沙河渡槽安全監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)及成果初步分析

□趙 峰（南水北調(diào)中線工程建管局河南直管局）

□溫 帥（黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司）

1.概況

沙河渡槽工程位于河南省平頂山市魯山縣境內(nèi)，是南水北調(diào)中線工程最關(guān)鍵的控制性項(xiàng)目之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，規(guī)模大，全長(zhǎng)11.938km，總投資26 億元，是目前世界上最大的渡槽工程。沙河渡槽于2009年12月30日開工建設(shè)，計(jì)劃2013年7月完工。主要包括：沙河梁式渡槽、沙河-大朗河箱基渡槽、大郎河梁式渡槽、大朗河-魯山坡箱基渡槽、魯山坡落地槽及部分渠道工程。

基于這樣的重點(diǎn)工程，施工期及完工運(yùn)行期的安全監(jiān)測(cè)工作顯得特別重要。施工期的安全監(jiān)測(cè)工作主要為：監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備及材料的采購(gòu)、運(yùn)輸、驗(yàn)收和保管；儀器和設(shè)備的率定、安裝、埋設(shè)、調(diào)試和維護(hù)；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、資料的整編、分析工作及安全評(píng)價(jià)等。

2.監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

沙河渡槽工程的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有渠道監(jiān)測(cè)和渡槽監(jiān)測(cè)。

2.1 渠道觀測(cè)項(xiàng)目

渠道滲流觀測(cè)、渠道水平垂直位移觀測(cè)、渠道邊坡穩(wěn)定觀測(cè)等。

2.2 渡槽觀測(cè)項(xiàng)目

垂直位移觀測(cè)、應(yīng)力應(yīng)變觀測(cè)、鋼鉸線應(yīng)力觀測(cè)、伸縮縫水平豎直觀測(cè)、滲流觀測(cè)、土壓力觀測(cè)、基底壓力觀測(cè)、水位觀測(cè)等。

本文重點(diǎn)分析渡槽內(nèi)觀測(cè)儀器的埋設(shè)及成果。

3.設(shè)備及選型

根據(jù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目需要，沙河安全監(jiān)測(cè)主要安裝如下設(shè)備：鋼筋計(jì)、應(yīng)變計(jì)、應(yīng)變片、無應(yīng)力計(jì)、錨索測(cè)力計(jì)、沉降儀、溫度計(jì)、測(cè)斜管、測(cè)斜儀、位移計(jì)、滲壓計(jì)、土壓力計(jì)、測(cè)縫計(jì)等。

振弦式儀器具有能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作、儀器靈敏度較高，受外界擾動(dòng)較小、絕緣度要求較低、易于長(zhǎng)距離自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、堅(jiān)固耐用、技術(shù)較為成熟，且價(jià)格相對(duì)較低等特點(diǎn)；結(jié)合沙河渡槽工程的特殊性，實(shí)際施工過程中采用了振弦式儀器。

4.主要儀器埋設(shè)

4.1 應(yīng)變計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定應(yīng)變計(jì)的埋設(shè)位置。儀器埋設(shè)位置誤差不超過2cm，角度誤差應(yīng)不超過1°。埋設(shè)儀器周圍的混凝土回填時(shí)，要小心填筑，剔除混凝土中8cm 以上的大骨料，人工分層振搗密實(shí)。

4.1.1 單向應(yīng)變計(jì)

本工程中大部分采用單向應(yīng)變計(jì)，并采用預(yù)埋法，與埋設(shè)部位附近的鋼筋計(jì)相互校正，共同監(jiān)測(cè)其應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。

4.1.2 雙向應(yīng)變計(jì)兩應(yīng)變計(jì)保持相互垂直，相距8～10cm。兩應(yīng)變計(jì)的中心與混凝土結(jié)構(gòu)表面距離相同。

4.1.3 應(yīng)變計(jì)組

將應(yīng)變計(jì)固定在支座或支桿等附加裝置上，以保證在澆筑混凝土過程中儀器有正確的相互裝配位置和定位方向，并使其保持不變。埋設(shè)時(shí)設(shè)置無底保護(hù)木箱，并隨混凝土的升高而逐漸提升，直至取出。

4.2 鋼筋計(jì)

