水运工程软土地基施工监测检测重难点研究

程祥

摘要：水运工程软土地基施工监测检测是保证水运工程质量的重要环节，本文针对水运工程软土地基监测检测所面临的挑战，提出了多方位、全方面的监测检测方案，同时以中国外运上合物流中心项目地基处理工程为例，对具体工程的重难点问题进行了针对性分析，并提出了解决方案。实践表明，本文方案具有较高的可行性与可复制性，可为同类水运工程解决监测检测重难点问题提供支撑。

Abstract： The monitoring and testing of soft soil foundation construction for water transport projects is an important link to ensure the quality of water transport projects. This paper proposes a multi-faceted and comprehensive monitoring and testing program for the challenges faced by the monitoring and testing of soft soil foundations for water transport projects. The foundation treatment project of the logistics center project is taken as an example， and the important and difficult problems of the specific project are analyzed and the solutions are put forward. Practice shows that the scheme in this paper has high feasibility and reproducibility， and can provide support for solving the difficult problems of monitoring and detection for similar water transport projects.

关键词：水运工程;监测检测;软土地基

Key words： water transport engineering;monitoring and testing;soft soil foundation

中图分类号：TU753                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）24-0143-04

0  引言

水运工程建设是航运事业的基石，随着大规模港口行道的修建，其规范化监管亦日益重要[1，2]。在水运工程施工中如何实现全过程的有效监测监测，对工程质量的评价有着举足轻重的作用，这其中软土地基的监测监测一直是一个难题[3-5]。

鉴于此，诸多学者对软土地基监测监测技术进行了研究。沈珠江[6]总结了南京水利科学研究院在软土地基方面部分研究成果，提出了建立软土结构性模型的新思路，未对如何检测监测做出进一步论述。董志良等[7]认为软基处理工程具有面积大，工期紧，施工难度高等特点，并基于这些特点对监测检测技术做了一定创新，但未能实现大范围，无死角的全面监测。张冬等[8]应用平板载荷试验、静力触探试验、钻孔取土室内土工试验等方法，对辽东湾地区的软土处理地基承载力和对处理后地基的表层承载力和深层处理效果进行了检测。该方法也仅仅局限于试验方面，如何根据具体工程案例进行详细化的监测未提及。何雄刚[9]研究了软土地基沉降观测与数据处理内容，认为采用抛石挤淤和土工格栅相结合的处治方式可有效提高软土地基的承载能力，控制路基不均匀沉降。曹豪荣等[10]针对周围建筑分布情况及建筑物的特点，采用地表沉降、位移监测、深层水平位移监测方法进行处理。吴铭炳等[11]通过对测试资料的分析、研究，证明了设计的安全合理性，认为对于坑中坑支护研究和应用具有重要意义。综上所述，目前对水运工程软土地基基于实际工程的全面监测检测较少，如何应对水运工程中监测检测重难点不明确。

因此，本文针对水运工程软土地基监测检测所面临的挑战，首先提出水运工程软土地基全面监测检测方案。其次基于中国外运上合物流中心项目地基处理工程（场地回填、地基处理标段）施工监测检测项目，对具体工程中监测检测重难点进行了研究。

1  监测检测方案

为避免监测检测陷入片面化的误区，克服水运工程软土地基施工监测检测难题，本文提出全方位监测检测的概念，规避了因片面检测而带来的数据误差，从而给水运工程质量控制提供更加完善的监测检测体系。

1.1 监测方案设计

1.1.1 竖向监测基准网的建立

建议采用北京54坐标系建立水运工程软土地基竖向位移监测控制网。基准点、工作基点应选在地基稳固、便于监测和不受影响的地点，拟选取在测区附近稳定的建筑上，具体点位结合现場实际情况确定，且测区的基准点不应少于3个。且监测控制网应只是每1个月复测一次。竖向位移监测控制网测量采用电子水准仪以二等水准测量的要求为例，具体技术要求如表1、表2。

1.1.2 表层沉降监测

首先在真空膜铺设后或者堆载施工前，使用GPS-RTK对测点进行放样，并做好标记。其次在预埋位置放置沉降板，沉降杆高度为2m。埋设时先用砂找平，确保沉降板底部水平（沉降杆垂直偏位不大于2%）;沉降板放置完毕后，用砂袋将底板压实，确保沉降板稳定;堆载施工区，沉降杆根据堆载高度增加顺接。真空膜上布设的沉降板底盘需用土工布包裹，避免对真空膜产生破坏。沉降板结构示意图如图1所示。

