横塘河北枢纽观测成果初步分析

王 强，荀 俊，褚 奇

(常州市城市防洪工程管理处，江苏 常州 213000)

1 引言

变形等数据监测是建筑物修建完成后必不可少的工作内容[1-3]。通过收集观测数据，可获取建筑物的变形情况，有助于及时发现异常情况，及时处理，以保证建筑的安全[4-6]。通过收集横塘河北枢纽的观测成果，分析工程现状。

横塘河北枢纽工程具有防洪、排涝、引水等功能，工程规模为双向泵站及节制闸各一座，泵站与节制闸为一列式布置。泵站设计流量为40 m3/s。横塘河北枢纽的防洪标准为200年一遇洪水，2008年横塘河北枢纽布设垂直位移观测标点32点；引河固定断面11个，2014年度增加引河河道断面观测范围，总计固定断面28个；2012年布设伸缩缝三向观测标点5个，2016年增加到8个；共有测压管4处，每年进行常规观测。

2 监测方法及内容

2.1 垂直位移观测

工作基点观测总数为3点，垂直位移标点观测总数为32点，使用LeicaDNA03型电子水准仪按照后-前-前-后的测量方法严格执行相关规范要求。观测时选择天气晴朗能见度良好等对观测工作无影响的时段，在闸门开放、泵站抽水设备静止的状态下对观测标点实施测量工作。

2.2 河道断面观测

共测量河床固定断面28个，其中外河侧5个；内河侧23个。选取天气晴朗并且风力微弱的时段进行测量。在闸门开放、泵站抽水设备静止的状态下，断面测量岸上部分采用水准仪直接读取高差，水下部分采用无人测量船测量水深后根据水位计算河底高程的方法。

2.3 建筑物伸缩缝观测

共观测伸缩缝8处，分别对其XYZ的三向用游标卡尺进行精密测量。一个方向至少量测两次，观测人员与前次观测人员相同。尽量减少测量误差。

2.4 测压管观测

共观测测压管4个，分别对其管内水位高程用电测水位计进行精密测量。同一个测压管分别两次，取其平均值。观测人员与前次观测人员相同，尽量减少测量误差。2015年度对测压管进行了淤积情况调查及灵敏度测试。

3 监测成果分析

3.1 垂直位移监测成果

2019年度分别于4月及11月对横塘河北枢纽垂直位移标点进行两次观测。将2018年11月至2019年11月间的观测数据进行比较，其间隔位移量值在最大为1 mm，最小为0 mm。至2019年平均累计位移量为8.3 mm，最大的23 mm，最小的为0 mm，抬升的有5点，占观测总数的15%。至2019年底板的最大累计位移量为23 mm，发生在右岸4，其历时11年；最大不均匀量为23 mm，发生在底板2-1和底板2-4之间，其历时11年。由于两点之间长年不均匀沉降，导致泵站和节制闸闸室之间的伸缩缝上口持续增大，超过橡胶止水带的变形能力，以致橡胶止水带被拉裂。2016年12月29日至2017年3月2日期间，常州市城市防洪工程管理处对横塘河北枢纽泵站与水闸之间的伸缩缝止水带进行修复，相关底板在2016年11月至2017年11月间隔位移量在0 mm～4 mm之间，与其他部位相比偏大(满足相关规范)；相关底板在2017年11月至2019年11月间隔位移量在0 mm～1 mm之间，表明该时间段相关底板较稳定。至2019年11月翼墙最大累计位移量为14 mm，发生在下右翼2-2，其历时11年；最大不均匀量为8 mm，发生在下左翼2-1和下左翼2-2之间，其历时11年。

图1 2014.11～2019.11垂直位移过程线

3.2 引河河道监测成果分析

河道断面从2009年开始观测，共设11个断面，外河侧共设5个断面，内河侧共设6个断面，在2014年度增加引河河道断面观测范围，总计观测断面28个，其中外河侧5个，内河侧23个。所有断面桩均在河床两侧固定，并进行了断面桩顶高程的考证。

为能在河道断面图上进行冲淤量比较，以设计断面为标准断面(内河侧已知标准断面为横塘河北枢纽泵站至C.S.10下0+400处，下游其他位置标准断面无记录，征得常州市城市防洪工程管理处同意后，其他位置标准断面参照2014年度始测断面。下游东侧河道原为老河道，无相关标准断面，参照引河设计断面，老河道范围冲淤量未计算在内)，冲淤量比较表中的计算水位采用设计标准(外河侧5.19 m，内河侧4.30 m)。

图2 引河河道观测断面位置(上游侧)

