胡方濤，范海濤，章思亮，周林孟，張傳峰

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司,山東 濟(jì)南 250014）

1 工程背景

水閘是水工建筑物的重要組成部分,變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠綜合反應(yīng)水閘工作的狀況,對(duì)水閘運(yùn)行安全預(yù)警發(fā)揮關(guān)鍵作用[1-3]。臘山分洪工程是濟(jì)南市小清河干流治理的關(guān)鍵工程和城市防洪體系建設(shè)的重要內(nèi)容。工程全長(zhǎng)16.85 km,上游段臘山分洪道7.85 km,建有中型水閘宋莊閘。宋莊閘：位于臘山分洪道樁號(hào)K7+165～K7+385,主要由上游河道段、鋪蓋段、閘室段、消力池段、海漫段等組成,共6 孔,每孔凈寬10 m,閘室長(zhǎng)17.5 m,閘底板高程高于渠底20 cm,為28.81 m。現(xiàn)為保障水閘安全運(yùn)行,需對(duì)水閘進(jìn)行變形情況的監(jiān)測(cè)工作。通過(guò)對(duì)水閘建立基準(zhǔn)網(wǎng)及監(jiān)測(cè)網(wǎng),并在主汛期前、主汛期中和汛后分別對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)水閘在每個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)測(cè),尤其是對(duì)不均勻變化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)出現(xiàn)異?；蛭ｋU(xiǎn)狀態(tài)時(shí)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警,為水閘安全運(yùn)行提供重要的科學(xué)依據(jù)[4]。

2 變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)布設(shè)設(shè)計(jì)方案

變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)由基準(zhǔn)網(wǎng)及監(jiān)測(cè)網(wǎng)構(gòu)成。監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)分為兩部分：

（1）平面基準(zhǔn)網(wǎng)：用于水平位移監(jiān)測(cè)及平面控制基準(zhǔn)；

（2）水準(zhǔn)基準(zhǔn)網(wǎng)：與平面基準(zhǔn)點(diǎn)共用,用于各垂直位移監(jiān)測(cè)（即沉降監(jiān)測(cè)）的高程控制基準(zhǔn)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,根據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)原則及要求,在宋莊閘監(jiān)測(cè)區(qū)域設(shè)置有4 個(gè)平高基準(zhǔn)點(diǎn),編號(hào)：SZZ01-SZZ04；14個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn),編號(hào)：SD1-SD14。在遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)區(qū)埋設(shè)兩個(gè)校正控制點(diǎn),編號(hào)：SZZ05、SZZ06 用于驗(yàn)證控制網(wǎng)是否發(fā)生自身變形。水準(zhǔn)控制點(diǎn)與平面控制點(diǎn)共用,點(diǎn)的形式和埋設(shè)參考變形監(jiān)測(cè)觀測(cè)墩的要求進(jìn)行。

變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)選址過(guò)程中充分考慮變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)性、符合測(cè)量要求、長(zhǎng)期保存、水準(zhǔn)路線布設(shè)的合理性、平面變形觀測(cè)的可通視性、點(diǎn)位準(zhǔn)確反應(yīng)建筑物的變形等因素,綜合考慮選擇進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的最優(yōu)選擇確址[5]。

基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 基準(zhǔn)點(diǎn)示意圖

圖2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

現(xiàn)宋莊閘基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位布置情況見(jiàn)圖3。

圖3 宋莊閘基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位布置圖

表1 基準(zhǔn)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)統(tǒng)計(jì)

3 變形監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)資料：根據(jù)基準(zhǔn)網(wǎng)技術(shù)要求,對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)的平面控制采用衛(wèi)星定位靜態(tài)作業(yè)模式以二等控制網(wǎng)測(cè)量,高程控制網(wǎng)使用數(shù)字水準(zhǔn)儀以二等水準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)量。

平面控制網(wǎng)：本文中需要觀測(cè)的6 個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)（其中4 個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域基準(zhǔn)點(diǎn)、2 個(gè)遠(yuǎn)離監(jiān)測(cè)區(qū)域校正控制點(diǎn)）頂端均帶有強(qiáng)制對(duì)中基座,將GNSS 接收機(jī)置于強(qiáng)制對(duì)中基座上進(jìn)行GNSS 二等控制網(wǎng)靜態(tài)平面測(cè)量,進(jìn)行GNSS 網(wǎng)解算、網(wǎng)平差獲得測(cè)區(qū)內(nèi)每個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的平面坐標(biāo)。

高程控制網(wǎng)：建管局提供了BM 水準(zhǔn)控制點(diǎn)高程,由6個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)及BM 水準(zhǔn)控制點(diǎn)共7 個(gè)點(diǎn)形成一條閉合路線,由水準(zhǔn)控制點(diǎn)開始進(jìn)行二等水準(zhǔn)測(cè)量,平差處理,獲得監(jiān)測(cè)區(qū)每個(gè)高程基準(zhǔn)點(diǎn)的高程。

變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面測(cè)量：在平高基準(zhǔn)點(diǎn)架設(shè)全站儀及后視棱鏡,變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)架設(shè)目標(biāo)棱鏡,按照全圓方向觀測(cè)法進(jìn)行平面坐標(biāo)的測(cè)量。所有變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)按照等精度的方法進(jìn)行兩次獨(dú)立觀測(cè),兩次測(cè)量結(jié)果互差不大于兩倍中誤差即符合測(cè)量要求,取兩次測(cè)量平均值作為變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)值。

變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程測(cè)量：水閘上高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)由水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè),按照國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求進(jìn)行單程往返測(cè)的方法進(jìn)行觀測(cè),平差處理,獲得水閘上每個(gè)高程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程。