式中，Hi、Hi-1—第i次、第i-1次观测到的沉降板观测耳高程（m）;H0—初始观测耳高程（m）;Wi—沉降板本次沉降量（m）;W—沉降板累计沉降量（m）。

1.1.3 深层分层沉降及空隙水压力监测

以图2为例，布置分层沉降磁环及孔隙水压力计，共计13组分层沉降及水压力监测点，每组测点自上向下设置7个磁环及孔隙水压力计，磁环分别设在标高2m、0m、-3m、-6m、-9m、-12m、-15m处。且日常监测过程中，分层沉降使用高精度电子水准仪、分层沉降仪等设备进行观测，测量精度为±1mm。孔隙水压力可采用无暇计算公式计算：

1.1.4 深层水平位移（测斜）监测

本工程深层水平位移监测点主要分布在处理区外围，具体点位按照设计图纸要求布设，共计布设8组测斜监测点，测斜管进入④层粉质黏土层不小于2m，每0.5m采集一组位移数据。通过埋设测斜仪观测施工过程中已建路堤地基土的水平位移和位移速率。具体位置见附件1监测点位示意图。

测斜仪安装好后，将导轮沿导槽滑动，由于测斜仪能反应出测管与重力线之间的倾角，因而能测出测斜仪所在位置测管在外力作用下的倾斜度θi，换算成该位置测斜仪上下导轮间（或分段长度）的位置偏差Δd：

1.2 检测方案设计

1.2.1 加固前后钻孔取土检测

每个分区在加固区内（具体位置以设计图为准）可布设一组取土孔，工前、工后在同一点分别进行一次，工前、工后取样孔间距1-2m，孔深度穿透淤泥层至粘土层1m，并将土样送试验时进行土工试验。原状孔做常规土工试验（包括压缩试验）。

根据设计图纸在预定位置放样检测点，并做标记;根据规范要求钻孔取原状土，取样间距满足设计要求，试验开始前及结束后及时进行签证;将取出的原状土样密封好后及时送交试验室;试样搬运时应轻拿轻放，切勿倒置、碰撞和振动;试验室对收取的土样应按编号顺序平稳存放于样品室，样品室应采取防晒、防冻措施，室温控制在4～30℃之间;对样品室内的土样应尽快制定试验作业计划，组织试验，原状土储存时间一般不超过半个月;各室内试验项目严格按照《土工试验方法标准》（GB/T50123-1999）中要求的操作步骤和注意事项进行;认真、及时填写室内试验记录，并由实验者亲笔签名;试验后所剩土样，应按原编号妥善存储，以备审核试验成果时，复查、检验和补充原有成果数据。

1.2.2 十字板剪切试验

每个分区在加固区中间位置（具体位置以设计图为准）布设一组十字板剪切试验，工前、工后在同一点分别进行一次，工前、工后测试孔间距1-2m。检测深度穿透淤泥层至粘土层1m，淤泥质软土中每竖向间隔1m试验一次，分别采取原状土和重塑土的Cu指标。

十字板剪切试验操作步骤严格按照规范要求进行，地基处理后表层土无法贯入时，可采用钻机进行开孔;测试由原地面以下1m处开始，每1m进行一次原状土和重塑土剪切试验;测试开始，先将板头压入原地面以下1m处，停待5分钟，然后顺时针转动摇把，十字板转动速度为6°/min，每转1°测记量表读数一次;当测到峰值或稳定值后，仍须继续测读1分钟;在完成上述试验后，用摇把将轴杆连续转6圈，使十字板头周围土体充分扰动，然后重复测试重塑土剪切强度;继续下压板头，重复以上操作，当测试至原地面下20m或实测土的不排水抗剪强度大于100kPa时，即可停止试验;二者以较早出现者为准。

1.2.3 静力触探试验检测

每个分区在加固区中间位置（具体位置以设计图为准）布设一组静力触探试验，工前、工后在同一点分别进行一次，工前、工后取样孔间距1-2m，检测深度穿透淤泥层至粘土层1m。对于下列情况，土层触探参数值应根据具体情况作必要取舍：

