橫塘河北樞紐觀測成果初步分析

王 強，荀 俊，褚 奇

(常州市城市防洪工程管理處，江蘇 常州 213000)

1 引言

變形等數(shù)據(jù)監(jiān)測是建筑物修建完成后必不可少的工作內(nèi)容[1-3]。通過收集觀測數(shù)據(jù)，可獲取建筑物的變形情況，有助于及時發(fā)現(xiàn)異常情況，及時處理，以保證建筑的安全[4-6]。通過收集橫塘河北樞紐的觀測成果，分析工程現(xiàn)狀。

橫塘河北樞紐工程具有防洪、排澇、引水等功能，工程規(guī)模為雙向泵站及節(jié)制閘各一座，泵站與節(jié)制閘為一列式布置。泵站設(shè)計流量為40 m3/s。橫塘河北樞紐的防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇洪水，2008年橫塘河北樞紐布設(shè)垂直位移觀測標(biāo)點32點；引河固定斷面11個，2014年度增加引河河道斷面觀測范圍，總計固定斷面28個；2012年布設(shè)伸縮縫三向觀測標(biāo)點5個，2016年增加到8個；共有測壓管4處，每年進行常規(guī)觀測。

2 監(jiān)測方法及內(nèi)容

2.1 垂直位移觀測

工作基點觀測總數(shù)為3點，垂直位移標(biāo)點觀測總數(shù)為32點，使用LeicaDNA03型電子水準(zhǔn)儀按照后-前-前-后的測量方法嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)范要求。觀測時選擇天氣晴朗能見度良好等對觀測工作無影響的時段，在閘門開放、泵站抽水設(shè)備靜止的狀態(tài)下對觀測標(biāo)點實施測量工作。

2.2 河道斷面觀測

共測量河床固定斷面28個，其中外河側(cè)5個；內(nèi)河側(cè)23個。選取天氣晴朗并且風(fēng)力微弱的時段進行測量。在閘門開放、泵站抽水設(shè)備靜止的狀態(tài)下，斷面測量岸上部分采用水準(zhǔn)儀直接讀取高差，水下部分采用無人測量船測量水深后根據(jù)水位計算河底高程的方法。

2.3 建筑物伸縮縫觀測

共觀測伸縮縫8處，分別對其XYZ的三向用游標(biāo)卡尺進行精密測量。一個方向至少量測兩次，觀測人員與前次觀測人員相同。盡量減少測量誤差。

2.4 測壓管觀測

共觀測測壓管4個，分別對其管內(nèi)水位高程用電測水位計進行精密測量。同一個測壓管分別兩次，取其平均值。觀測人員與前次觀測人員相同，盡量減少測量誤差。2015年度對測壓管進行了淤積情況調(diào)查及靈敏度測試。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 垂直位移監(jiān)測成果

2019年度分別于4月及11月對橫塘河北樞紐垂直位移標(biāo)點進行兩次觀測。將2018年11月至2019年11月間的觀測數(shù)據(jù)進行比較，其間隔位移量值在最大為1 mm，最小為0 mm。至2019年平均累計位移量為8.3 mm，最大的23 mm，最小的為0 mm，抬升的有5點，占觀測總數(shù)的15%。至2019年底板的最大累計位移量為23 mm，發(fā)生在右岸4，其歷時11年；最大不均勻量為23 mm，發(fā)生在底板2-1和底板2-4之間，其歷時11年。由于兩點之間長年不均勻沉降，導(dǎo)致泵站和節(jié)制閘閘室之間的伸縮縫上口持續(xù)增大，超過橡膠止水帶的變形能力，以致橡膠止水帶被拉裂。2016年12月29日至2017年3月2日期間，常州市城市防洪工程管理處對橫塘河北樞紐泵站與水閘之間的伸縮縫止水帶進行修復(fù)，相關(guān)底板在2016年11月至2017年11月間隔位移量在0 mm～4 mm之間，與其他部位相比偏大(滿足相關(guān)規(guī)范)；相關(guān)底板在2017年11月至2019年11月間隔位移量在0 mm～1 mm之間，表明該時間段相關(guān)底板較穩(wěn)定。至2019年11月翼墻最大累計位移量為14 mm，發(fā)生在下右翼2-2，其歷時11年；最大不均勻量為8 mm，發(fā)生在下左翼2-1和下左翼2-2之間，其歷時11年。

