午河渡槽槽身预压监测与数据分析

单旭辉

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050021）

1 引言

午河渡槽位于河北省临城县境内，是1座大型河渠交叉建筑物。午河渡槽槽身段为5跨预应力混凝土结构，单跨长30m，共150m。槽身横断面为三槽一联矩型槽，净宽7m×3槽，渡槽总宽25.5m。槽身纵梁总高8.4m，中纵梁腹板厚0.7m，顶缘板宽3.0m。纵向跨端预留580mm后浇带，预应力张拉施工完毕后，采用微膨胀剂（UEA）补偿收缩2期混凝土浇筑。为保证渡槽槽身设计挠度要求，消除整个支撑系统的塑性变性和地基的沉降变形，需要测量出支撑系统的弹性变形及非弹性变形值，同时为排架预拱度的设置提供依据。

预压监测选择具有代表性的第5跨支撑系统进行，支架搭设高度为6.9m。支架搭设完成后，最大加载按上部结构荷载1.2倍考虑。因加载较大，故采用半跨预压方案。预压材料采用砂袋，分三级进行预压。

2 支撑系统预压方案

用砂袋对渡槽半跨的支架体系进行预压，半跨支架顶纵向12.4m，过跨中延长2m，预压纵向长度14.4m。为避免渡槽腹板处堆积过高砂袋，采用如下方案进行预压：采用分配梁承重结构，在底模板上堆积与渡槽底板相同重量的砂袋，在纵梁上方砂袋上，沿纵梁方向铺设4排5根20cm×20cm、长14.4m的方木，方木上横向搁置3排144根9m的I20a工字钢，工字钢在渡槽纵梁方向每间隔30cm布设1道，工字钢上再布设砂袋。

支架预压按预压单元分三级加载，依次为渡槽槽身自重加其他荷载之和的60%、100%和120%。横向加载时，沿槽身结构中心线进行对称布载。支架预压分两级卸载，卸载达到60%重量时，观测各测点并记录，预压荷载应对称、均衡、同步卸载，直至卸载完成。

3 预压监测点布置

3.1 地基沉降监测点

地基沉降监测点布置在地面支架底槽钢上，用以观测地基在支架预压时，地基的沉降量和卸载后的弹性恢复量。

3.2 槽身底板高程监测点

（1）沿渡槽纵向布置5个横断面，1个断面在纵断面中心处，其他4个断面，两个在中心两侧相对应的板处，另两个断面在与板相邻的横梁处，地基监测点与纵断面槽身高程监测点一一对应，位于其控制点的正下方，如图1所示。

图1 纵向监测布置

（2）每个监测横断面上的监测点设置6个，边主梁、中主梁、次梁、底板处对称布置，如图2所示。地基沉降点与横断面槽身高程监测点一一对应，共60个监测点。编号方法为：南北方向以英文字母表示即A、B、C、D、E； 东西方向以数字表示即1、2、3、4、5、6；由此得出西南方向第1个底板监测点为A1，则对应的地基监测点为A1-1，依此类推。

图2 横向监测布置

4 水准测量方法及监测频次

4.1 路线优化设计

在远离建筑物东侧，地质条件良好且稳定处埋设垂直位移基准点2个（J01、J02），与60个监测点组成垂直位移监测网，按一等水准要求进行观测，精度指标按一等水准规范执行。高程系统采用独立高程系。

4.2 精度指标

往返测高差不符值、环闭合差和检测高差之差的限差应满足一等水准规范精度要求。当测段长度小于0.1km时，按0.1km计算。

4.3 监测频次

在预压前对底模观测1次并记录，加载前系统的观测，作为原始数据。每级加载完成后，应每间隔8h对支架沉降量进行1次监测，当支架底模各监测点12h的沉降量平均值小于2mm时，再进行下一级加载。分级加载至120%时，所测数据满足下列要求：

（1）各监测点最初24h的沉降量平均值小于1mm；

（2）各监测点最初72h的沉降量平均值小于5mm，表明支架和地基已基本沉陷到位，可以进行卸载，否则还要继续持荷预压，直至支架和地基沉陷到位方可卸载。卸载至60%和完全卸载后对地基及排架回复量各进行1次系统的观测，卸载的最终回复量为弹性变形。

