變形監測在龍門埡拱式渡槽支撐系統的應用

李 亮，田 燕 龍，趙 偉 華，趙 云 龍

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

都江堰灌區毗河供水一期工程龍門埡渡槽進口位于金堂縣白果鎮羅盤村22組，出口位于金堂縣白果鎮羅盤村9組，該段屬于總干渠第一流量段下段，為整個毗河供水一期工程中的重要組成部分，設計流量22 m3/s，縱坡為1/3 000，全長502 m(樁號：一35+886.75～一36+388.75)。龍門埡渡槽由簡支梁式渡槽和拱式渡槽組成，共計57跨，其中26跨為單跨長5 m的拱上槽身，31跨為單跨長12 m的普通槽身。

拱式渡槽其跨度結構形式為兩跨下承式混凝土拱橋，單跨拱式渡槽長65 m，由下部拱座(拱墩)、肋拱拱圈、肋拱拱圈上部排架、肋拱拱圈上部槽身(單跨槽身長5 m)組成。由于肋拱長度較大、受力復雜且留有預拱度，施工難度較大，因此施工過程中的變形監測就顯得尤為重要。一方面，監測過程不僅需要加強對其下部基礎變形的觀測；另一方面，為配合上部結構施工，還需要同時加強對肋拱撓度及混凝土澆筑成型后上部結構物的變形監測。筆者介紹了具體的監測過程。

2 監測方案的制定

龍門埡拱式渡槽跨越當地灌溉農田，加之該區域地下水豐富，其覆蓋表層的大部分為可耕植土，且在實際施工過程中基礎開挖8 m深后仍未見基巖顯露，與招標階段所提供的地質資料相差較大，地質條件發生了明顯變化。由于基礎需要承受支撐結構體系荷載+主體結構荷載+部分外力荷載，因此，必須對基礎結構的變形進行沉降監測，以隨時掌控基礎沉降變形情況；待基礎完工后，將逐步進行上部結構的施工。由于其上部不斷的加載，因此必須嚴格記載每次觀測的沉降數據、增加的荷載量、支撐結構傾斜等數據，以便在現場及時采取相應的應對措施。

針對不同的監測情況，對監測點的布設亦應有相應的要求。首先，觀測點應布設在最能敏感地反映出渡槽基礎沉降變化的位置；其次，方便監測人員隨時監測。同時，在施工過程中應做好監測點的保護工作，以免其受到損壞而影響到監測結果。

2.1 監測方案制定的目的

通過現場測量到的監控數據進行信息反饋，及時掌握龍門埡拱式渡槽施工時基礎及支撐體系的受力狀態和應力分布，實時了解現場施工狀況，在安全和質量得到保障的前提下，確保拱式渡槽基礎及支撐體系穩定且滿足施工要求；同時對優化施工工藝、根據施工進度調整基礎施工→支撐結構搭設→肋拱混凝土澆筑→支撐結構拆除全過程進行變形觀測；在事故發生之前進行預測、預警，以便及時采取措施，避免事故的發生；反饋現場施工，為檢驗設計和結構的安全狀況給出評估意見，為及時指導施工、監督工程質量提供依據。

2.2 監測方案的設計原則

毗河供水一期工程屬于線性民生工程，而龍門埡拱式渡槽又是其中十分重要的主干線建筑物，實施變形監測就是為了保證工程安全順利的進行。在進行工程安全監測設計時,應遵 循“實用、可靠、先進、經濟”的原則[1]。首先，變形監測要貫穿于整個施工過程，保證監測的全面可靠。監測儀器和方法要實用、安全可靠且經濟，既要保證觀測結果的真實性與準確性，又要保證項目監測的總投入合理。

2.3 監測布置方案選擇

目前常用的監測方法主要是建立平面和高程基準控制網，通過建立基準網對局部建筑物逐步加密，所采用的儀器設備包括精密水準儀、高精度全站儀、測量機器人以及三維激光掃描儀等，其原理是通過確定現場建筑物的實測坐標與設計坐標或參考原始坐標的差值來反映其變形量的大小。

根據該測區地形情況宜先建立基準網 ,然后由基準網測定工作基點(視準線基點),由工作基點對變形點實施監測[2]。由于毗河供水一期工程屬線性工程，戰線長，在項目前期，項目部組織了大量的專業測量人員進行了嚴密的線性控制網布設，與北京54坐標系和1956年黃海高程系建立了聯系，控制網整體精度滿足要求，最終直接采用前期控制網作為基準網對監測進行控制。