圖1 2014.11～2019.11垂直位移過程線

3.2 引河河道監(jiān)測成果分析

河道斷面從2009年開始觀測，共設(shè)11個斷面，外河側(cè)共設(shè)5個斷面，內(nèi)河側(cè)共設(shè)6個斷面，在2014年度增加引河河道斷面觀測范圍，總計觀測斷面28個，其中外河側(cè)5個，內(nèi)河側(cè)23個。所有斷面樁均在河床兩側(cè)固定，并進行了斷面樁頂高程的考證。

為能在河道斷面圖上進行沖淤量比較，以設(shè)計斷面為標(biāo)準(zhǔn)斷面(內(nèi)河側(cè)已知標(biāo)準(zhǔn)斷面為橫塘河北樞紐泵站至C.S.10下0+400處，下游其他位置標(biāo)準(zhǔn)斷面無記錄，征得常州市城市防洪工程管理處同意后，其他位置標(biāo)準(zhǔn)斷面參照2014年度始測斷面。下游東側(cè)河道原為老河道，無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)斷面，參照引河設(shè)計斷面，老河道范圍沖淤量未計算在內(nèi))，沖淤量比較表中的計算水位采用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(外河側(cè)5.19 m，內(nèi)河側(cè)4.30 m)。

圖2 引河河道觀測斷面位置(上游側(cè))

(a)斷面C.S.5上0+168

3.2.1 上游側(cè)

橫塘河北樞紐引河上游側(cè)固定斷面本年度觀測結(jié)果與去年相比有明顯淤積，結(jié)合北塘河樞紐及北塘河船閘引河固定斷面綜合考慮，該現(xiàn)象較為異常，取位于橫塘河北樞紐上游側(cè)臨近樞紐的斷面C.S.1上0+048、位于上游側(cè)測量范圍中部的斷面C.S.3上0+108、位于上游側(cè)與北塘河交匯處的斷面C.S.5上0+168來說明。結(jié)合上游側(cè)所在地形及本年度斷面成果可看出橫塘河北樞紐上游側(cè)斷面從北塘河交匯處的平均淤深0.5 m至樞紐附近的平均淤深0.2 m，呈逐漸減少趨勢。上游側(cè)與去年相比在168 m觀測范圍內(nèi)有2100 m3淤積。

3.2.2 下游側(cè)

橫塘河北樞紐引河下游側(cè)固定斷面本年度觀測結(jié)果與去年相比有明顯淤積，與上游側(cè)類似，但淤積量少于上游側(cè)。取位于橫塘河北樞紐下游側(cè)臨近樞紐的斷面C.S.1下0+037、位于下游側(cè)測量范圍中部的斷面C.S.12下0+500、位于青龍橋北側(cè)150米的斷面C.S.20下0+900來說明。斷面C.S.1下0+037與去年相比樞紐側(cè)及老河道側(cè)均有明顯淤積，淤積量約為0.1 m～0.3 m。斷面C.S.12下0+500與去年相比表現(xiàn)為河道中央有0.1 m淤積，河道兩側(cè)邊坡有0.2 m淤積。斷面C.S.20下0+900與去年相比河道中央基本保持一致，河道西側(cè)邊坡有0.1 m～0.2 m淤積。下游側(cè)與去年相比在1040 m觀測范圍內(nèi)有6700 m3淤積。

圖4 引河河道觀測斷面位置(下游側(cè))

3.3 測壓管觀測

測壓管頂高程始測自2010年8月11日，每五年考證一次。從2010年自2019年測壓管管頂高程基本保持原狀，基本未有變化。從觀測數(shù)據(jù)可知橫塘河北樞紐測壓管管頂高程在2010年～2015年五年內(nèi)變化量不滿1 cm。

