建筑物沉降觀測分析論文

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摘要本文闡述了解臺二線船閘主體建筑物沉降觀測的具體做法，總結了技術要點，探討沉降觀測在船閘建設過程中的作用。

關鍵詞船閘沉降觀測

1工程概況

京杭運河解臺二線船閘工程是我省利用世行貸款投資建設的交通重點工程，船閘位于徐州市賈汪區大吳鎮，距市區約20km，處于京杭運河江蘇段西線航道解臺一線船閘北側。

解臺二線船閘與一線船閘平行布置，兩閘中心線相距90m，船閘基本尺度230×23×5m，主要結構形式：閘首為鋼筋混凝土底板、空箱邊墩、頭部環繞短廊道輸水、鋼結構人字閘門及提升式平板閥門、電氣自動控制液壓啟閉機，閘室為鋼筋混凝土透水底板、扶壁式鋼筋混凝土閘墻，鋼筋混凝土上、下游護坦，上下游主副導航墻、靠船墩及護岸為混凝土底板漿砌塊石墻（墩）身。設計年通過能力為2500萬噸。

2沉降觀測目的和內容

沉降觀測是船閘建設不可忽視的工作之一，通過沉降觀測，可以監測建筑物的沉降變位情況，不但為今后的船閘底板內力計算提供數據，提高了準確性，而且能便于及時發現異常情況，采取措施，保證工程的安全運行。

由于解臺二線船閘上、下閘首為整體塢式結構，我省船閘建設有關部門經過多年實踐總結，目前普遍采用預留施工寬縫，將整塊底板分成三塊，待兩側邊墩澆筑完成、回填土達到所要求的高程、地基沉降穩定后，再進行封鉸，可有效地減小底板的內力或厚度；并能減少閘塘開挖后對地基的卸載及底板、閘墻邊墩澆筑過程中因加載而產生的地基升降變化。通過定期進行沉降觀測，可以掌握軟基的固結過程，用來確定預留施工寬縫對內力的影響，同時為確定封鉸時機和地下水位控制、加載速率提供依據。

沉降觀測的主要內容是：通過布設控制網，按相關精度要求，根據施工分級加載實況，定期定點對塢室結構底板封鉸前后每塊底板和每節閘室墻在建設過程中的沉降情況進行觀測，直至工程竣工驗收，移交使用單位。

3沉降觀測方案

3．1精度指標與觀測儀器的選擇

設計單位對主體工程上、下閘首及閘室塢式段施工寬縫封鉸提出的要求，其中有一條為邊墩的沉降速率（連續10天）每晝夜小于0．1mm。

如果按照限差為0．1mm來設計觀測方案，高差中誤差須滿足0．05mm的要求，目前最先進的精密水準儀每km高差中誤差只能滿足0．7mm的要求，無法滿足設計要求。經與設計部門商討，變更為通過連續3個10天的觀測，如果結果都不超過1mm，則認為滿足設計要求。

根據設計要求和現行國家《工程測量規范》、《建筑物變形測量規程》及交通部《水運工程測量規范》中對沉降觀測的各項規定，結合解臺二線船閘工程具體的特點，我們選擇變形測量的二級標準作為本項沉降觀測工作的精度指標，詳見表1。

沉降觀測是船閘工程中精度較高的測量工作，儀器設備、布設路線、觀測方法及人員素質等多方面都會影響觀測數據的精度。在該測量工作中我們選擇S1級瑞士LeicaNA2／GPM3精密水準儀，配合銦鋼水準尺進行作業，省測繪局鑒定部門對儀器的各項指標進行了技術鑒定，在作業期間我們多次對儀器i角差進行檢核，為觀測工作提供了技術保證。

3．2觀測路線的布設

3．2．1水準基點、工作基點的設置

水準基點由測區原有等級水準點（設計部門提供）BM（33．226m）、G2（32．652m）組成，該兩點高程數據經多次聯測檢核，高差誤差均小于1．0mm。且兩水準基點均位于一線閘管理區較為偏僻地方，是一線閘施工期間（1958～1961年）設置的，點位穩定可靠。我們以觀測條件較好的BM作為主基點，G2作為校核點。利用原一線船閘南側（二線閘施工區外側）閘墻一個沉降釘（A9）作為工作基點，與BM、G2形成一個閉合環，檢測起始數據的正確性。

