《安全监测在软基工程中的应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全监测在软基工程中的应用（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、安全监测在软基工程中的应用 王万顺田冬成熊成林孙建会 ( 中国水利水电科学研究院工程安全监测中心北京1 0 0 0 4 4 ) 擅要】随着人类活动的扩展，软土地基越来越受到重视人们在软土地基上修建大量的堤坝、房屋、道 路、油罐等各类建筑物。水利工程特别是中小水利工程中，由于条件所限常常需要在敦土地基上修筑堤坝。 软基加固后在上部建筑物施工中，通过施工期渗流场监测，孔隙水压力消散监测，以及施工期建筑物内部位 移监铡，依据孔隙永压力消散情况和建筑物内部位移情况，可以确定出在不同的工况条件下，控制填筑的速 度以及碾压强度参数，对在软土地基上修建建筑物具有一定的指导意义。 【关键谲】工程安全监测软基工
2、程应用 I 软基工程及工程安全监测技术概述 软土具有高压缩性、高灵敏度、高流变性和低强度、低渗透系数的特点，因此在软基上 施工将面f 临“孔压过高、变形过大、抗力过小”的难题。在堤坝施工过程中，软土存在排水 周结过程，如果上坝速度过快，软基内的水将无法及时排出，从而使地基孔隙水压力升高， 有效应力降低，进而导致坝体产生开裂、滑坡或者地基失稳等事故。对于这类工程问题，通 常的对策是减缓坝坡或者以极幔的速度筑坝。但是这类措施往往与工期发生矛盾，并使工程 量增加。因此，工程技术人员一直在寻找措施。如何通过对软基处理来保证大坝的安全。常 用的手段是设置砂井、水平排水等方法加快排水，或者利用碎石桩等手段
3、加快排水并提高基 础强度和承载力，同时对上坝速度严格控制。以使较土充分固结，提高基础的整体强度。但 是，如何来获知软基中的排水和压缩以及孔隙水压力情况，这就需要通过工程监测技术手段， 埋设布置监溯传感器、采集数据分析研究来确定。工程监测是工程安全的重要保证条件之一， 也是工程设计、施工、运行的重要组成部分，它利用精密仪器监测施工、运行过程中工程的 实际状况及其稳定性，为验证设计、指导施工提供可靠资料。工程监测技术应用于软基筑坝 等工程，可对工程在施工期、运行期的安全性态进行评估，对可能危害大坝安全的险情作出 预警预报，从而及时采取补救措施，保证工程安全；工程监测技术应用于软基筑坝等工程， 有助
4、于提高人们对软基筑坝的认识，验证软基处理效果，了解设计的合理程度，改进分析技 术，具有诊断、预测和研究等方面的意义。同时安全监测资料还有助于分析工程事故原因， 认清事故责任等。 2 工程安全监测在软基工程中的应用实例 2 1 云南务坪水库安全监测 务坪水库位于云南省西北部小凉山地区宁蒗县境内乌木河上游的帕帕河上，工程于1 9 9 3 年开工兴建，2 0 0 2 年竣工。大坝设计为黏土心墙碾压堆石坝，最大坝高5 2 m ，总库容4 9 9 0 留，工程规模为中型，水库枢纽主要由拦河圾、输水、泄洪、导流隧洞组成。大埙枢纽地 质条件较为复杂，坝轴线上游是1 5 1 2 3m 2 大面积深厚潮积层软基
5、，最深达3 3 m ，而且这种软 土远远没有达到固结，孔隙比1 5 2 之间，天然含水量一般为6 0 9 6 8 0 ，呈流动状，抗剪 强度不到2 0 k P a 。坝轴线下游座落在滑坡堆积体上。务坪水库属典型的软基筑坝，在这样的 地区修建5 2 m 高的大坝，在国内外尚属首次。 2 1 - 1 监测设计及布置 务坪水库软基筑坝的安全监测设计依据土石坝安全监测规范，但重点突出软基监测， 主要是软基孔隙水压、渗流和大坝沉降。监测项目包括：主要监测断面及监测测点。见图1 。 ( 1 ) 应力( 土压力) 观测。选取最大坝高段面( o + 1 6 0 O ) ，在黏土心墙内选择三个不 同高程，每个高
