三汊河河口閘工程水平位移成果匯編探析

王 豹， 龍 俊， 李 欣， 溫少林

(1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處， 江蘇 淮安 223100； 2.南京市三汊河河口閘管理處， 江蘇 南京 210036)

1 工程概況

三汊河河口閘工程位于南京市外秦淮河入江口，上游距下關(guān)大橋約300m，下游距三汊河口約150m。三汊河河口閘是秦淮河環(huán)境整治工程的重要組成部分，其主要功能是非汛期關(guān)閘蓄水，抬高外秦淮河水位，同時形成親水景觀，改善城市水環(huán)境和城市形象。汛期來臨則開閘放水，不影響外秦淮河行洪。

三汊河河口閘水工建筑物等級為二級，正常過流量為Q=30m3/s；非汛期排澇流量為Q=80m3/s(關(guān)閘蓄水狀態(tài))，汛期行洪流量為Q=600m3/s。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 地質(zhì)情況

閘址場地屬長江河床漫灘，建筑主要坐落在淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土上。其特征是普遍分布、灰色、飽和、流塑、局部相變?yōu)榉圪|(zhì)黏土，大孔隙比、高壓縮性，含有機質(zhì)及貝殼碎片，層理發(fā)育，夾薄層粉砂、粉土。厚度大，層位穩(wěn)定，層厚1.70～45.00m。

2.2 地基處理

地基處理采用鉆孔灌注樁和深層攪拌樁。閘室底板下共布置192根鋼筋混凝土灌注樁，樁長54.0m，樁距3.0m，樁徑1.0m。上、下游翼墻基礎(chǔ)為灌注樁加水泥攪拌樁，翼墻邊坡穩(wěn)定采用三維空間梁格支撐結(jié)構(gòu)。閘室與外河消力池、內(nèi)河護底的連接均設(shè)置了止水，以滿足滲流坡降要求。

3 工程布置

三汊河河口閘工程縱向軸線順?biāo)鞣较虿贾?，工程范圍?nèi)軸線長度179m，閘室采用塢式結(jié)構(gòu)，順?biāo)鞣较蜷L37m，垂直水流方向長97m，分兩孔，每孔凈寬40m，單孔總寬度48.5m，閘底板頂高程1.0m(吳淞基面，下同),閘墩頂高程7.5m，局部8.0m?？紤]到與上、下游河道平順連接和水流流態(tài)，閘上、下游分別設(shè)漸變段使河道底寬由閘上游的50m漸變至閘室的88m，再由閘室處的88m漸變至閘下游的86.3m。上游漸變段長50m，包括長20m混凝土護坦和長30m素混凝土護底，兩側(cè)為混凝土預(yù)制塊護坡和生態(tài)混凝土護坡，下游漸變段長92m，包括長20m混凝土消力池，長60m混凝土護底和長12m拋石防沖槽，兩側(cè)為混凝土方格護坡和生態(tài)混凝土護坡。啟閉機房采用單層輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑體系，主體為鋼柱和H型鋼梁組成的鋼架，屋面和墻面采用彩色夾芯鋼板。

4 水平位移觀測及成果匯編

根據(jù)《南京市三汊河河口閘工程觀測工作任務(wù)書》等要求，三汊河河口閘工程每年汛前、汛后均進行閘身水平位移觀測，觀測結(jié)束后按照規(guī)程要求對成果進行整理并對比分析數(shù)據(jù)狀況。水平位移觀測應(yīng)填制水平位移工作基點考證表、水平位移觀測標(biāo)點考證表、水平位移統(tǒng)計表，并繪制累計水平位移過程線、建筑物縱斷面水平位移量分布圖、水平位移與上游水位關(guān)系曲線等。

本文就該工程水平位移觀測的成果整編進行探析，盡量使得整編成果通俗易懂，便于成果數(shù)據(jù)直接應(yīng)用于工程運行管理及安全監(jiān)測中，直觀反映工程位移狀況。