(a)断面C.S.5上0+168

3.2.1 上游侧

横塘河北枢纽引河上游侧固定断面本年度观测结果与去年相比有明显淤积，结合北塘河枢纽及北塘河船闸引河固定断面综合考虑，该现象较为异常，取位于横塘河北枢纽上游侧临近枢纽的断面C.S.1上0+048、位于上游侧测量范围中部的断面C.S.3上0+108、位于上游侧与北塘河交汇处的断面C.S.5上0+168来说明。结合上游侧所在地形及本年度断面成果可看出横塘河北枢纽上游侧断面从北塘河交汇处的平均淤深0.5 m至枢纽附近的平均淤深0.2 m，呈逐渐减少趋势。上游侧与去年相比在168 m观测范围内有2100 m3淤积。

3.2.2 下游侧

横塘河北枢纽引河下游侧固定断面本年度观测结果与去年相比有明显淤积，与上游侧类似，但淤积量少于上游侧。取位于横塘河北枢纽下游侧临近枢纽的断面C.S.1下0+037、位于下游侧测量范围中部的断面C.S.12下0+500、位于青龙桥北侧150米的断面C.S.20下0+900来说明。断面C.S.1下0+037与去年相比枢纽侧及老河道侧均有明显淤积，淤积量约为0.1 m～0.3 m。断面C.S.12下0+500与去年相比表现为河道中央有0.1 m淤积，河道两侧边坡有0.2 m淤积。断面C.S.20下0+900与去年相比河道中央基本保持一致，河道西侧边坡有0.1 m～0.2 m淤积。下游侧与去年相比在1040 m观测范围内有6700 m3淤积。

图4 引河河道观测断面位置(下游侧)

3.3 测压管观测

测压管顶高程始测自2010年8月11日，每五年考证一次。从2010年自2019年测压管管顶高程基本保持原状，基本未有变化。从观测数据可知横塘河北枢纽测压管管顶高程在2010年～2015年五年内变化量不满1 cm。

通过2019年度对横塘河北枢纽测压管水位的记录可以发现：测压管水位随河道水位逐步变化，并未发生当河道水位变化不大而管水位发生突变或趋势性上升、下降的情况。处于上下游不同位置的4处测压管管内水位均低于同一时间河道内水位。上下游各部位测压管水位与河道水位的变化相关性很好，且管水位明显低于河道水位5 cm～15 cm，符合渗流规律。通过对各部位测压管在2019年期间的管水位进行测量计算，绘制测压管水位过程线图可得出结论：测压管水位表现正常，符合渗流规律。

(a)断面C.S.1下0+037

图6 测压管布置图

图7 2019年测压管水位过程线

3.4 伸缩缝观测

横塘河北枢纽的伸缩缝始测自2012年1月25日，由于泵站与节制闸交界处1楼至3楼伸缩缝位置开裂较为明显，测量队于2016年分别在1楼、2楼、3楼新设伸缩缝观测标点三处。截止至2019年11月的数据可见累积变化量ΔX最大值为-10.4 mm，发生在室内3(三楼)；最小值为-0.72 mm，发生在外侧西。ΔY最大值为-3.80 mm，发生在室内3；最小值为-0.20 mm，发生在室内。ΔZ最大值为8.20 mm，发生在内河侧；最小值为0.68 mm，发生在室内1。

影响伸缩缝伸缩量的主要原因有温度、混凝土自身的徐变和收缩、水压、各种荷重及地质影响。结合横塘河北枢纽的实际情况可知：影响横塘河北枢纽泵站和水闸之间伸缩缝伸缩量最主要的因素为泵站和水闸之间的底板不均匀沉降。由于常州市城市防洪工程管理处于2016年12月29日至2017年3月2日期间，对横塘河北枢纽泵站和水闸之间的伸缩缝止水带进行了修复，对所处相关位置的伸缩缝室内1、室内2、室内3有一定影响。

由图8可知，由于横塘河北枢纽泵站和水闸之间的伸缩缝受泵站和水闸之间的底板不均匀沉降影响，表现异常，与温度和水压的变化趋势联系较小，2017年常州市城市防洪工程管理处对横塘河北枢纽泵站和水闸之间的伸缩缝止水带进行修复后，对所处相关部位的伸缩缝也有一定影响，使得处于室内1、2、3楼的伸缩缝在2017年～2019年间相对稳定。

(a)室内1观测成果

4 结论

(1)横塘河北枢纽垂直位移总体较为稳定，位于相关底板上的垂直位移观测点在进行止水带修复后已趋于稳定。

(2)横塘河北枢纽引河断面在2019年度有异常淤积情况，上游侧与去年相比在168 m观测范围内有2100 m3淤积。下游侧与去年相比在1040 m观测范围内有6700 m3淤积。上游侧淤积情况与下游侧相比相对明显。结合横塘河北枢纽所在地形及北塘河异常淤积情况可初步分析该现象是由于受水流影响，北塘河内异常淤积泥沙向横塘河流动引起的。

(3)横塘河北枢纽测压管水位表现正常，符合渗流规律。

(4)横塘河北枢纽泵站和节制闸之间位于1、2、3楼的伸缩缝在进行止水带修复后，相对较稳定；其他部位的伸缩缝观测结果正常。