望亭水利樞紐沉降縫觀測值年際變化規(guī)律分析

劉 毅 徐金龍

(太湖流域管理局蘇州管理局 215011)

望亭水利樞紐沉降縫觀測值年際變化規(guī)律分析

劉 毅 徐金龍

(太湖流域管理局蘇州管理局 215011)

望亭水利樞紐運(yùn)用差動電阻式測縫計(jì)開展沉降縫縫寬變化情況的觀測，分析其年際變化規(guī)律，為工程安全運(yùn)行提供參考。

望亭水利樞紐 沉降縫 觀測 年際變化 分析

1 工程概況

望虞河望亭水利樞紐是太湖流域防洪和供水的主要控制工程之一。工程位于江蘇省蘇州市相城區(qū)望亭鎮(zhèn)以西的望虞河與京杭大運(yùn)河交匯處，距望虞河入太湖口2.2km。工程為2級建筑物，采用立交布置方式。上部采用鋼筋混凝土矩形槽，供京杭運(yùn)河通航;下部采用9孔鋼筋混凝土矩形倒虹吸涵洞，供望虞河過水。每孔涵洞孔口尺寸為7.0m×6.5m(寬×高)，總過水面積400m2，設(shè)計(jì)流量為400m3/s，涵洞采用三孔一聯(lián)的鋼筋混凝土箱式結(jié)構(gòu)。

望虞河工程是11項(xiàng)治太骨干工程之一，根據(jù)1987年國家計(jì)委批準(zhǔn)的《總體規(guī)劃方案》，望虞河工程主要功能為防洪、排澇兼顧供水及航運(yùn)。望亭水利樞紐原設(shè)計(jì)主要任務(wù)是：遇1954年型洪水(約50年一遇)汛期5～7月排泄太湖洪水23.1億m3;需要時(shí)與常熟水利樞紐配合引長江水入太湖，并防止京杭運(yùn)河污水進(jìn)入太湖;保證京杭運(yùn)河正常通航。

望亭水利樞紐自投入運(yùn)行以來，在流域防洪和調(diào)水工作中，特別是在抗御1999年流域特大洪水和近幾年實(shí)施的引江濟(jì)太水資源調(diào)度工作中，發(fā)揮了治太骨干工程的重要作用，社會效益非常顯著。

2 沉降縫觀測設(shè)施概況

2006年在上下游管首的沉降縫上各安裝2只測縫計(jì)，共4只，用于觀測沉降縫縫寬的變化情況，LS1、LS2位于上游管首望虞河側(cè)，LS3位于下游管首運(yùn)河側(cè)，LS4位于下游管首望虞河側(cè)，LS1、LS4位于左側(cè)沉降縫上，LS2、LS3位于右側(cè)沉降縫上。測縫計(jì)為南京自動化設(shè)備廠生產(chǎn)的CF—12型差動電阻式測縫計(jì)。

測縫計(jì)安裝時(shí)先在沉降縫兩測各固定一塊鋼板，然后在鋼板上用專用夾具將測縫計(jì)的兩端固定在沉降縫的兩側(cè)。測縫計(jì)于2006年5月29日經(jīng)現(xiàn)場檢驗(yàn)合格后進(jìn)行了基準(zhǔn)值的測定。

3 沉降縫觀測原理

根據(jù)數(shù)字式電橋觀測測縫計(jì)的電阻和電阻比，按下式計(jì)算沉降縫之間的開合度：

式中 J——沉降縫的相對開合度，mm;

f——儀器最小讀數(shù)，mm/0.01%;

b——儀器的溫度修正系數(shù)，mm/℃;

Δz——電阻比相對于基準(zhǔn)值的變化量(測值減去基準(zhǔn)值)，0.01%;

Δt——此次測點(diǎn)溫度相對于基準(zhǔn)值的變化量(本次溫度測值減去基準(zhǔn)值)，℃。

測點(diǎn)溫度計(jì)算公式如下：

上二式中 t——測點(diǎn)溫度，℃;

α——儀器的零上溫度系數(shù)，℃/Ω;

α″——儀器的零下溫度系數(shù)，℃/Ω;

Rt——儀器實(shí)測總電阻，Ω;