①在曲线中，遇个别峰值，可不参与平均值计算。②厚度小于1m的土夹层，若贯入阻力较上、下土层为高（或低）时，应取其较大（或最小）值为层平均值。这里所谓的较大值是指峰值点上、下各20cm以内的大值平均值。③土层由若干厚度在30cm以内的粉土（砂）和粘性土交互层沉积而成，且不宜进一步细分时，则应分别计算该套组合土层的峰值平均值和谷值平均值。

1.2.4 载荷板试验检测

如图4所示，每个分区在加固区中间位置（具体位置以设计图为准）布设一个载荷板试验试验，地基处理后进行。

加荷标准：荷载按等量分级施加，加荷等级不应少于8级，加荷等级为10-15级，最大加荷量为2倍设计荷载。稳定标准：每加一级荷载，第一小时可按10、10、10、15、15min观测沉降，以后时间每隔30min观测一次沉降。直到连续两小时内，沉降量小于0.1mm/h时，认为变形稳定，可施加下一级荷载。终止试验（下列任一种情形的出现皆可）：①承压板周围土明显侧向挤出、隆起或产生裂缝;②本级荷载的沉降量大于前级荷载的沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降;③在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准;④总沉降量超过承压板宽度或直径的1/12;⑤总加荷量已达到设计要求值的2倍以上。

2  工程案例

中國外运上合物流中心项目地基处理工程（场地回填、地基处理标段），位于连云港市东部中云台山区域，四至范围为：东至保税一路，南至烧香河路，西至海丰路，北至中云台大道。

2.1 监测重难点分析及对应措施

2.1.1 监测重点分析及对应措施

①本工程施工工艺较复杂，详细掌握施工组织方案，不仅有助于监测方案的编制，还有助于对现场日常监测质量及进度的控制，因此对施工组织方案的详细掌握是本工程监测工作的一大重点。

应对措施：

1）施工设计图出图后，及时同施工单位沟通，获取本工程施工组织方案等相关资料，并制定详细的监测实施计划，确保监测工作顺利实施。

2）监测实施前，由技术负责人对施工组织方案进行详细阅读，编制相关监测技术材料并交底，各监测人员需做到详细掌握。

②本工程采用真空预压法、堆载预压法等对地基进行加固，加固期间面层沉降、分层沉降、孔隙水压力等监测数据将作为地基加固施工控制及加固效果评价的重要依据，也将作为软基平均固结度计算及工后沉降推算的重要数据支撑，因此真空预压期监测是本工程监测工作的另一大重点。

应对措施：1）监测实施前，及时建立监测控制网，控制点设置要符合规范要求;监测实施过程中，按1次/月的频率对控制点高程、坐标进行复核，并定期对控制点进行巡视，确保控制点稳定、可靠。2）依据设计文件及相关国家规范或规程要求对测点进行埋设，测点埋设且测孔收缩稳定后，对测点初始值进行观测，观测次数不应少于2次，当两次观测数据相差较小时取两者平均值作为测点初始值。3）采用高精度监测仪器设备对测点进行观测，并定期对监测设备进行保养及送至计量院进行检定或校核;监测实施时，保持人员、仪器设备、线路的“三固定”，减小偶然误差，提高监测精度。4）监测服务周期内，每日对现场进行巡视，做好监测点保护及警示作用，保证监测点可靠、有效;发现质量问题及时上报相关单位，并适当增大现场监测力度或频率。

2.1.2 监测难点分析及对应措施

①本工程测点埋设种类较多，质量控制难度较大;此外，监测材料或元件生产质量参差不齐，导致埋设质量更加难以控制，故监测点埋设质量控制是本工程监测工作实施的一大难点。

应对措施：1）监测实施前，项目部应购买质量合格、稳定可靠且经相关质监部门标定的的监测元件，严禁以次充好;此外，项目部应配足易损坏监测元器件，若发现测点破坏，应及时替换并重新采集初值。2）沉降板埋设时，首先应铺设土工布并用砂找平，然后用砂包袋将底板压实，确保沉降板稳定;分层磁环埋设过程中，应确保磁环钢爪插入土层内部，使其固定牢固;孔隙水压力计埋设前，应煮沸透水石30-60min，埋设过程要一直保证其处于水密封状态，测点放置至预定深度后，应用粘土球封孔超1m的深度，避免测点失效;测斜、位移边桩埋设也应满足设计要求。3）测点埋设时，应用经验丰富的机长进行钻孔，并由专业监测人员进行管线拼接和监测元件的埋设，切实保证监测点埋设质量。