由于本次拱式渡槽監測的主要項目為基礎沉降監測與肋拱變形監測。故該項目最終采用通常使用的高精度水準儀和尼康Nivo2.M型號全站儀，該全站儀測角精度為2″，測距精度為棱鏡模式±2 mm+2 ppm，免棱鏡模式±3 mm+2 ppm，完全滿足項目監測的要求。監測采用尼康Nivo2.M型號全站儀配合相應的配套棱鏡及反射片，局部配合使用高精度水準儀。測量基準點均建立在臨時墩沉降變形觀測區以外的穩定區域，沉降變形測量不受臨時墩施工的影響。所使用的控制點在觀測期間穩定不變，在測定沉降變形點時作為高程和坐標的傳遞點；同基準點一樣，其平面控制點應不受外界條件影響，滿足實際觀測范圍工作的需求。拱式渡槽基礎的沉降監測點要求直接埋設在所要測點的沉降變形體上，點位設立在反映沉降變形體沉降變形的特征部位[3]，設置需牢固且便于觀測，并要求形式美觀、結構合理且不破壞沉降變形體的外觀和使用。

3 監控測量

3.1 監測內容

為確保龍門埡拱式渡槽的施工安全與質量，提高施工效率，拱式渡槽監測的主要項目分為基礎沉降監測與肋拱變形監測。鑒于監測工作貫穿于整個施工過程且監測頻率較大、監測點布置較多、現場施工環境復雜多變、干擾因素多，因此，在監測過程中將監測值與理論值及時進行校對核驗分析，提前預判渡槽施工過程中出現的問題并進行調整。

3.2 監測過程

(1)拱式渡槽臨時墩的沉降監測。將臨時墩沉降觀測點布置于4個邊角上，沿水流方向兩側對稱布設，將連接觀測目標的鋼筋深入臨時墩10 cm以上以保證觀測數據的可靠性?？紤]到施工作業對監測點的破壞，在埋設監測點時應將預埋件保護起來，以防止其破壞后達不到監控數據可分析的目的。將測量基準點埋設在受施工擾動范圍以外的結構物上，將測點布設在管片上的設計位置，測點為長10 cm的角鋼，將其用膨脹螺栓固定在表面上，并將反射片(40 mm×40 mm)牢固附在角鋼上，每次觀測時瞄準反射片的中心位置；每次測量前，應對所用的儀器和反射片進行檢查，當反射片出現松動變形破損時應及時更換固定，儀器出現問題時應及時檢校更換。沉降觀測點的布設位置見圖1。

圖1 龍門埡拱座臨時墩監測點平面布置圖

由圖1可知：龍門埡拱座臨時墩監測點分布均勻，結構合理。監測點布置完成后，按要求對每個測點進行及時測量；鑒于臨時墩兩側為農田，地下水豐富，前期施工中需每天進行監測點測量，及時分析數據并采取必要的應對措施，其中圖2、3為分別取自15號和19號監測點的部分數據。從圖中可以看出：15號和19號監測點開始都是由基準初始值沉降一定的數值，往后數值相對初始值都趨于一個穩定的差值，證明在施工過程中臨時墩基礎已逐步趨于穩定，沒有產生超限的沉降值，符合施工安全要求。

(2)拱式渡槽肋拱監測。龍門埡拱式渡槽由肋拱、單排架和槽身組成，按照要求，拱上排架應在拱肋強度達到設計強度的85%后開始施工，并利用澆筑成型的肋拱結構做為支撐向上逐步搭設滿堂支架做為排架和槽身施工的平臺和支撐。在渡槽施工過程中，排架高度在拱頂高程以下的部分從兩拱腳向跨中對稱進行澆筑，對于排架高度在拱頂高程以上的部分，從跨中向上下游側對稱澆筑，肋拱封拱溫度應為15℃。在完成拱上排架澆筑后對稱進行拱上槽身施工，隨著施工的進行，拱上建筑物的加載逐步增加，拱圈承受較大的荷載，此時肋拱成為整個渡槽施工的關鍵，必須同步進行肋拱變形監測以保證整個建筑物的安全施工。

