新沂河海口控制工程垂直位移變化研究

王 俊， 繆融融， 翁松干

(1.江蘇省通榆河薔薇河送清水工程管理處， 江蘇 淮安 223000；2.江蘇省淮沭新河管理處， 江蘇 淮安 223000； 3.江蘇省水利科學(xué)研究院， 江蘇 南京 210017)

水利工程觀測是掌握工程運行狀態(tài)的重要手段，通過長期積累的觀測數(shù)據(jù)，可以為工程的設(shè)計、管理、施工等方面提供重要的數(shù)據(jù)支撐。在水利工程垂直位移觀測方面，對沉降趨勢不能趨于穩(wěn)定的沿海擋潮工程，主要采取在工程附近布置控制點的辦法，開展垂直位移觀測。陳阜超等[1]研究表明，巖基點隨地層的沉積會發(fā)生下沉現(xiàn)象。本文通過對新沂河?？诳刂乒こ檀怪蔽灰朴^測數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)梳理，結(jié)合工程附近的已知控制點，對新沂河海口控制工程的沉降現(xiàn)象進行了初步探討。

1 工程概況

1.1 工程情況

新沂河海口控制工程位于新沂河末端入?？谔?，地處連云港市灌云縣燕尾港鎮(zhèn)。工程由3座深泓閘(南深泓閘、中深泓閘、北深泓閘)和4條隔水堤等組成。1999年建成南深泓閘、北深泓閘；2005年擴建成中深泓閘，擴建后3座大(2)型水閘設(shè)計行洪流量7 800 m3/s，是沂沭泗流域洪水東調(diào)南下工程中的重要組成部分，擔(dān)負著新沂河流域的泄洪任務(wù)，兼有擋潮、排污以及分泄淮河洪水的功能[2]。

1.2 地質(zhì)情況

3座深泓閘閘型均為開敞式實用堰型，基礎(chǔ)為沉井群，底板為2孔一聯(lián)。其中南、北深泓閘兩側(cè)各設(shè)立1個沉井式岸墻和6個空箱岸墻，中深泓閘兩側(cè)岸墻采用灌注樁基礎(chǔ)，上部為空箱式結(jié)構(gòu)。工程地質(zhì)為地面表層2.5 m以下約2 m厚為N=2擊砂壤土，其下直至約-22 m為N=1～3擊淤泥質(zhì)黏土，再往下是密實的粉細砂層N>30擊，沉井基礎(chǔ)持力層作用在該層[3]。

1.3 觀測設(shè)施

工程建成后，南深泓閘、中深泓閘、北深泓閘均按《江蘇省水閘、抽水站觀測工作細則》和《水利工程觀測規(guī)程》(DB32/T1713—2011)等相關(guān)要求[3-4]，布設(shè)了垂直位移觀測沉陷標(biāo)點，因工程管理范圍內(nèi)有2個已知控制點(簡稱“控制點A”和“控制點B”)且距離工程中心位置約1 km，故未在工程周圍布設(shè)工作基點，采取直接引測已知控制點的方式對工程的垂直位移標(biāo)點進行觀測，采用水準(zhǔn)儀每年汛前、汛后各進行1次垂直位移觀測[4]。

2 觀測結(jié)果與分析

2.1 初期數(shù)據(jù)

觀測單位于2006年對汛后觀測成果分析時，首次發(fā)現(xiàn)3座工程相對垂直位移值為正，至2010年汛前，累計位移量均值在280 mm左右(圖1)。結(jié)合工程運行情況及周邊地表變化，觀測單位初步推斷觀測控制點的基礎(chǔ)沉降導(dǎo)致工程垂直位移相對值為正。

圖1 北深泓閘底板測點垂直位移變化(1999-2010年)

為進一步驗證觀測控制點基礎(chǔ)沉降的可能性，2011年汛前，觀測單位擴大聯(lián)測高程控制點范圍，從距離工程中心位置約6.12 km的控制點C進行引測，工程垂直位移量由280 mm校核為-19 mm。聯(lián)測結(jié)果表明，控制點A和控制點B產(chǎn)生了沉降且沉降值大于工程觀測點，導(dǎo)致工程相對垂直位移值為正。該驗證結(jié)果與相關(guān)文獻(連云港南部沿海地區(qū)地面沉降驅(qū)動因素研究)成果相一致，新沂河及東部沿海燕尾港至堆溝港一帶累計地面沉降最大，形成了以該區(qū)域為中心的地面沉降漏斗[5]。