6、程点上埋设1 支土压力计和1 支孔隙水压力计。 。( 2 ) 孔隙水压力及渗流监测。在上游软弱坝基( 经过振冲加固后的坝基) 、防渗墙上下 游侧不同高程、主河床坝基等部位，钻孔埋设孔隙水压力计观测坝基渗透压力，监测防渗效 果和渗流情况。 ( 3 ) 大坝浸润线监测。在大坝下游心墙体外距坝轴线下游2 4 、4 1 5 和7 2 5 m 处埋设三 孔测压管，在心墙体内埋设孔隙水压力计，用来监测大坝浸润线。 ( 4 ) 大坝变形( 沉降) 观测。选取三个监测断面在坝基和坝体不同深度布设若干测点 ( 沉降感应磁环) ，监测坝基和坝体分层雎缩和固结状况。 田1 监测仪布量剖面圈 2 1 2 监测资科的燕
7、理分析 监测资料整理分析是工程监测技术的一个重要环节，务坪水库安全监测在对原始观测资 料进行可靠性检验和科学处理后，用比较直观的方法呈觋整理分析的结果。 ( 1 ) 有效应力 土压力计埋设在0 + 1 6 0 0 断面的黏土心墙内，每支土压力计配合一支孔隙水压力计埋设。 心墙从1 9 9 9 年开始进行填筑；2 0 0 0 年6 月停工度汛使心墙填筑告一段落。 2 0 0 0 年9 月继续壤筑，2 0 0 1 年5 月大坝封顶。从图2 的土压力过程线可以看出，士压力 曲线的增长趋势与大坝的填筑高程有很好的相关性。 一 _ t ： ： ：。， - _簇j j - - _ J 蹦州 州1“。3“。
8、5 掰 ( b ) ( a ) l 土压力计( b ) 2 土压力计 圈2 壤筑过程中的坝体土压力过程线圈 参考各个土压力计附近的渗压计的渗透压力，可以得到各测点的有效应力，绘制各溯点 有效应力过程线图，从图3 中分析。有效应力随时间的推移稍有增加说明坝体心墙士体应力 稳定，固结变形正在逐步完成，坝体应力及其变化正常。 有效应力( k e a ) 善攀一善三 。_ 。 。? 。i 。i 。 ti ( 2 ) 孔隙水压力 上反压平台和大坝填筑过程中地基不同断面的观测孔隙水压力的时间过程曲线见图4 ，地 基中孔隙水压力变化较小。与设计预期计算结果相比，实测的超静孔压较小，原因可能是测 点位置距碎石
9、桩较近，另外计算中采用的渗透系数偏小。 图4 ( a ) 中可以看出，软基中孔隙水压从观测开始至2 0 0 0 年6 月均呈下降趋势，孔隙 水压逐渐湍散，圊结持续进行。在2 0 0 0 年6 月停工度汛，汛期软基孔隙水压有较大回升至 2 0 0 0 年1 0 月。填筑复工后，孔隙水压再次缓慢消散，软基固结继续进行直到竣工。大坝填 筑过程中心墙内孔隙水压的变化曲线如图5 所示。从图中可以发现由于断面位置的不同，心 墙内同一高程的孔压呈现中间大、两侧小的趋势，这主要是因为蓄水前，心墙两侧为固结排 水边界。2 0 0 2 m 高程处心墙内孔压最大值为1 6 6 k P a ( 3 2 。渗压计) ，
10、出现在坝体竣工时。2 0 1 6 m 高程处心墙内孔压最大值约为1 6 k P a ( 3 r 渗压计) 。由于施工过程中经历了停工渡汛，因而 在停工期间心墙内超静孔压也发生了部分消散，在图5 的曲线中表现为下降段。 1 问仉时 线。揪应敏点 。 测 叭 r 阳 昨睁 蜉 g o - S H 1 4 一3O O 0 0 - 1 0O I 川l qO I 一7 一耐 ( 时 孔采匿 ( k P a ) 7 一N - I 卜T 钾- 29 9 - 8 C 0 - 3C 0 q 0 曩埘m C o ) ( a ) 0 + 1 0 S0 ( 0 + 1 1 4 0 、0 + 1 t 6 O ) 断面(
11、 吣0 + L 6 0 0 ( 1 6 4 0 ) 断面 围4 地基中的孔障水压 土层总压 1 8 1 6 1 4 t 9 1 0 8 6 4 2 0 ( a )i l i u m ( b ) | ) 0 + 1 0 5 o ( 舢1 1 4 0 、o + 1 1 6 0 ) 断面 C o ) o + 1 6 0 0 ( 1 6 4 0 ) 断面 图5 心墙中的孔隙水压 0 1 - 00 1 1 1 0 3 - 40 3 - S 田6 沉降仪I I I 测量的屡总压缩量 7 4 9 i H m ) ，- ：= ，b 诫 o ：l 磊品 二一曩t 表膏k ；! 霹 沪刃 咐矧一锄) 田7 大坝沉