R——儀器冰點(diǎn)0℃ 的電阻值，Ω。

4 沉降縫觀測成果

2007年～2010年6月對沉降縫共進(jìn)行了40次觀測，在觀測的同時(shí)對氣溫進(jìn)行了同步觀測。2007年～2010年6月沉降縫觀測值與溫度的關(guān)系見圖1～圖4。

圖1 LS1沉降縫觀測值與溫度過程線

圖2 LS2沉降縫觀測值與溫度過程線

圖3 LS3沉降縫觀測值與溫度過程線

圖4 LS4沉降縫觀測值與溫度過程線

5 沉降縫觀測值年際變化規(guī)律分析

5.1 沉降縫觀測值特征值分析

2007年～2010年6月沉降縫觀測值特征值見表1。4年的觀測中，沉降縫觀測值未出現(xiàn)明顯異常突變情況，其測量值在最大最小值之間分布比較規(guī)律，各測縫測值中位值和均值比較接近。其中LS1、LS3測值分布具有正偏離，均值大于中位數(shù);LS2、LS4測值分布具有負(fù)偏離，均值小于中位數(shù)。觀測數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)差位于1.319～2.483mm之間，標(biāo)準(zhǔn)差最低的為LS2，表明大部分觀測數(shù)值和平均值之間差異最小;標(biāo)準(zhǔn)差最高的為LS3，表明觀測數(shù)值和平均值之間差異最大。從特征值來看，4年觀測數(shù)值無明顯異常現(xiàn)象。

5.2 各沉降縫觀測值相關(guān)性分析

2007年～2010年6月沉降縫觀測值相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。LS1、LS4位于左側(cè)沉降縫上，其相關(guān)系數(shù)為0.724;LS2、LS3位于右側(cè)沉降縫上，其相關(guān)系數(shù)為0.729。望亭水利樞紐主體工程共有兩條沉降縫，處于結(jié)構(gòu)的對稱位置，兩個(gè)相關(guān)系數(shù)比較接近。從表2中可知，各測點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均小于0.9，觀測數(shù)據(jù)擬合較差。

表1 2007～2010年6月沉降縫觀測值特征值計(jì)算結(jié)果 單位：mm

表2 2007～2010年6月沉降縫觀測值相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果 單位：mm

5.3 各沉降縫觀測值隨溫度的年際變化規(guī)律

從沉降縫觀測值與溫度過程線圖可知，當(dāng)溫度升高時(shí)，沉降縫縫寬有變小的趨勢;當(dāng)溫度降低時(shí)，沉降縫縫寬有變大的趨勢。具有隨溫度而變化的有關(guān)規(guī)律。

6 案例分析

2010年7月～2010年12月對LS3共進(jìn)行了6次觀測，觀測數(shù)據(jù)如下：6.655mm、7.073mm、9.070mm、10.932mm、13.659mm、11.917mm。其數(shù)據(jù)超過了 LS3歷年觀測的最大值，6次觀測的均值、平均值偏差較大。發(fā)生這種情況后，管理單位立即開展了排查和檢測。LS3位于京杭運(yùn)河側(cè)擋浪墻上，運(yùn)河來往船只較多，觀測儀表附近明顯有船只撞擊的痕跡，受船只沖擊影響，LS3內(nèi)部儀表發(fā)生了變形，故導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。

7 結(jié)語

通過4年的觀測，可以得出以下結(jié)論：?在工程正常運(yùn)行情況下，沉降縫觀測特征值可作為今后運(yùn)行觀測的參考指標(biāo);?觀測值受地基、水位、工程結(jié)構(gòu)等多種因素影響，各測點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)擬合較差;?各沉降縫觀測值隨溫度的年際變化規(guī)律比較明顯。

當(dāng)沉降縫觀測異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取以下措施：?加強(qiáng)觀測，及時(shí)掌握數(shù)據(jù)變化情況;?及時(shí)排查儀器故障;?如所有測縫同時(shí)出現(xiàn)問題，在儀器未出現(xiàn)故障的情況下，應(yīng)結(jié)合工程運(yùn)行現(xiàn)狀，研究垂直測點(diǎn)的觀測情況，進(jìn)行專項(xiàng)排查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取相關(guān)措施，確保工程安全。