围埝工程沉降位移监测

孔庆宇

(交通运输部天津水运工程科学研究院，天津 300456)

1 概述

天津沿海地处我国渤海的淤泥海岸，是淤积港口。港口发展建设中需要大量连片的土地，当土地规划不能满足使用要求时，一般会选择在滩涂、近海水域进行造陆工程。围海造陆既解决了港口航道的淤积又解决了港口发展用地。天津临港工业区、临港产业区、南港工业区、滨海旅游区新增围海造陆面积80 km2，为长期解决港口基建的开发提供充足的用地。围埝结构可分为土围埝、土工织物袋装砂土围埝、抛石斜坡围埝等。

2 监测工作的实施

1)平面布置。围堤的结构形式为斜坡堤，总长度为5 124 m，顶面有效宽度约5.0 m，顶面标高为3.5 m，堤心采用块石填筑结构，基础处理采用打设塑料排水板排水固结的方法。围堤外侧护面采用栅栏板，内侧堤心与护面之间从内向外依次为二片石、碎石垫层、无纺土工布及袋装碎石。围埝施工地基处理采用排水固结法。排水系统采用打设排水板加砂垫层，排水板打设深度为14 m，间距1 m正方形布设，在围埝轴线左右35 m范围。加压系统为斜坡堤，其堤心采用充填袋，内侧护面采用模袋混凝土结构，外侧护面采用栅栏板。堤心增加土工格栅和土工织布，增强堤身整体性，减少不均匀沉降。

为保证围埝工程施工过程中地基和结构的稳定，防止地基出现剪切破坏，通过动态观测资料及时掌握施工期围埝地基稳定性、沉降速率等，控制加荷速率，对施工安全进行预控。对整个工程的施工期沉降、稳定、安全性进行全面监测须在埝体基础上埋设沉降盘、测斜仪、孔隙水压力计、永久沉降点等，根据设计说明，每隔600 m布设一组孔压计，每隔300 m布设一组深层水平测斜仪，每隔150 m布设一个沉降观测仪，共累计布设完成沉降监测点35个、深层水平位移监测点15个、孔压监测点8个，见图1。通过动态观测及时的掌握围埝以及地基的沉降、深层水平位移以及孔隙水压力的变化情况，分析比较结果后，判定地基变形的未来发展趋势，预估未来的变形发展情况由于控制基准点处于软土地基之上，且受到施工等外界因素影响，根据现场的实际情况，每季度定期进行校核，以保证精度，并将最新的复核结果报于业主方、监理方及施工方。

图1 仪器布设断面分布图

2)监测设备的结构、埋设时间对应的施工工序与埋设方法见表1。

表1 监测设备的结构、施工工序及埋设方法

测斜仪、孔隙水压力计及分层沉降仪都是用先钻孔后埋仪器的办法进行，封孔采用膨润土泥浆封孔法，随后的仪器观测结果表明这种埋设安装方法成功率几乎是100%。

3)仪器埋设进度与观测。监测设备的埋设受主体观测控制，超前可能妨碍其他施工作业，太晚则会丢失应测得的资料。沉降监测标埋设后开始观测，施工期每日一次，大潮低潮位及出现异常情况时进行加测，工程结束后3个月内每周观测2次，3个月后每周1次，直至施工结束后6个月为止。

深层水平位移观测，施工期每日一次，大潮低潮位及出现异常情况时进行加测。

4)保证观测精度的措施。由于地基监测工作中的测量要求精度较高，为了保证测值准确可靠我们主要采取以下措施：采用符合高要求的测量仪器，水准测量使用瑞士徕卡Leica DNA03型精密电子水准仪(测量精度为±0.2 mm/km);采用美国Trimble 4700型和Trimble 5700型RTK GPS(精度为±1 mm+0.5 ppm/ ±1 mm+0.5 ppm);瑞士徕卡TCRP1201 R300型全站仪(测角精度为±1.0″，测距精度为±2 mm+2 ppm)等。

