渠道邊坡施工期安全監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

林　云，常　青，李春艷

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東大禹工程建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

渠道邊坡施工期安全監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

林云1，常青1，李春艷2

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東大禹工程建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

通過對(duì)渠道邊坡工程的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，根據(jù)邊坡監(jiān)測(cè)原則，確定了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目，包括深層水平位移、渠頂?shù)呢Q向變形、分層回彈以及地下水水位變化。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)測(cè)，總結(jié)和分析了各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果，渠道邊坡的開挖對(duì)邊坡的表部和深部位移都有一定的影響，但渠道邊坡的穩(wěn)定性良好，為工程建設(shè)提供可靠的科學(xué)依據(jù)，確保渠道邊坡施工順利進(jìn)展。

渠道邊坡；施工期；安全監(jiān)測(cè)；水位變化

穿黃河工程南干渠是南水北調(diào)東線一期工程，位于山東省東平縣斑鳩店鎮(zhèn)，它上接穿黃河工程?hào)|平湖出湖閘，下連穿黃河工程埋管進(jìn)口檢修閘，全長(zhǎng)2 404.5 m。南干渠地處黃泛沖積平原地帶，場(chǎng)區(qū)地形平坦開闊，地面高程40~41 m，勘探深度內(nèi)地層主要為第四系松散堆積層，按成因類型可分為沖積層（Q4a l）、沖積湖積層（Q4f l）和沖積洪積層（Q4al+pl）。土壤類別主要有：裂隙黏土、砂壤土、壤土、黏土、砂質(zhì)壤土等。渠段地下水主要為第四系孔隙潛水，賦存于砂壤土和裂隙黏土層中，補(bǔ)給來源為東平湖和大氣降水。

1　監(jiān)測(cè)內(nèi)容

選取穿黃河工程南干渠工程樁號(hào)為0+420 （2+300）典型斷面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為邊坡深層水平位移、坡頂豎向變形、地下水水位變化監(jiān)測(cè)以及開挖卸荷而造成的分層回彈變形監(jiān)測(cè)。其中深層水平位移監(jiān)測(cè)，進(jìn)行了垂直渠道方向和平行渠道方向觀測(cè)。0+420斷面的埋設(shè)布置及各點(diǎn)編號(hào)如圖1和圖2所示，以0+420（2+300）斷面典型測(cè)壓管監(jiān)測(cè)的深層水平位移和回彈監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行整理分析。

首先安裝斷面的分層回彈管、分層回彈指示器、測(cè)斜管及沉降板，并進(jìn)行鉆孔取芯樣描述。經(jīng)過至少7 d時(shí)間的穩(wěn)定，從2008年11月28日開始用測(cè)斜儀、回彈儀、水位探測(cè)儀、水準(zhǔn)儀及溫度計(jì)分別對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初始數(shù)據(jù)采集。經(jīng)過分析認(rèn)為，該斷面以11月4日測(cè)量值為初始值。為了提高觀測(cè)精度，減少人為誤差，回彈測(cè)量時(shí)每個(gè)測(cè)點(diǎn)每次測(cè)量都讀了3次數(shù)據(jù)，以取平均值。斷面的開挖方式都為分3層開挖。斷面0+420第一層于2008年11月8日開挖成條帶狀，直到12月12日才開挖成需要的現(xiàn)狀，開挖深度為1.5 m；第二次于1月6日開挖，開挖深度為1.5 m；第三次于2009年6月2日開挖，開挖深度為3.1 m，并于8月3日開始降水，且水位變化很大。

圖1　斷面0+420安裝布置圖

圖2　斷面0+420磁環(huán)安裝布置圖

2　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)整理分析

2.1深層水平位移數(shù)據(jù)整理分析

0+420斷面測(cè)點(diǎn)不同方向水平位移沿深度方向關(guān)系曲線，如圖3所示。

圖3　0+420斷面IN1深層水平位移變化曲線圖

在測(cè)量過程中，由于離開挖面1.0 m深度范圍內(nèi)容易受到人為干擾比較大。在進(jìn)行變形分析時(shí)，從開挖面下1.0 m深度開始評(píng)價(jià)。由圖3可知，垂直渠道方向最大水平位移為離天然地面1.5 m深度處的3.56 mm，且在開挖過程中最大變形速率為0.91 mm/d；平行渠道順?biāo)鞣较虺マD(zhuǎn)折點(diǎn)深度處的最大水平位移為2.2 mm，且在開挖過程中最大變形速率為0.40 mm/d。