通過2019年度對橫塘河北樞紐測壓管水位的記錄可以發(fā)現(xiàn)：測壓管水位隨河道水位逐步變化，并未發(fā)生當(dāng)河道水位變化不大而管水位發(fā)生突變或趨勢性上升、下降的情況。處于上下游不同位置的4處測壓管管內(nèi)水位均低于同一時間河道內(nèi)水位。上下游各部位測壓管水位與河道水位的變化相關(guān)性很好，且管水位明顯低于河道水位5 cm～15 cm，符合滲流規(guī)律。通過對各部位測壓管在2019年期間的管水位進行測量計算，繪制測壓管水位過程線圖可得出結(jié)論：測壓管水位表現(xiàn)正常，符合滲流規(guī)律。

(a)斷面C.S.1下0+037

圖6 測壓管布置圖

圖7 2019年測壓管水位過程線

3.4 伸縮縫觀測

橫塘河北樞紐的伸縮縫始測自2012年1月25日，由于泵站與節(jié)制閘交界處1樓至3樓伸縮縫位置開裂較為明顯，測量隊于2016年分別在1樓、2樓、3樓新設(shè)伸縮縫觀測標(biāo)點三處。截止至2019年11月的數(shù)據(jù)可見累積變化量ΔX最大值為-10.4 mm，發(fā)生在室內(nèi)3(三樓)；最小值為-0.72 mm，發(fā)生在外側(cè)西。ΔY最大值為-3.80 mm，發(fā)生在室內(nèi)3；最小值為-0.20 mm，發(fā)生在室內(nèi)。ΔZ最大值為8.20 mm，發(fā)生在內(nèi)河側(cè)；最小值為0.68 mm，發(fā)生在室內(nèi)1。

影響伸縮縫伸縮量的主要原因有溫度、混凝土自身的徐變和收縮、水壓、各種荷重及地質(zhì)影響。結(jié)合橫塘河北樞紐的實際情況可知：影響橫塘河北樞紐泵站和水閘之間伸縮縫伸縮量最主要的因素為泵站和水閘之間的底板不均勻沉降。由于常州市城市防洪工程管理處于2016年12月29日至2017年3月2日期間，對橫塘河北樞紐泵站和水閘之間的伸縮縫止水帶進行了修復(fù)，對所處相關(guān)位置的伸縮縫室內(nèi)1、室內(nèi)2、室內(nèi)3有一定影響。

由圖8可知，由于橫塘河北樞紐泵站和水閘之間的伸縮縫受泵站和水閘之間的底板不均勻沉降影響，表現(xiàn)異常，與溫度和水壓的變化趨勢聯(lián)系較小，2017年常州市城市防洪工程管理處對橫塘河北樞紐泵站和水閘之間的伸縮縫止水帶進行修復(fù)后，對所處相關(guān)部位的伸縮縫也有一定影響，使得處于室內(nèi)1、2、3樓的伸縮縫在2017年～2019年間相對穩(wěn)定。

(a)室內(nèi)1觀測成果

4 結(jié)論

(1)橫塘河北樞紐垂直位移總體較為穩(wěn)定，位于相關(guān)底板上的垂直位移觀測點在進行止水帶修復(fù)后已趨于穩(wěn)定。

(2)橫塘河北樞紐引河斷面在2019年度有異常淤積情況，上游側(cè)與去年相比在168 m觀測范圍內(nèi)有2100 m3淤積。下游側(cè)與去年相比在1040 m觀測范圍內(nèi)有6700 m3淤積。上游側(cè)淤積情況與下游側(cè)相比相對明顯。結(jié)合橫塘河北樞紐所在地形及北塘河異常淤積情況可初步分析該現(xiàn)象是由于受水流影響，北塘河內(nèi)異常淤積泥沙向橫塘河流動引起的。

(3)橫塘河北樞紐測壓管水位表現(xiàn)正常，符合滲流規(guī)律。

(4)橫塘河北樞紐泵站和節(jié)制閘之間位于1、2、3樓的伸縮縫在進行止水帶修復(fù)后，相對較穩(wěn)定；其他部位的伸縮縫觀測結(jié)果正常。