12、降观测结果 舢 帅 一 必 籼 槲 ( 3 ) 沉降 从观测的结果看，坝体及坝基沉降已基本趋于稳定，且总沉降量( 土层压缩量) 较小， 小于有限元固结计算值( 图6 ) 。 图7 中显示埋设在坝轴线上0 + 1 6 0 断面的I I I 号沉降仪和0 + I1 2 断面的I V 号沉降仪在 2 0 0 1 年7 月到2 0 0 1 年9 月之间所测的沉降曲线。坝顶的沉降值为3 4 c m ，坝体内部沉降最 大值发生在2 0 2 0 m 高程处，约为2 8 c m 。不难发现图6 中显示的上游坝坡表面的沉降量在 观测时间段内很小，不到4 c m ，这说明在此之前大部分沉降已经完成。 通过分析监测
13、资料得到如下结论：监测数据较真实地反映了软基内孔隙水压力的变 化情况和复合地基的固结过程等。坝基内的孔隙水压力、坝体沉降过程线趋于平缓，说明 坝基、坝体固结排水趋于完成，各项指标基本稳定。 2 2 临淮岗洪水控制工程主坝淮北段安全监测 临淮岗洪水控制工程位于淮河干流中游，工程主体地处霍邱、颍上两县交界处，北距颍 上县城约2 0 k i n ，南邻霍邱县城约1 4 k m 。临淮岗洪水控制工程为一等大( 1 ) 型工程，设计洪 水标准为1 0 0 年一遇，校核洪水标准为1 0 0 0 年一遇。临淮岗洪水控制工程由主坝( 土坝) 、 南、北副坝( 沿岗堤) 、浅孔闸、深孔闸( 2 座) 、姜唐湖进
14、洪闸、船闸以及上、下游引河组 成t 主坝为其永久性建筑之一，属一等I 级工程，坝型为碾压式均质土坝，总长8 5 4 5 m ，被 深孔闭、浅孔舸、姜塘湖进洪闸、老淮河等分隔成5 个坝段，分别为连接段、姜南段、姜北 段、淮河主槽段、淮北段。规顶高程3 1 6 ，坝顶宽度l O m ，上设1 2 m 浆砌石挡浪墙及沥青 表面处治三级公路，坝高一般在1 2 1 3 m 左右。最大坝高1 8 5 m ( 淮河主槽段) 。i 0 0 年一遇 设计库容8 5 6 亿珥3 。1 0 0 0 年一遇设计库容1 2 1 ，3 亿m 3 ，主坝的安全运行关系重大。 根据主埂工程的地质勘探报告，主坝淮北段北部坝基下
15、3 m 左右有一层厚2 4 m 的中粉质 壤土夹淤质软土，北软弱下卧层厚度大，分布广，含水率高，强度低( 孔骧比及滚性指数均 接近1 ，标贯1 8 击，允许承载力7 0 k P a 左右，现场十字板剪切指标c u 为1 7 k P a ) 。 2 2 1 监测设计及布置 临淮岗洪水控制工程主坝淮北段的安全监测设计依据土石坝安全监测规范，但重点 突出软弱地基的监测，主要是软基孔隙水压、渗流和坝基沉降及坝体位移监测。孔隙水压和 渗流监测通过埋设渗压计( 共选取6 个断面埋设) 来实现；坝基沉降利用振弦式沉降传感器 来完成；坝体位移用固定测斜仪来监澜。为了更好地监测坝基施工期的沉降情况，从而更好 地
16、控制施工进度临淮岗建管局、淮委设计院、水科院和安徽水建公司联合在水利部国科司 申请了科技创额项目，专门开发和引进了一套内部垂直位移监测系统一电解质式水平固定 测斜仪。电解质式水平固定测斜仪系统每个测点内装可电测的传感器，适应性强，可以使用 在恶劣的水工条件下安装埋设方便，土建施工量小，长期稳定性好，长期稳定可靠，施工 期可以进行观测，适合自动化监测。 2 2 2 监测资料的整理分析 临淮岗洪水控翻工程主坝淮北段从2 0 0 2 年l O 月开始动工，计划在2 0 0 3 年底竣工，但 由于2 0 0 3 年的淮河大水使工期延误。同时在防洪抢险中破坏了部分已经埋设的监测仪器( 尤 其是科技创新项目仪器) ，致使软弱地基监测工作遭受了很大的损失，采集到的数据系
