陈亚军,张 亚,张桂霞,李 欣
(徐州市水利建筑设计研究院,江苏 徐州 221000)
睢宁站工程是南水北调东线工程的第五梯级泵站,由睢宁一、二站组成,设计流量110m3/s,其中睢宁二站设计流量60m3/s,备用流量80m3/s。该站工程等别为I等,工程规模为大(1)型[1]。工程于2013年1月水下工程验收,4月机组试运行验收,2014年6月合同项目完工验收[2]。睢宁二站工程基坑深度约21m,为南水北调东线一期所有建筑物中基坑最深的泵站。泵站主体工程中的检修间和控制室分别布置在主站身两侧,其基础采用空箱基础。为减少土方开挖,降低工程投资,在两侧空箱满足侧向抗滑安全系数大于1.0的情况下,采用与主站身对顶钢板连接,使检修间空箱与主站身、控制室空箱与主站身两侧侧向抗滑均满足1级建筑物抗滑稳定的要求[3]。由于对顶钢板埋设于地下,不便于直接观察,因此,除通过泵站内部对对顶钢板周边的混凝土墙体进行观察裂缝外,有必要通过垂直位移和水平位移观测其变形,并辅以扬压力观测,来综合分析泵站的安全状况。
(1)观测水准基点布设
睢宁二站共计布置两个水准基点,分别位于泵站偏站下侧左右岸,基点使用钢筋砼灌注桩基础,基点按相关要求进行考证,并每年与国家水准点校测两次,平面布置如图1所示。
图1 睢宁二站水准基点平面布置图
(2)垂直位移和水平位移监测点布设
泵站主体工程部分垂直位移监测点共计12个,分别布设在主站身、检修间和控制室角点附近。水平位移监测点与站下垂直位移监测点共用,共计4个,如图2所示。
图2 睢宁二站垂直位移、水平位移监测点平面布置图
(3)扬压力监测点布设
主泵站站身下扬压力观测,选择三个观测断面,每个断面布置3支渗压计,共9支。通过埋设在建筑物下滤料箱,井径Φ50cm镀锌钢管,用GEMS- 2600(5m)压力传感器进行水位量测。
泵站主站身、检修间和控制室从2013—2017年间垂直位移变化具体详见图3—5。
图3 睢宁二站主站身垂直位移-时间图
图4 睢宁二站检修间垂直位移-时间图
图5 睢宁二站控制室垂直位移-时间图
表1 最不利组合工况下泵站计算渗压与测压管实测渗压情况统计表单位:m
泵站主站身、检修间和控制室从2013—2017年间水平累计最大偏移量为泵站站身底板12测点,其累计偏移值为13.41mm(偏向站下)。
在2013—2017年间,对泵站主站身9个测压管水位进行255次观测,按照最不利工况进行渗流分析梳理,具体详见表1。
(1)垂直(沉降)位移
根据现场实际观测情况,由表1可知,泵站主站身完建期最大沉降量为30mm,截止2017年底,累计最大沉降量为11.4mm,检修间完建期最大沉降量为25.3mm,累计最大沉降量为15mm,控制室完建期最大沉降量为26.2mm,累计最大沉降量为12.7mm,其总沉降值均小于泵站设计规范中允许值100~150mm[10],满足要求。泵站主站身与检修间、控制室间最大沉降差为5.1mm,小于泵站设计规范中允许值30~50mm[10],满足要求。经分析,在完建期,地基反力最大,沉降量大;在运行期,泵站受扬压力作用且地基土为膨胀土,地基反力和沉降量较运行期小。泵站主站身、检修间和控制室受不均匀沉降影响情况,其偏移方向基本同受力合力方向,满足变形趋势。
(2)水平位移
根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中对高层建筑的整体倾斜的要求,建筑物高度≤24m时,建筑物整体倾斜应≤0.004[12]。睢宁二站泵站站身高度为20.15m,其最大点处累计偏移值为13.41mm,垂直度L/H=0.067%<0.4%,满足要求。
(3)扬压力
泵站地基土第⑧层土含砂礓粘土的允许坡降值0.4~0.5,出口段允许处以坡降为0.7~0.8[13]。根据表4数据对9个渗压观测点数据进行分析,在泵站上下游最大水头差8.15m工况下,泵站站上与站下测压点之间渗径长度为44.2m,根据直线比例法进行渗流计算,渗流坡降值为0.184,满足规范要求;按照改进阻力系数法进行计算,出口段允许坡降修正为0.91~1.04,大于计算的0.339,不会产生流土,满足要求;站底板渗流坡降值为0.108,远小于允许坡降值,说明地基土在其底板的接触面上不会产生接触冲刷,满足规范要求[13- 14]。
睢宁二站是南水北调东线工程泵站中基坑最深、地震烈度最大、尺寸较大的泵站[15]。本项目根据结构布置情况,通过主站身与检修间、控制室空箱间采用对顶钢板连接措施来满足抗滑要求,因此,通过对上部的变形观测来了解下部顶钢板的情况尤为重要。本文通过对近5年的观测资料,其垂直、水平位移变化很小且基本趋于稳定,沉降量、沉降差、水平位移均满足规范要求;扬压力现场观测数据变化趋势与计算理论趋势相吻合,实际观测数值与理论计算值偏差很小,基本上满足设计要求。此外,通过现场泵站内部对对顶钢板处进行裂缝观察,未发现裂缝,说明泵站状况安全。需要注意的是,后期还须对泵站继续加强安全监测,及时反馈分析数据,用于指导工程管理,确保工程运行安全。