標(biāo)準(zhǔn),主要是由于加載的間歇時間較短,且荷載厚度均在2 m左右,如北0+600斷面在二級荷載加載時,一級荷載下的間歇時間均小于40 d,說明在加載過程中,應(yīng)使荷載的間歇時間與加載的厚度相適應(yīng),再進(jìn)行下一級荷載的加載。目前隨著三、四級荷載的加載,水平位移逐漸向深部發(fā)展,從水平位移實(shí)測成果圖中可以看出,目前在各斷面地基的-15 m～-20 m高程處,均有水平位移加大的趨勢。

根據(jù)加載過程施工監(jiān)測結(jié)果整理,監(jiān)視地基變形及穩(wěn)定性,指導(dǎo)施加預(yù)壓荷載。當(dāng)測點(diǎn)的沉降、位移和孔隙水壓力隨時間的變化產(chǎn)生突然增大,且其累計增量與荷載增量出現(xiàn)非線性增大和轉(zhuǎn)折時,判定該測點(diǎn)地基將出現(xiàn)塑性屈服或剪切破壞,應(yīng)立即采取措施防止地基局部剪切破壞,保持地基的穩(wěn)定。主要采取薄層多次加載,加載厚度減少,一次拋填量控制,減少一次集中加載,延長加載的間歇時間,停止加載或卸載對下一步施工進(jìn)行指導(dǎo)。

5 結(jié) 語

通過監(jiān)測資料分析可以得出:①經(jīng)過目前四級荷載加載后,堤身外側(cè)的涂面上基本無隆起現(xiàn)象,2 d～4 d內(nèi)均能收斂到小于30 mm/d,并趨于穩(wěn)定,隨后的沉降速率也無大的突變,說明加載與地基強(qiáng)度增長相適應(yīng)。②經(jīng)過四級荷載加載后,平均地基固結(jié)度在60%～70%之間,地基的強(qiáng)度增長是比較明顯的。③加載期的水平位移平均速率均小于10

mm/d的控制標(biāo)準(zhǔn),隨著四級荷載的加載,水平位移逐漸向地基深部發(fā)展,要嚴(yán)格的遵照設(shè)計的加荷曲線進(jìn)行加載,采用薄層多次加載的施工工藝,避免造成一次性加載厚度過大,引發(fā)地基失穩(wěn)的安全事故。由于各圍墾工程地質(zhì)條件不同和特殊性,在工程勘測期間應(yīng)準(zhǔn)確掌握地基各土層的物理力學(xué)性能指標(biāo),設(shè)計階段根據(jù)地質(zhì)報告和相關(guān)規(guī)范要求,明確相關(guān)原位監(jiān)測指標(biāo)要求,施工階段嚴(yán)格按照設(shè)計要求進(jìn)行施工強(qiáng)度安排,確保施工順利,處理后地基強(qiáng)度增長穩(wěn)定,沉降均勻。

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Construction and Analysis for In-situ Monitoring of a Reclamation Project

MA Zhi-deng
(Zhejiang Investigation andDesign Institute of Water Conservancy and Hydropower,Hangzhou,Zhejiang310002,China)

Through the construction practice of the in-situ monitoring for a reclamation project,the purpose and significance of the in-situ monitoring are expounded here,the monitoring results are analyzed,and the effective monitoring data are obtained so as to guide the next step of construction for ensuring the stability of foundation and uniform settlement.

in-situ observation;load;ground surface settlement;pore water pressure;horizontal displacement

P753

A

1672—1144(2012)05—0124—04

2012-03-15

2012-04-25

馬志登(1976—),男(漢族),浙江東陽人,碩士,高級工程師,主要從事項目管理和巖土工程工作。