鋼筋混凝土水池沉降監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

楊兆敬，朱小寧

(中石化中原建設(shè)工程有限公司，河南 濮陽 457001)

1 引 言

隨著我國社會的快速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們的環(huán)保意識也在不斷增強(qiáng)，市政污水處理池和工業(yè)企業(yè)的大型儲水池的建設(shè)也變得頻繁起來。為了保證水池使用過程中的基本功能和結(jié)構(gòu)安全，在水池結(jié)構(gòu)混凝土已達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級后進(jìn)行蓄水試驗(yàn)是十分必要的。然而，由于水池基底地質(zhì)狀況和池體結(jié)構(gòu)自身及試驗(yàn)用水的重力作用，在蓄水試驗(yàn)過程中必然出現(xiàn)不同程度的沉降現(xiàn)象，特別是位于填挖交界區(qū)域的大型鋼筋混凝土水池，其出現(xiàn)大面積不均勻沉降的可能性更大，如不及時發(fā)現(xiàn)并采取切實(shí)有效的處理措施，將會發(fā)生安全生產(chǎn)事故和重大經(jīng)濟(jì)損失。

2 工程概況

普光氣田天然氣凈化廠循環(huán)水應(yīng)急池位于普光氣田天然氣凈化廠一臺地的填挖交界區(qū)域，地質(zhì)狀況復(fù)雜。水池平面尺寸110 m×50 m，深6 m(泵區(qū)深6.5 m)，設(shè)計(jì)有效容積30 000 m3，主要用于廠內(nèi)緊急情況下循環(huán)水的應(yīng)急排放。池體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土，設(shè)有一縱五橫6 條沉降縫，池體混凝土強(qiáng)度等級為C30、抗?jié)B等級為S6，基礎(chǔ)采用C15 毛石混凝土換填，換填深度為3 m。

3 沉降監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)與施測

3.1 沉降監(jiān)測網(wǎng)的布設(shè)

為了保證水池蓄水試驗(yàn)過程中，池體沉降監(jiān)測的順利進(jìn)行，需在水池周邊布設(shè)一個獨(dú)立沉降監(jiān)測網(wǎng)。沉降監(jiān)測網(wǎng)布設(shè)過程中，考慮到新建沉降監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)自身穩(wěn)固需要一定的時間跨度和本地區(qū)常年多雨的氣候條件限制，在沉降監(jiān)測網(wǎng)基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)時不再重新埋設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，而是利用距離水池100 m以外的3 個廠內(nèi)原有的、且經(jīng)過施工期間多次觀測精度可靠的控制點(diǎn)作為本工程水池沉降觀測的基準(zhǔn)點(diǎn)［1］。

為便于后期對池體進(jìn)行沉降監(jiān)測和能夠反映出池體的準(zhǔn)確沉降情況，沉降觀測點(diǎn)設(shè)在最能反映池體沉降的沉降縫兩側(cè)及轉(zhuǎn)角處［2］。在池底板混凝土澆筑時預(yù)先埋設(shè)沉降監(jiān)測點(diǎn)，沉降監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)位置為距池壁外側(cè)約50 cm的底板上，沉降監(jiān)測點(diǎn)分布原則為每條沉降縫兩側(cè)及轉(zhuǎn)角處各埋設(shè)1 個，共計(jì)28 個。監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)位分布如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測點(diǎn)點(diǎn)位分布圖

3.2 儀器選擇與施測

為了保證水池沉降觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，為水池蓄水試驗(yàn)過程中池體結(jié)構(gòu)安全提供參考依據(jù)以及為3個基準(zhǔn)點(diǎn)賦予新的獨(dú)立高程數(shù)值。蓄水試驗(yàn)前使用蘇州一光EL302A 電子水準(zhǔn)儀對沉降監(jiān)測網(wǎng)內(nèi)的3 個基準(zhǔn)點(diǎn)，分別按照閉合水準(zhǔn)路線和附合水準(zhǔn)路線進(jìn)行多次二等水準(zhǔn)測量，其偶然中誤差M△和全中誤差MW均小于0.8 mm，完全符合二等水準(zhǔn)測量的精度要求。

EL302A 電子水準(zhǔn)儀主要技術(shù)參數(shù)［3］表1

4 沉降監(jiān)測

4.1 確定觀測次數(shù)

為了取得水池沉降監(jiān)測的參照數(shù)據(jù)，水池充水前應(yīng)進(jìn)行一次與沉降監(jiān)測精度(二等)相同的水準(zhǔn)測量，以測得的各監(jiān)測點(diǎn)高程數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，計(jì)算蓄水試驗(yàn)期間各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量。同時，為了保證水池蓄水試驗(yàn)過程中池體結(jié)構(gòu)安全，避免因水池充水速度過快導(dǎo)致池體失穩(wěn)垮塌，水池蓄水試驗(yàn)過程中應(yīng)緩慢充水。每2 m高度或每次充水觀測一次，發(fā)生不均勻沉降時應(yīng)停止充水，并增加觀測次數(shù)，直至穩(wěn)定后再繼續(xù)充水;水池蓄水達(dá)到設(shè)計(jì)高度后，觀測一次，24 h后觀測一次，連續(xù)觀測3 d，以后每15 d觀測一次，直至沉降穩(wěn)定;放水前后再各觀測一次［4］。

