睢寧二站泵站主體工程安全監(jiān)測(cè)分析

陳亞軍，張 亞，張桂霞，李 欣

(徐州市水利建筑設(shè)計(jì)研究院，江蘇 徐州 221000)

睢寧站工程是南水北調(diào)東線工程的第五梯級(jí)泵站，由睢寧一、二站組成，設(shè)計(jì)流量110m3/s，其中睢寧二站設(shè)計(jì)流量60m3/s，備用流量80m3/s。該站工程等別為I等，工程規(guī)模為大(1)型[1]。工程于2013年1月水下工程驗(yàn)收，4月機(jī)組試運(yùn)行驗(yàn)收，2014年6月合同項(xiàng)目完工驗(yàn)收[2]。睢寧二站工程基坑深度約21m，為南水北調(diào)東線一期所有建筑物中基坑最深的泵站。泵站主體工程中的檢修間和控制室分別布置在主站身兩側(cè)，其基礎(chǔ)采用空箱基礎(chǔ)。為減少土方開(kāi)挖，降低工程投資，在兩側(cè)空箱滿足側(cè)向抗滑安全系數(shù)大于1.0的情況下，采用與主站身對(duì)頂鋼板連接，使檢修間空箱與主站身、控制室空箱與主站身兩側(cè)側(cè)向抗滑均滿足1級(jí)建筑物抗滑穩(wěn)定的要求[3]。由于對(duì)頂鋼板埋設(shè)于地下，不便于直接觀察，因此，除通過(guò)泵站內(nèi)部對(duì)對(duì)頂鋼板周邊的混凝土墻體進(jìn)行觀察裂縫外，有必要通過(guò)垂直位移和水平位移觀測(cè)其變形，并輔以揚(yáng)壓力觀測(cè)，來(lái)綜合分析泵站的安全狀況。

1 安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)[4- 7]

(1)觀測(cè)水準(zhǔn)基點(diǎn)布設(shè)

睢寧二站共計(jì)布置兩個(gè)水準(zhǔn)基點(diǎn)，分別位于泵站偏站下側(cè)左右岸，基點(diǎn)使用鋼筋砼灌注樁基礎(chǔ)，基點(diǎn)按相關(guān)要求進(jìn)行考證，并每年與國(guó)家水準(zhǔn)點(diǎn)校測(cè)兩次，平面布置如圖1所示。

圖1 睢寧二站水準(zhǔn)基點(diǎn)平面布置圖

(2)垂直位移和水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

泵站主體工程部分垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共計(jì)12個(gè)，分別布設(shè)在主站身、檢修間和控制室角點(diǎn)附近。水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與站下垂直位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共用，共計(jì)4個(gè)，如圖2所示。

圖2 睢寧二站垂直位移、水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖

(3)揚(yáng)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)

主泵站站身下?lián)P壓力觀測(cè)，選擇三個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)斷面布置3支滲壓計(jì)，共9支。通過(guò)埋設(shè)在建筑物下濾料箱，井徑Φ50cm鍍鋅鋼管，用GEMS- 2600(5m)壓力傳感器進(jìn)行水位量測(cè)。

2 安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[2]

泵站主站身、檢修間和控制室從2013—2017年間垂直位移變化具體詳見(jiàn)圖3—5。

圖3 睢寧二站主站身垂直位移-時(shí)間圖

圖4 睢寧二站檢修間垂直位移-時(shí)間圖

圖5 睢寧二站控制室垂直位移-時(shí)間圖

表1 最不利組合工況下泵站計(jì)算滲壓與測(cè)壓管實(shí)測(cè)滲壓情況統(tǒng)計(jì)表單位：m

泵站主站身、檢修間和控制室從2013—2017年間水平累計(jì)最大偏移量為泵站站身底板12測(cè)點(diǎn)，其累計(jì)偏移值為13.41mm(偏向站下)。