3．2．2觀測點的布設

上、下閘首及閘室塢式段均在邊墩底板及施工寬縫的兩端各布設8個沉降釘計24個觀測點；閘室14節扶壁段均在閘墻底板兩端各布設4個沉降釘計56個觀測點；沉降釘的制作采用40cmФ18螺紋鋼頂端焊接鍍銅半球圓帽加工而成，埋設時配以斜筋焊接在底板面層及豎向鋼筋上，頂端突出砼表面1．5～2．0cm左右，以保證點位穩固。

由工作基點A9至觀測點路線基本沿閘塘外圍原狀土上設置，中間轉點全部埋設測樁，采用50～100cmФ20螺紋鋼打入土層，表面澆筑20～30cm厚砼，進入閘塘邊坡段，除轉點采用同前設置外，測站架鏡的位置也埋設30cm厚砼，以保證觀測時儀器的穩定。

整個觀測線路由BM、A9和14－2、12－4、10－2等11個觀測點形成一個整體閉合環，全長1．32km，36測站，不在路線上的其他觀測點，由其鄰近觀測點固定觀測。

3．3觀測方法及注意事項

本次沉降觀測工作采用精密幾何水準測量方法進行，觀測過程中，各項偏差控制及內業數據處理按照國家《建筑物變形測量規程》中各項規定執行。

進行沉降觀測過程中，須注意的幾個問題：

(1)每次觀測應遵守“四固定”原則，即：觀測所用儀器及水準標尺固定；觀測人員固定；觀測路線固定；觀測環境和條件基本相同。

(2)水準儀i角是一個變化值，每次作業前，對i角進行檢查，若發現i角大于10秒，應及時進行檢驗校正。

(3)布設觀測路線時，前后視距不超過40m，前后視距差不超過1．0m，以控制i角的誤差影響，同時提高觀測時的清晰度。

(4)觀測時間及環境：不在日出前后1小時、中午時分進行觀測，更不能在大風或有霧的情況下進行觀測。

(5)為保證水準尺氣泡穩定居中，自制一些簡單的水準尺輔助標桿，以使扶尺員快速穩定地豎直標尺，提高觀測效率。

3．4觀測周期

船閘底板基礎是分段施工的，為及時掌握加載后的初始觀測值，在每節底板澆筑混凝土終凝后，即開始初始觀測，因此不同底板上沉降觀測點的初始觀測日期是不一樣的。

對于建筑物變形觀測周期，有關測量規范、規程都沒作統一規定，我們根據以往同類型船閘經驗，結合本工程閘室墻采用龍門架支撐大模板一次到頂澆筑砼的施工方案，分析基礎加載的情況，制定如下觀測周期：施工初期20天，封鉸前期至封鉸期間10天，封鉸后至觀測點移測到閘室墻頂部30天。

船閘主體建筑物施工期間，如遇到特殊情況（回填土與地下水位發生較大變化，底板或墻體產生裂縫，沉降縫兩側出現較大不均勻沉降等），應立即進行逐日或幾天一次的連續觀測，及時提供觀測數據，確保建筑物安全。

4沉降觀測成果

從2000年5月至2002年1月，共完成40次沉降觀測（2001年6月26日以后移測到閘室墻頂部觀測），閉合環線的高差閉合差在－0．3～＋1．5mm之間，滿足二等水準測量精度要求。沉降觀測成果數據見表2。

5結論和體會

(1)觀測數據表明，本工程整個施工階段基礎的下沉量及回彈量的變化與施工順序、地基上的加載大小、施工進度、地下水位情況等密切相關。

(2)沉降觀測資料反映施工階段的實際沉降量，難以與設計部門提供的理論預留沉降量相符，其主要原因是理論計算假設條件與上述施工條件變化出入較大，計算無法考慮施工期各種動態的影響因素，另外地質條件復雜。目前理論計算雖考慮土體的固結過程，把地基作為粘彈性模型進行計算，但由于計算參數隨不同土質而不盡相同，難以正確選取，故只有通過現場觀測，采用反分析法來確定計算參數，才能為設計提供有效的數據。

(3)由于累計沉降量均與初始觀測值相關，因此初始觀測值的準確性極為重要，每個觀測點的初始觀測值必須采用最初連續兩次觀測結果的平均值。

(4)船閘工程沉降觀測工作是一項非常繁雜的工作，技術要求高，需要付出艱辛的勞動。閘室墻后回填土施工時部分觀測線路須臨時調整，且達不到固定如初，這是影響觀測精度的主要原因。采用全站儀在固定測站及鏡高的情況下，通過三角高程的方法來代替幾何水準進行沉降觀測，可以減少勞動強度，但能否滿足精度要求，是值得在今后船閘建設中加以研究的。