4.1 觀測點布置

三汊河河口閘工程在閘室外河側(cè)、每個閘墩頂部各布設(shè)1個水平位移觀測點，共設(shè)4個水平位移觀測點，編號為sp1～sp4，如圖1所示。

圖1 河口閘水平位移標(biāo)點布置示意圖

4.2 觀測方法及要求

三汊河河口閘工程水平位移采用三角網(wǎng)前方交合法。觀測時，用J1級經(jīng)緯儀合全圓測回法，且不少于4個測回。各項限差要求為：半測回歸零差為正負6"，二位視準(zhǔn)差之互差為正負8"，各測回的測回差為正負5"。

4.3 資料整理與分析

本文隨機取1組測量數(shù)據(jù)為例對間隔位移量進行分析，數(shù)據(jù)為模擬數(shù)值，非現(xiàn)場實際測量結(jié)果。

根據(jù)全站儀直接導(dǎo)出的坐標(biāo)成果，采用的是大地坐標(biāo)體系，分經(jīng)線和緯線方向。

依據(jù)表1觀測數(shù)據(jù)分析，SP1、SP2、SP3、SP4測點DX間隔位移量分別為1、-2、-3、-2mm，DY間隔位移量分別為0、0、1、1mm。閘身在緯線方向(南北方向)上測點整體向北偏移，變化不大，閘身在經(jīng)線方向(東西方向)測點整體向西偏移。

根據(jù)三汊河河口閘水平位移過程表來看，可直接看出水平位移在相應(yīng)測點東西偏移、南北偏移，也能讀出相應(yīng)的偏移量，也可通過與歷年數(shù)據(jù)進行對比分析判斷閘主體的整體水平位移情況。但是東、西、南、北走向與工程現(xiàn)場相對比而言，無法直觀判斷工程在實際運行過程中的偏移情況。

4.4 成果方向坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

水閘在常年通水的情況下，工程往下游偏移量以及左右岸的偏移量，無法直接讀取，不夠直觀，不能立刻對工程位移狀況進行研究。因此，需要采取新的表達形式以利于在對資料成果進行分析時能夠?qū)⒎治鼋Y(jié)果與工程實際相結(jié)合，便于直觀地觀察工程位移情況。現(xiàn)針對方位坐標(biāo)作如下轉(zhuǎn)換。

表1 三汊河河口閘工程水平位移模擬值

原水平位移方向定義：經(jīng)線方向西為正，緯線方向南為正；

現(xiàn)轉(zhuǎn)換后方向定義：垂直水流方向向左為正，順?biāo)鞣较蛳蛳掠螢檎?，如圖2所示。

圖2 三汊河河口閘工程水平位移轉(zhuǎn)換角度示意圖

假設(shè)參數(shù)緯線方向為a，經(jīng)線方向為b，垂直水流方向為c，順?biāo)鞣较驗閐；

c= a*sin76°+ b*cos76°

(1)

d=-a*cos76°+ b*sin76°

(2)

按照以上關(guān)系式，將原水平位移經(jīng)線、緯線方向的偏移量進行換算，轉(zhuǎn)化為順應(yīng)水流方向及垂直與水流方向的偏移量，成果見表2。

表2 三汊河河口閘工程水平位移轉(zhuǎn)化值

依據(jù)表2數(shù)據(jù)分析，SP1、SP2、SP3、SP4測點DX間隔位移量分別為1、-2、-3、-2mm，DY間隔位移量分別為0、0、2、1mm。閘身在垂直于水流方向整體向右岸偏移；閘身在順?biāo)鞣较騍P1、SP2整體向下游偏移。這與水閘在順?biāo)飨蛭灰齐S水閘運行工況的改變而呈規(guī)律性變化的特征相吻合，屬正常現(xiàn)象。

5 結(jié) 論

水平位移觀測是一項精密、細致的工作，應(yīng)嚴格按照相關(guān)觀測規(guī)程進行。對三汊河河口閘工程水平位移成果進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后，使觀測分析結(jié)果與工程實際相結(jié)合，便于更加直觀地觀察工程位移情況，為水閘安全運行監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支撐。