鋼筋應(yīng)力計(jì)主要用于觀測(cè)鋼筋混凝土中的鋼筋應(yīng)力。安裝埋設(shè)時(shí)，將鋼筋按照要求的尺寸裁截，然后將鋼筋應(yīng)力計(jì)焊接或綁扎在鋼筋上，并保證鋼筋計(jì)與鋼筋在同一軸線上。鋼筋計(jì)埋設(shè)時(shí)一般有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方法。

4.2.1 串聯(lián)安裝法

串聯(lián)安裝法是鋼筋計(jì)最常用的安裝方法，使用的鋼筋計(jì)標(biāo)稱直徑一般與被測(cè)鋼筋相等，鋼筋計(jì)所測(cè)的力等于被測(cè)鋼筋的受力。焊接時(shí)可采用對(duì)焊、坡口焊或熔槽焊，焊接處的強(qiáng)度不低于被測(cè)鋼筋本身的強(qiáng)度。本工程主要采用該種安裝方法。

4.2.2 并聯(lián)安裝法

并聯(lián)安裝法有兩種，一種是綁焊安裝，另一種是綁扎安裝。鋼筋計(jì)周圍須用人工插搗混凝土，或小型振搗器在周圍插振；常規(guī)振搗器不得接近鋼筋計(jì)組1.0m 以內(nèi)范圍。

沙河渡槽工程鋼筋計(jì)均采用串聯(lián)、雙面幫條單面焊接的方法安裝，這種方法既能保證其牢固性，也可確保儀器與鋼筋在同一直線上。

5.施工期監(jiān)測(cè)成果初步分析

5.1 基準(zhǔn)值的選取

基準(zhǔn)值的選取對(duì)整個(gè)觀測(cè)成果有重要影響，針對(duì)沙河渡槽工程的實(shí)際特點(diǎn)結(jié)合相關(guān)技術(shù)要求及施工經(jīng)驗(yàn)，采取以下原則選取基準(zhǔn)值：第一，對(duì)于監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)沉降類儀器，以儀器安裝后連續(xù)三次測(cè)值穩(wěn)定后的測(cè)值作為基準(zhǔn)值；第二，對(duì)于監(jiān)測(cè)滲透水壓力類儀器，以安裝前的測(cè)值作為基準(zhǔn)值。第三，混凝土內(nèi)觀測(cè)儀器：應(yīng)變計(jì)以澆筑后混凝土水化熱散盡時(shí)的穩(wěn)定值為基準(zhǔn)值；鋼筋計(jì)以安裝后澆筑前最后一次讀數(shù)為基準(zhǔn)值。

5.2 資料分析

監(jiān)測(cè)成果初步分析流程：數(shù)據(jù)入庫(kù)→數(shù)據(jù)初步檢驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)→圖表生成→初步分析。

在進(jìn)行觀測(cè)資料分析時(shí)，本文有選擇性的對(duì)觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)以及部分建筑物關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，既是對(duì)本工程一個(gè)初步總結(jié)，同時(shí)也可為類似工程提供一定參考。

本文選取觀測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)的原型試驗(yàn)跨及第6 跨數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說明，觀察施工期內(nèi)各階段渡槽結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變變化情況。

圖1 原型試驗(yàn)跨鋼筋計(jì)R24 測(cè)值過程線圖

圖2 原型試驗(yàn)跨應(yīng)變計(jì)S32 測(cè)值過程線圖

由圖1、圖2可知：原型試驗(yàn)跨經(jīng)歷了高溫（夏季）、低溫（冬季）時(shí)期，從應(yīng)力變化看，澆筑完成后應(yīng)力基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，冬季壓應(yīng)力主要集中在-5～80MPa 范圍內(nèi)；從應(yīng)變量變化看，澆筑完成一段時(shí)間后處于壓應(yīng)變狀態(tài)，冬季壓應(yīng)變量主要集中在-100μξ-250μξ 范圍內(nèi)。另外，夏季受氣溫及荷載增加的綜合影響，壓應(yīng)力及壓應(yīng)變均相對(duì)增大。