圖2 監測點15號數據變化圖

圖3 監測點19號數據變化圖

根據施工現場的實際情況，為確保監測準確，分別在拱式渡槽順水流方向軸線兩側的肋拱上布置監測點，沉降觀測點的布設位置見圖4。由于拱式渡槽施工依照對稱澆筑的原則，因此肋拱監測點的布置同樣對稱分布，以便能夠均勻荷載。根據施工進度及時調整觀測頻率，肋拱的預留預拱度為5 cm，用于減少肋拱下撓變產生的拱軸偏離值，保證拱跨結構的正常工作。設置預拱度時，應按拱頂處為全部變形值、拱腳處為零設置，其余各點按拱軸坐標高度比例分配[4]。在肋拱澆筑成形后及時觀測各監測點的初始值，隨著拱上排架的施工進行各監測點的監測，分析肋拱的變形值，槽身澆筑時加強觀測，在槽身和排架施工過程中分析預留拱度值是否符合設計要求。觀測結果顯示：在拱上排架及槽身施工過程中及結束后，整個肋拱各觀測點變形值均符合設計要求。

圖4 肋拱變形監測點布置圖

4 觀測頻率

為滿足施工要求，保障施工安全進行，每個測點需根據施工進度及現場情況進行觀測。施工初期臨時墩基礎剛成型時，基礎處于不穩定期和危險期，此時應獲得6 h一次的頻率采集數據。在經過數據分析、沉降逐漸穩定后，應按照1次/d的頻率進行監測，每天對當天的監測數據進行分析，及時判斷是否還存在沉降變形等不穩定因素。在進行連續監測、沉降變形基本收斂，各項數據穩定，此時可適當減少觀測頻率，但仍需達到每周至少1次的頻率，根據現場實際情況和施工進度靈活調整觀測頻率和施工進度。

5 安全防護措施

(1)由于拱式渡槽為高空作業，監測過程中存在一定的墜落風險，因此，在設置和觀測監測點過程中，監測人員應佩系安全帶并嚴格按規范要求系帶牢固，高掛低用[5]，同時正確佩戴安全帽，所有工作人員應加強防護意識，嚴格按操作規程施工并安排專人監護。

(2)肋拱上的監測點周圍應搭設安全護欄，同時應用醒目標識標注，以防施工吊裝過程中碰撞或損壞監測點；對于靠近道路(可能發生車輛沖撞)的臨時支撐體基礎、中墩四周變形監測點應設置隔離防撞墩，防撞設施與防護對象的間距應不小于1 m。在遠離道路的臨時支撐體基礎四周設置安全防護欄桿(涂刷紅白相間安全警示油漆)，禁止人員靠近。

(3)通向監測變形點的通道、安全樓梯應設置安全護欄、轉角平臺，爬梯踏步下方設置雙層安全兜網以保證工作人員上下通行安全。

(4)“鋼筒—貝雷架”平臺四周臨空部位應設置連續封閉的安全防護欄桿，安全防護欄桿采取密目式安全網進行封閉(相鄰密目安全網應緊密結合或重疊)。

6 測量成果的整理歸檔

在監測測量任務完成后，應及時整理成果資料，包括觀測點平面、縱斷面和橫斷面布置圖；沉降計算報告資料;沉降觀測記錄簿;成果資料及測量成果報表等文件資料[6]。將測量資料及成果分類存放、標識清楚地儲存在資料檔案室，竣工交驗時一并移交接收單位。

7 結 語

通過對龍門埡拱式渡槽實施多方面的嚴密監測，使龍門埡拱式渡槽能夠安全順利地完成施工，保證了整個項目的整體進度，亦為毗河供水一期工程主干線其他部位的建筑結構物變形監測提供了實際的經驗數據。從臨時基礎施工開始，至兩跨肋拱全部施工完成，臨時支撐系統穩定，肋拱變形符合設計規范要求；肋拱完成后，在后續的單排架和槽身施工過程中，肋拱變形監測同樣必不可少。在投標階段，龍門埡拱式渡槽主要針對肋拱實施變形監測，由于實施階段拱跨基礎地質條件發生了較大變化，因而增加了臨時支撐基礎的沉降觀測。本次變形監測取得的經驗：應當做好基

準點和監測點的布設?；鶞庶c是監測的基準，基準點的不穩固勢必會造成工作中出現種種問題；同理，一方面，監測點要求穩固；另一方面，監測點應按照渡槽順水流方向左右兩側對稱布設。由于現場施工情況復雜多變，各種因素隨時可能會影響監測進度和頻率而造成數據采集不完整、不完善，進而影響到施工進度及安全，因此，監測數據需要當天測完、當天進行分析反饋，任何不合適的延誤都可能導致施工產生不可預估的變化，進而最終影響到工程施工進度和安全。