②软基加固过程中，施工现场交叉作业较多，且往往现场施工人员或大型机械的使用人员对监测点的保护意识不强，测点容易遭受破坏，进而造成监测数据不连续，故如何保证各监测点完好性是本工程监测工作开展的另一大难点。

应对措施：1）监测点埋设完毕后，应立即做好现场标识和警示工作;标识牌、警示物破损时，应及时更换，确保监测点处于醒目状态。2）安排监测人员定期对各监测点进行现场巡视，对于已被破坏的监测点，应及时修复并采集初始值。3）堆载期间，沉降杆应采用镀锌钢管进行保护，分层沉降管应采用三角撑固定，孔隙水压力计电缆应集中放置并采用套管保护。4）加强对现场施工人员的技术交底工作，做好同施工单位的沟通与协商，共同做好监测点的保护工作。

2.2 检测重难点分析及对应措施

2.2.1 检测重点分析及对应措施

本工程软基处理效果检测主要包含加固前、后取样检测，加固前、后十字板剪切试验及软基处理后的载荷板试验等内容，各检测项的检测数据将作为地基处理效果评价的重要依据，因此规范的对软基处理效果进行检测是本工程检测工作的一大重点。

应对措施：①检测实施前，项目部应对拟投入的所有检测仪器设备进行标定，确保仪器设备运行正常且稳定可靠。②项目部应配属拥有丰富经验的检测人员来进行现场检测工作;对于淤泥层必须采用薄壁取土器进行取样，保证试样不被扰动，取样完毕后应及时密封保存并及时送至试验室进行土工测试，测试步骤应符合规范要求;十字板剪切试验、载荷板试验现场操作应满足规范及设计要求;现场检测完毕后，应做好异常检测数据的鉴别工作，对于检测成果应根据当地经验或规范要求进行修正，切实保证检测数据的合理性、准确性。③外业检测时，应做好检测原始资料的记录工作，严禁随意涂改，若有修改应注明修改原因、修改人等信息;此外，检测工作应保留必要的照片、视频等资料，以便后期审核。

2.2.2 检测难点分析及对应措施

本工程现场检测工作主要为地基处理效果检测，其中常规土工试验检测内容又包含了很多细部检测项，且各检测项的测试方法又各不相同，检测工作量相对较多，如何在规定时间内高质量完成检测工作是本工程检测工作实施的难点。

应对措施：①检测实施前，项目部应配足经验丰富的检测及试验人员，对于拟投入的所有检测仪器设备需定期检定，并报监理、业主单位审批;检测实施过程中，应及时组织对检测人员进行培训，保证检测质量。②项目部投入的检测仪器设备要尽可能的先进，检测数据的采集应最大程度采用自动化采集系统，提高检测精度，避免人为误差。③外业检测工作、室内土工测试的实施必须按照设计文件、规范要求进行，并做好检测记录工作，保留必要的检测照片或视频等资料，并做好检测数据的归档工作。④现场检测前，应做好详细的进度计划;检测实施过程中，当计划不能满足施工要求时，要适当调整检测进程并适当增加对检测人员、仪器设备的投入量，切实保证施工进度。⑤项目部要做好检测数据的自审工作，公司总工或技术负责人应定期对项目进行指导，定期对检测资料进行审查并不定期对检测资料进行抽查;发现质量问题时应做好数据分析工作，必要时需重新对检测项进行测试。⑥项目部领导应保持与各参建单位的密切沟通，做好检测实施的外部协调工作，确保检测工作顺利实施。

3  结语

本文针对水运工程软土地基监测检测所面临的重难点问题，提出了多方位、全方面的监测检测方案，同时基于具体水运工程案例，对其重难点问题进行了针对性分析，并提出了解决方案。结果表明，本文具有如下特点：①针对水运工程软土地基的复杂性，提供了4类监测方案，4类检测方案，具有较高的实用性与可复制性。②对具体工程案例中的重难点问题进行了剖析，同时提出了解决措施，可为其他工程提供参考。

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