圖3 第6 跨鋼筋計(jì)R6-9 測(cè)值過程線圖

圖4 第6 跨應(yīng)變計(jì)S6-20 測(cè)值過程線圖

由圖3圖、4 圖可知：第6 跨數(shù)據(jù)采集半年多，鋼筋計(jì)大部分處于受壓狀態(tài)，近期壓應(yīng)力主要集中在-10～80MPa 范圍內(nèi)，應(yīng)變計(jì)大部分處于壓應(yīng)變狀態(tài)，近期壓應(yīng)變主要集中在-50μξ-250μξ 范圍內(nèi)；鋼筋計(jì)與同部位應(yīng)變計(jì)應(yīng)力狀態(tài)大部分一致。

5.3 性態(tài)評(píng)價(jià)

通過統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與施工期建筑物的實(shí)際性態(tài)相吻合，且能夠反映出主體建筑物結(jié)構(gòu)、變形等變化趨勢(shì)，可得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

一、由于處于施工期，除了渡槽自重以外，溫度荷載是主要荷載。水泥水化熱的產(chǎn)生及外界氣溫的變化引起的槽體混凝土溫度變化勢(shì)必會(huì)對(duì)渡槽安全造成影響，而溫度變幅大的槽體表面更易形成裂縫。由內(nèi)部觀測(cè)儀器可知，建筑物大部分部位混凝土處于受壓狀態(tài)，后期逐漸趨于穩(wěn)定，隨季節(jié)變化會(huì)出現(xiàn)浮動(dòng)，這和混凝土內(nèi)鋼筋受力情況基本相符：梁式渡槽原型試驗(yàn)澆筑完成后應(yīng)力基本處于壓應(yīng)力狀態(tài)，冬季壓應(yīng)力主要集中在-5～80MPa 范圍；從應(yīng)變量變化看，澆筑完成一段時(shí)間后處于壓應(yīng)變狀態(tài)，冬季壓應(yīng)變量主要集中在-100μξ-250μξ 范圍；箱基渡槽底板下部有受拉趨勢(shì)，拉應(yīng)力主要集中在20～30MPa之間，拉應(yīng)變很?。坏装迳喜刻幱谑軌籂顟B(tài)，壓應(yīng)力主要集中在-20～60MPa 之間。

二、箱基渡槽基礎(chǔ)單點(diǎn)位移計(jì)測(cè)值變化不大，反映出基礎(chǔ)較為穩(wěn)定，受上部結(jié)構(gòu)自重與基礎(chǔ)自身承載力影響較??；目前底板上部建筑物正逐漸施工完成，仍應(yīng)密切關(guān)注基礎(chǔ)沉降變化。

三、施工期間相關(guān)溫度、雨量等監(jiān)測(cè)設(shè)施不盡完善，監(jiān)測(cè)資料主要是內(nèi)觀和有限的基巖變形儀器，所以分析主要是初步的定性分析，相關(guān)時(shí)效、雨量、水位等因素需要在后期不斷完善，從而更有效地指導(dǎo)工程施工和運(yùn)行。

6.工程建議

第一，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)混凝土入倉(cāng)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)，并與設(shè)計(jì)方案中的溫度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，做好后期的反演分析，以指導(dǎo)施工方采取有效的降溫養(yǎng)護(hù)措施，保證夏、冬兩季時(shí)段混凝土澆筑質(zhì)量。

第二，加強(qiáng)施工期間人工巡視，特別是汛期，應(yīng)對(duì)渡槽槽身裂縫、槽墩變形、邊坡穩(wěn)定等進(jìn)行加密觀測(cè)，并與自動(dòng)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，從而科學(xué)合理地評(píng)價(jià)建筑物安全性態(tài)。

第三，嚴(yán)格執(zhí)行“三檢”制度，對(duì)原始記錄要妥善保管，積累科學(xué)有效的施工期監(jiān)測(cè)資料，為指導(dǎo)施工和建立能滿足工程需要的渡槽安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理和日常維護(hù)。

第四，周報(bào)、旬報(bào)、月報(bào)及年報(bào)要緊隨建筑物施工進(jìn)度，及時(shí)準(zhǔn)確地提出指導(dǎo)施工的建議；相關(guān)資料要統(tǒng)一歸檔，科學(xué)劃分，以保證后期有效查閱。

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