0+420斷面不同深度處深層水平位移變化曲線，如圖4所示。

圖4　0+420斷面IN1不同深度處深層水平位移變化曲線

由圖4可知，從各斷面監(jiān)測(cè)變形數(shù)據(jù)來看，垂直渠道方向的水平位移變形最大值為3.53 mm，平行渠道方向的水平位移變化最大值為2.59 mm。根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，邊坡水平位移最大限制為10mm，預(yù)警值一般為最大限制的60%。故從深層水平位移來判斷邊坡是穩(wěn)定的。

2.2分層回彈數(shù)據(jù)整理分析

假設(shè)埋設(shè)在地面下最深處的磁環(huán)相對(duì)地層來講是不發(fā)生位移的，即該磁環(huán)是固定不動(dòng)的，則此磁環(huán)與其上部他磁環(huán)間的距離變化Δs是以經(jīng)過一定時(shí)間t天變形后的距離值St減去初始距離S0。如果差值Δs大于零，則說明上部磁環(huán)發(fā)生回彈，否則為沉降。

以2+300斷面為例，現(xiàn)場(chǎng)排水井布置在渠道右岸，回彈布置在渠道左側(cè)，從回彈管埋設(shè)布置圖知道，回彈管ES2-1、ES2-2布置在渠道底部，在2008年12月8日開始井點(diǎn)降水，形成漏斗狀降水?dāng)嗝?，此時(shí)水位變化最大在55 cm左右，即由水位變化而引起的沉降變形很小。由水位變化引起的回彈管回彈變形受到的影響也不是太大，觀測(cè)回彈值均小于20 mm?；貜椆蹺S2-3、ES2-4位于渠坡上，在2008年12月8日開始井點(diǎn)降水，到12月22日以后水位就比較穩(wěn)定了，形成漏斗狀降水?dāng)嗝?，此時(shí)水位變化最大在210 cm左右，即由水位變化而引起的沉降變形較大，故由水位變化引起的回彈管回彈變形受到的影響也比較大，觀測(cè)回彈值均小于8.0 mm。

2.3地下水水位變化整理分析

假設(shè)正值表示水位上升，負(fù)值表示水位下降。以斷面2+300為例，對(duì)地下水水位變化數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了整理分析，施工期間，2+300斷面從2008年12月8日開始用直徑50 cm、間距25 m的無砂混凝土管降排水，形成漏斗狀降水?dāng)嗝?，此時(shí)位于渠道中心的水位變化最大在105 cm左右。從變化幅度來講，水位變化在2.5 m以下，由于施工期的需要，在渠道開挖時(shí)需要降低地下水，即進(jìn)行排水，2+300斷面從2008年12月28日后開始降水的速率是基本穩(wěn)定的。降水期間雨水補(bǔ)給也相對(duì)較少。故降水后地下水水位是基本恒定的。

2.4渠頂表層地面沉降數(shù)據(jù)整理分析

假設(shè)正值表示地面回彈，負(fù)值表示地面沉降。以斷面2+300為例，對(duì)渠頂表層地面沉降數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行整理分析，離渠頂距離越遠(yuǎn)地表沉降變形越小，且隨著時(shí)間推移，沉降變形也漸漸穩(wěn)定。

2.5回彈管管口沉降變形整理分析

假設(shè)正值表示分層回彈管管口回彈，負(fù)值表示分層回彈管管口沉降。以斷面2+300為例，回彈管管口沉降變形進(jìn)行了整理分析，ES2管口豎向變形變化較大，約在4.5～5.1 cm之間，從平面布置圖知道，ES2-1、ES2-2、ES2-3三只回彈管布置在渠道底部，此處卸荷壓力比較大，故存在較大的回彈變形。

3　結(jié)語

1）從深層水平位移變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來看，兩個(gè)斷面垂直渠道方向的深層水平位移最大變形為3.56 mm，而平行渠道方向的深層水平位移最大變形為2.2 mm。故從垂直渠道方向的深層水平位移最大值來判斷，邊坡最大水平位移不大，邊坡還是比較穩(wěn)定的。

2）從回彈變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)知道，在最大挖深6 m左右的情況下，最大回彈量不到20 mm。應(yīng)當(dāng)說明，開挖后的分層回彈變形量受地下水水位變化影響較大，實(shí)測(cè)的回彈變形，不僅包含土體開挖卸荷引起的回彈量，還包括由于地下水位下降導(dǎo)致土體有效應(yīng)力增加而引起沉降變形。

3）從回彈管口高程變化分析，渠底回彈變形較渠坡大，說明渠底卸荷壓力相對(duì)較大。

（責(zé)任編輯 崔春梅）

TV698

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1009-6159（2016）-04-0021-02

2015-09-23

林云（1983—），女，統(tǒng)計(jì)師

“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“大型渠道設(shè)計(jì)與施工新技術(shù)研究”（2006BAB04A02）。