4 監(jiān)測(cè)成果的分析研究

4.1 變形監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性分析

2021年7月15日、8月5日、9月25日（汛期前、中、后）對(duì)變形基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行平面和高程觀測(cè)。以第一次觀測(cè)為基準(zhǔn),二三次觀測(cè)與第一次對(duì)比進(jìn)行基準(zhǔn)點(diǎn)平面位移和垂直位移數(shù)據(jù)分析。

表2 基準(zhǔn)點(diǎn)水平位移匯總表

表3 基準(zhǔn)點(diǎn)垂直位移匯總表

由上表可知水平、垂直位移各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)變形數(shù)據(jù),可以得出,水平、垂直位移變化規(guī)律主要特征有：

（1）水平變形處于彈性穩(wěn)定狀態(tài),范圍在0.10 mm～4.70 mm 之間,X 方向上變形范圍-0.1 mm～-3.2 m 之間,Y 方向上變形范圍-0.1 mm～-3.4 mm 之間。垂直位移處于穩(wěn)定狀態(tài),范圍在0.01 mm～-1.12 mm 之間,變化速率在0.0 mm/d～-0.02 mm/d。

（2）根據(jù)變形監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比顯示,X 方向上變形較大的點(diǎn)為SZZ06 基準(zhǔn)點(diǎn),偏移量為-3.4 mm；Y 方向上變形較大的點(diǎn)為SZZ06 號(hào)基準(zhǔn)點(diǎn),其偏移量為3.2 mm,垂直位移最大的點(diǎn)為SZZ06 基準(zhǔn)點(diǎn),變化量為-1.28 mm,最小的點(diǎn)為SZZ01基準(zhǔn)點(diǎn),變化量為0.01 mm。由于基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)在河道邊坡,使其受周期性水位的影響和車輛等其它動(dòng)荷載影響,隨河道邊坡的移動(dòng)而產(chǎn)生變形,水平位移結(jié)合垂直位移監(jiān)測(cè),差距微小,綜合儀器本身系統(tǒng)誤差,基準(zhǔn)網(wǎng)在此監(jiān)測(cè)階段運(yùn)行穩(wěn)定,符合觀測(cè)要求。

4.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

2021年7月15日、8月5日、9月25日、10月27日對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)進(jìn)行平面和高程觀測(cè)。以第一次觀測(cè)為基準(zhǔn),二三四次觀測(cè)與第一次對(duì)比進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面位移和高程沉降數(shù)據(jù)分析。

3.2.1 垂直位移數(shù)據(jù)分析

表4 宋莊閘監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移匯總表

圖4 宋莊閘監(jiān)測(cè)點(diǎn)垂直位移變化曲線圖

由上表和圖可知垂直位移各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)變形曲線和數(shù)據(jù),從變化圖中可以得出,垂直位移變化規(guī)律主要特征有：

（1）變形處于穩(wěn)定狀態(tài),范圍在0.87 mm～2.11 mm 之間,變化速率在0.008 mm/d～0.020 mm/d 之間,變化均勻。

（2）垂直位移觀測(cè)數(shù)據(jù)能客觀反應(yīng)水閘基底滲流、地基對(duì)水閘沉降的影響。水閘運(yùn)行主要是兩種工況,非汛期地下水位較低（揚(yáng)壓力很?。┖脱雌诘叵滤桓撸〒P(yáng)壓力較大）。水閘位移量受滲流影響明顯,汛期有上浮,非汛期明顯下沉。

（3）水閘各個(gè)測(cè)點(diǎn)的垂直位移以下沉為主,下沉距離在水閘允許沉降量范圍之內(nèi),閘基經(jīng)過(guò)多次行洪無(wú)明顯沉降,運(yùn)行穩(wěn)定。

表5 宋莊閘監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移匯總表

3.2.1 水平位移數(shù)據(jù)分析

圖5 宋莊閘監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移變化曲線圖

由上表和圖可知水平位移各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)變形曲線和數(shù)據(jù),從變化圖中可以得出,水平位移變化規(guī)律主要特征有：

（1）變形處于穩(wěn)定狀態(tài),范圍在1.10 mm～1.90 mm 之間,變化均勻。

（2）宋莊閘在汛期之前和汛期之后的水平位移變化規(guī)律明顯。閘前水位對(duì)水閘水平位移量影響比較顯著,在枯水期,閘前水位較低,水平水壓力較?。欢搅搜雌谒徊▌?dòng)頻敏,水平推力較大。分洪閘水平位移量受閘前水流影響明顯,非汛期有上移,汛期明顯下移。

（3）從觀測(cè)資料分析,整個(gè)節(jié)制閘水平位移變化比較均勻,沒(méi)有明顯的水平角,水閘經(jīng)過(guò)多次行洪無(wú)明顯變化,運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)建立水閘監(jiān)測(cè)網(wǎng),通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的變化量及差異情況進(jìn)行分析水閘的變形情況。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,水閘垂直位移在0.87 mm～2.11 mm 之間,變化速率在0.008 mm/d～0.020 mm/d 之間,水平位移范圍在1.10 mm～1.90 mm 之間,水閘變形在允許范圍之內(nèi),運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）結(jié)合汛期及水閘變形情況,水閘變形趨勢(shì)與水位密切相關(guān),結(jié)合水文資料進(jìn)行分析總結(jié),找出更為詳盡的與水文相關(guān)的變化規(guī)律。

（3）水閘大壩變形監(jiān)測(cè)需長(zhǎng)年進(jìn)行,自動(dòng)化監(jiān)測(cè)成為發(fā)展重要趨勢(shì),對(duì)變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析總結(jié),建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與預(yù)警,為水閘安全運(yùn)行提供重要的科學(xué)依據(jù)。