4.2 沉降監(jiān)測

本工程沉降監(jiān)測的測量儀器使用蘇州一光EL302A 電子水準(zhǔn)儀。測量時除了轉(zhuǎn)角點(diǎn)外，均采用間視法進(jìn)行觀測。但是，最長視線長度不得大于50 m，最短視線長度不得小于3 m，最低視線高度不得低于0.6 m［5］;觀測讀數(shù)應(yīng)精確到0.01 mm，從而達(dá)到保證測量精度的目的，以保證沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。

5 數(shù)據(jù)分析

5.1 數(shù)據(jù)處理數(shù)學(xué)模型

為了保證沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確無誤，在數(shù)據(jù)計(jì)算時利用Excel 表格進(jìn)行［6］。同時，為了充分體現(xiàn)各監(jiān)測點(diǎn)的沉降變化和不均勻沉降程度，首先用充水后的每次觀測的各監(jiān)測點(diǎn)的高程與蓄水試驗(yàn)前測得的相應(yīng)點(diǎn)的高程進(jìn)行計(jì)算比較，以取得各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量。計(jì)算公式如下:

式中:Si前為蓄水試驗(yàn)前測得的點(diǎn)i 的高程;Si后為充水后的每次觀測的點(diǎn)i 的高程，Si為點(diǎn)i 充水以后相對蓄水試驗(yàn)前的沉降量。

沉降速度計(jì)算可參照相關(guān)規(guī)范和公式，由于本工程水池的沉降在第3 次充水后的第3 天(3月27日)后已基本穩(wěn)定，所以這里不再贅述該水池的沉降速度計(jì)算和數(shù)據(jù)處理等。

5.2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果與分析

根據(jù)每次觀測的各監(jiān)測點(diǎn)的高程，通過以上數(shù)學(xué)模型可以計(jì)算得出:各監(jiān)測點(diǎn)的沉降量，如表2 所示。

各監(jiān)測點(diǎn)沉降量(單位/mm) 表2

續(xù)表2

若在沉降監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)建筑物有較大不均勻沉降時，需根據(jù)沉降量計(jì)算基礎(chǔ)的傾斜度。因本工程沉降監(jiān)測過程中未發(fā)現(xiàn)較大不均勻沉降現(xiàn)象，這里不再贅述。其計(jì)算方法可參照《建筑變形測量規(guī)范》(JGJ 8－2007)中有關(guān)沉降觀測的內(nèi)容。

通過表2 中的相關(guān)數(shù)據(jù)可以清晰看出，在蓄水試驗(yàn)過程中各監(jiān)測點(diǎn)均有不同程度的沉降，試驗(yàn)前期沉降量較大，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行逐漸減小、趨于穩(wěn)定，雖然沉降量的大小各異，但基本趨于均勻;總體來看，位于填方區(qū)的東南方向的沉降量大于位于挖方區(qū)的西北區(qū)域，但未出現(xiàn)較大的不均勻沉降現(xiàn)象;某些測點(diǎn)略有回升，也可能是由于測量過程中的誤差造成的。另外，在蓄水試驗(yàn)完成水池內(nèi)試驗(yàn)用水全部排出后，各監(jiān)測點(diǎn)均出現(xiàn)了一定程度的回升現(xiàn)象，其可能是因?yàn)樗鼗淄馏w受到的荷載卸載后，在基底應(yīng)力場平衡的影響下，基底出現(xiàn)了回彈現(xiàn)象所致。

6 結(jié) 論

由于各種因素的共同作用，建筑物的沉降是必然的，而且不均勻沉降是絕對的，均勻沉降是相對的;通過對本工程沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)在本次觀測的周期內(nèi)，池體結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)較為明顯的不均勻沉降以及較大的沉降變形。由此可以推斷，本工程基礎(chǔ)及主體結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，符合相關(guān)規(guī)范要求。

［1］徐炳前．電子水準(zhǔn)儀在沉降觀測中的應(yīng)用［J］．廣東科技，2011(14):88．

［2］張興德．高層建筑沉降觀測技術(shù)及數(shù)據(jù)處理［J］．安徽建筑，2008(5):165～166．

［3］數(shù)字鍵電子水準(zhǔn)儀EL300 系列使用說明書［Z］．

［4］SH/T 3535－2012．石油化工混凝土水池工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］．

［5］JBJ82007．建筑變形測量規(guī)范［S］．

［6］李紅，張鳳姑，徐洪．基于Excel 沉降觀測內(nèi)業(yè)計(jì)算與異常數(shù)據(jù)處理［J］．福建建筑，2010(3):124～125．