必须由合格的测量工程师负责测量工作，现场操作人员必须技术熟练，经验丰富。

引测的测量基点由于地基的变形可能移动或沉降，因此必须定期检测。

测量结果必须及时分析对比，如有问题应及时重测。

5)监测设备的保护。在围埝区域施工的船舶、机械车辆较多，因而埋设好的监测设备容易被破坏。如何保护好监测设备、提高设备的完好率，曾是该工程的一个难题。

为了保护监测设备，建设单位召集各施工分包单位多次讨论研究制定出有效的管理办法和措施，使监测工作能正常顺利地进行。主要包括：

由监测单位制定有关监测设备的保护条例，并要求各分包商和施工人员认真学习，理解监测设备的重要性。根据保护条例，提出谁施工谁负责的规定，责任明确，落实到人。

制定罚款制度，对于不同的监测设备被破坏情况，处以不同的罚款，这一规定引起了分包商和施工操作人员的重视，证明其效果明显。

监测单位对不同的设备采取不同的围护、警戒措施，如竹篱笆围护、涂醒目油漆标志等都起到了重要作用。

定期现场巡逻检查监督，监测单位经常现场监督，及时发现并处理存在的问题。

尽管工程施工难度大，设备品种数量繁多，由于采取了有效的保护措施，保证了监测设备的完好率。

3 监测资料的处理

因频繁的测量获取了大量的观测数据和试验资料，由于围埝施工是由监理工程师严格监理，其要求各种监测资料必须及时迅速传递报送给监理。经协商决定利用计算机的优势，针对不同的资料信息，制定不同的表格形式和计算表格可自动计算出各种所需的信息，如沉降量、孔隙水压力变化等，并以图形显示各种变化曲线，将资料信息在分包商、总包商和监理工程师中传递。实践证明，这种方式传统方便、效率高、不易出错，大大减少了监测人员的重复劳动。

实测资料的修正：大量的沉降实测资料是用水准仪每天从现场测量的，但由于现场施工的干扰，如抛石施工、测杆接长、测量水准点沉降、测量误差等，都会给测量结果带来误差，导致测值不能反映实际沉降过程，必须对严重偏离测值进行分析、判断，找出原因，进行修正和舍弃。而由于打排水板、加载等原因引起的沉降迅速增大，则是正常的而不能轻易删除，对于找不出变化原因的也一般予以保留。值得注意的是施打排水板后沉降并不是马上加速，而是一个滞后的过程。

从沉降观测曲线变化过程可以发现，在基础荷载前3个月内曲线较陡，说明沉降速度快。6个月时荷载减少堤体基本成形，开始变缓。6个月以后，曲线趋于水平，沉降速率大幅减小。沉降点编号按时间顺序如图2所示，由于持续荷载曲线较陡、拐点少，本围堤地基上层为饱和、高压缩性软土，对外界荷载压力响应敏感，从曲线图上可发现孔压变化在布设后3个月内非常明显，而到后期变化逐渐平缓。这种变化特征反映施工前期，软土地基对荷载作用的应变非常敏感，随着施工进行地基固结度的提升，土体持力层形成，孔压变化非常微弱。由于布设时间差异较小、施工类型一致，所以在整个孔压观测过程中没有特别的变化类型。

图2 孔压—时间变化曲线图

深层水平位移监测的数据处理软件可以实现原始数据自动计算、生成位移累计曲线，使我们从不同角度了解到围埝发生侧向变形的性状和发展趋势。围埝施工前期及开挖期间每天测量，施工后期根据施工速度和变形速度适当调整，当累计位移过大时，应增加监测次数。根据监测规范及当地经验，确定土体水平位移报警值：变形速率超过4 mm/d或连续两天变形速率超过3 mm/d，累计水平位移大于40 mm。

4 结语

通过对围埝工程进行的成功地基监测，得出如下结论：

1)地质勘探是监测工作的基础，钻探的数量必须保证摸清土层、土性。

2)监测设备的种类较多，作为围埝工程，大量布设沉降观测点、深层沉降仪和适当数量的孔隙水压力计及测斜仪是合理的。这些设备为围埝施工监测起到了重要作用，尤其是沉降盘获得的地基沉降资料对围埝施工控制起了不可替代的作用。

3)测量是监测的重要手段之一，由于测量的精度要求高，因而必须有熟练的测量工程师用二等以上的水准仪进行测量，所用水准点必须定期复核。

［1］ 沧州渤海新区综合港区后方区域吹填造陆工程东围堤施工监测报告［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究院，2011.

［2］ JTJ 234-2002，水运工程测量规范［S］.

［3］ JTJ 250-98，港口工程地基规范［S］.

［4］ JTJ 221-98，港口工程质量检验评定标准［S］.

［5］ 天津南港工业区东港池围堤工程监测报告［R］.天津：交通部天津水运工程科学研究院，2011.