針對觀測控制點出現(xiàn)地面沉降的現(xiàn)象，并結(jié)合工程垂直位移觀測的需要，2012年觀測單位在工程區(qū)范圍內(nèi)參照巖基點布置要求布設(shè)了觀測基點D，并修建了保護測井，同時定期與相距1.5 km的水準(zhǔn)點E進行聯(lián)測，以觀測基點D的地面沉降變化。

2.2 觀測數(shù)值

2012—2017年觀測區(qū)段內(nèi)，水閘底板測點垂直位移整體呈逐漸減小趨勢，并趨于穩(wěn)定，觀測結(jié)果與水利工程沉降規(guī)律相一致。將觀測基點D與水準(zhǔn)點E進行了聯(lián)測(2013—2015年)，其中2013—2014年期間，觀測基點D高程呈現(xiàn)小范圍波動現(xiàn)象(圖2)，而2015年3月觀測成果顯示，觀測基點D垂直位移出現(xiàn)了改變并表現(xiàn)為上浮現(xiàn)象，間隔位移值達到24.9 mm，累積位移為27.3 mm。初步判斷聯(lián)測的水準(zhǔn)點E點也出現(xiàn)了相對沉降，聯(lián)測數(shù)據(jù)誤差較大，E點高程數(shù)據(jù)不再參與校核。

圖2 觀測基點D聯(lián)測垂直位移變化

2018年初，在例行巡檢過程中發(fā)現(xiàn)觀測基點D周圍地面出現(xiàn)了明顯下沉，觀測基點D頂點已超出測井頂部。由底板測點的高程觀測數(shù)據(jù)(圖3)可以看出，2018年上半年出現(xiàn)拐點，底板測點與觀測基點D的間隔垂直位移由負為正。2018年底，選取距離36.75 km的水準(zhǔn)點F進行引測復(fù)核，同時與其他聯(lián)測結(jié)果進行了對比分析，進一步研究地表沉降對觀測基點D穩(wěn)定性的影響，以提高閘室底板垂直位移測量精度。至2015年聯(lián)測控制點累積垂直位移值與閘室底板距離的關(guān)系曲線見圖4。

圖3 北深泓閘底板測點垂直位移變化(2012-2019年)

圖4 聯(lián)測控制點累積位移值與直線間距關(guān)系

由圖4可以看出，聯(lián)測控制點距離觀測基點D直線距離越遠，其穩(wěn)定性越好，累積位移量越小，受地表沉降影響越小。因此水準(zhǔn)點F可作為垂直位移參考基點進行聯(lián)測，聯(lián)測成果相對可靠和穩(wěn)定，可信度高。

2.3 結(jié)論分析

2013年6月至2014年9月，觀測基點D的年間隔位移量為-2～1 mm之間，屬于正常沉降，符合水工建筑物沉降規(guī)律，可以判斷水準(zhǔn)點E和F在此期間較為穩(wěn)定，聯(lián)測數(shù)據(jù)可信。2018年發(fā)現(xiàn)觀測基點D復(fù)核高程小于理論值，說明觀測基點D不再穩(wěn)定，結(jié)合附近地表沉降現(xiàn)象，說明隨著地面沉陷，觀測基點D也存在沉降。

3 結(jié) 語

垂直位移觀測是水利工程安全監(jiān)測的基本項目，也是甄別水利工程異常狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)水利工程險情的靶向因子。實施水利工程垂直位移監(jiān)測，動態(tài)掌握其變化趨勢，有利于水利工程安全有效地運行。本文通過對新沂河?？诳刂乒こ檀怪蔽灰朴^測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)地表沉降會導(dǎo)致水準(zhǔn)基點不穩(wěn)定，水閘垂直位移觀測會出現(xiàn)失真現(xiàn)象，水閘上浮和下沉難以判斷，對水閘結(jié)構(gòu)的后期運行維護產(chǎn)生誤導(dǎo)作用，影響水閘的安全運行，作為垂直位移觀測基準(zhǔn)點，需定期進行聯(lián)測復(fù)核，以避免測點附近地表沉降所帶來的不利影響。