午河渡槽预压监测自2012年1月12日开始至2月7日外业观测结束，共完成了12期观测。2月12日完成资料整理工作。

4.4 监测中采取的措施

（1）观测开始前30min将仪器置于露天阴影下，使仪器温度与外界气温趋于一致；

（2）水准观测应在标尺分划线成像清晰而稳定时进行，观测前水准仪上的水准器应严格置平；

（3）在连续各测站上安置水准仪三脚架时应使其中两脚与水准路线方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧和右侧；

（4）每一测段的往返测，其测站数均应为偶数。

4.5 平差计算

由于测区范围小，高差变化很小，温度改正与尺长改正小于0.01mm，在平差计算中不考虑重力场的影响，不进行温度改正和尺长改正；平差计算采用《工程测量数据采集及处理软件集成系统》按距离定权间接平差进行计算，并进行精度评定。

经过每期的数据平差所得：最大中误差±0.9680mm/km，最小中误差±0.1761mm/km，均满足规范要求。

5 沉降分析

5.1 预压60%监测

5.1.1 预压2期与1期监测比较

底板的沉降平均值-4.96mm，地基沉降平均值-0.88mm。

5.1.2 预压3期与2期监测比较

底板沉降平均值为-0.56mm，地基沉降平均值为-0.40mm。

5.1.3 预压4期与3期监测比较

底板沉降平均值-0.73mm，地基沉降平均值-0.40mm。

5.2 预压100%监测

5.2.1 预压5期与4期监测比较

底板沉降平均值为-3.51mm，地基沉降平均值为-2.72mm。

5.2.2 预压6期与5期监测比较

底板沉降平均值为-0.47mm，地基沉降平均值为-0.40mm。

5.2.3 预压7期与6期监测比较

底板沉降平均值为-0.59mm，地基沉降平均值为-0.69mm。

5.3 预压120%监测

5.3.1 预压8期与7期监测比较

底板沉降平均值为-2.46mm，地基沉降平均值为-1.94mm。

5.3.2 预压9期与8期监测比较

底板沉降平均值为+0.09mm，地基沉降平均值为-0.01mm。

5.3.3 预压10期与9期监测比较

底板沉降平均值为+0.43mm，地基沉降平均值为+0.16mm。

5.4 卸载60%监测

5.4.1 预压11期与10期监测比较

底板沉降平均值为+0.78mm，地基沉降平均值为+0.09mm。

5.5 卸载120%监测

5.5.1 预压12期与1期监测比较

底板沉降平均值-7.83mm，地基沉降平均值-7.18mm。

通过对12期监测数据的分析，沉降值随荷载的增加而增加。预压60%后，底板平均沉降-6.25mm，地基平均沉降-1.68mm；预压100%后底板平均沉降-4.57mm，地基平均沉降-3.81mm；预压120%后，底板平均沉降-1.94mm，地基平均沉降-1.79mm；完全卸载后，底板回弹量为4.93mm，地基回弹量0.10mm。

综合分析得出：支撑系统整体非弹性变形量-7.83mm，含地基非弹性变形量-0.65mm，弹性变形量4.93mm，含地基回弹变形量0.10mm。

6 结语

（1）采用Trimble Dini12电子水准仪（精度指标为0.3mm/km）作业，保证了测量精度的要求，满足了工程预压试验的需要。

（2）测量数据可靠，测量精度满足一等水准测量指标。在荷载相同条件下，各期沉降平均值均小于1mm，满足各级预压试验的精度。

（3）通过对午河渡槽支撑系统近1个月的预压和监测，得出了荷载与沉降量的对应关系，计算出非弹性变形与弹性变形值，为支撑系统预拱提供了可靠的依据，保证了槽身在施工和运行状态下均能够达到设计期望要求。实践证明预压监测方案和半跨、分配梁承重结构预压方式是安全的、有效的、可行的。

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