在2013—2017年間，對(duì)泵站主站身9個(gè)測(cè)壓管水位進(jìn)行255次觀測(cè)，按照最不利工況進(jìn)行滲流分析梳理，具體詳見(jiàn)表1。

3 安全監(jiān)測(cè)分析[8]

(1)垂直(沉降)位移

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際觀測(cè)情況，由表1可知，泵站主站身完建期最大沉降量為30mm，截止2017年底，累計(jì)最大沉降量為11.4mm，檢修間完建期最大沉降量為25.3mm，累計(jì)最大沉降量為15mm，控制室完建期最大沉降量為26.2mm，累計(jì)最大沉降量為12.7mm，其總沉降值均小于泵站設(shè)計(jì)規(guī)范中允許值100～150mm[10]，滿足要求。泵站主站身與檢修間、控制室間最大沉降差為5.1mm，小于泵站設(shè)計(jì)規(guī)范中允許值30～50mm[10]，滿足要求。經(jīng)分析，在完建期，地基反力最大，沉降量大；在運(yùn)行期，泵站受揚(yáng)壓力作用且地基土為膨脹土，地基反力和沉降量較運(yùn)行期小。泵站主站身、檢修間和控制室受不均勻沉降影響情況，其偏移方向基本同受力合力方向，滿足變形趨勢(shì)。

(2)水平位移

根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)高層建筑的整體傾斜的要求，建筑物高度≤24m時(shí)，建筑物整體傾斜應(yīng)≤0.004[12]。睢寧二站泵站站身高度為20.15m，其最大點(diǎn)處累計(jì)偏移值為13.41mm，垂直度L/H=0.067%<0.4%，滿足要求。

(3)揚(yáng)壓力

泵站地基土第⑧層土含砂礓粘土的允許坡降值0.4～0.5，出口段允許處以坡降為0.7～0.8[13]。根據(jù)表4數(shù)據(jù)對(duì)9個(gè)滲壓觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在泵站上下游最大水頭差8.15m工況下，泵站站上與站下測(cè)壓點(diǎn)之間滲徑長(zhǎng)度為44.2m，根據(jù)直線比例法進(jìn)行滲流計(jì)算，滲流坡降值為0.184，滿足規(guī)范要求；按照改進(jìn)阻力系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，出口段允許坡降修正為0.91～1.04，大于計(jì)算的0.339，不會(huì)產(chǎn)生流土，滿足要求；站底板滲流坡降值為0.108，遠(yuǎn)小于允許坡降值，說(shuō)明地基土在其底板的接觸面上不會(huì)產(chǎn)生接觸沖刷，滿足規(guī)范要求[13- 14]。

4 結(jié)論

睢寧二站是南水北調(diào)東線工程泵站中基坑最深、地震烈度最大、尺寸較大的泵站[15]。本項(xiàng)目根據(jù)結(jié)構(gòu)布置情況，通過(guò)主站身與檢修間、控制室空箱間采用對(duì)頂鋼板連接措施來(lái)滿足抗滑要求，因此，通過(guò)對(duì)上部的變形觀測(cè)來(lái)了解下部頂鋼板的情況尤為重要。本文通過(guò)對(duì)近5年的觀測(cè)資料，其垂直、水平位移變化很小且基本趨于穩(wěn)定，沉降量、沉降差、水平位移均滿足規(guī)范要求；揚(yáng)壓力現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)與計(jì)算理論趨勢(shì)相吻合，實(shí)際觀測(cè)數(shù)值與理論計(jì)算值偏差很小，基本上滿足設(shè)計(jì)要求。此外，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)泵站內(nèi)部對(duì)對(duì)頂鋼板處進(jìn)行裂縫觀察，未發(fā)現(xiàn)裂縫，說(shuō)明泵站狀況安全。需要注意的是，后期還須對(duì)泵站繼續(xù)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋分析數(shù)據(jù)，用于指導(dǎo)工程管理，確保工程運(yùn)行安全。