海塘工程涉河涉堤項(xiàng)目安全監(jiān)測(cè)方案研究

王建華，王海禮，趙 凡，朱嫻嫻，陳 洲

(1.浙江省錢塘江流域中心，浙江 杭州 310016；2.浙江省錢塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310016)

浙江省沿海地區(qū)一直受洪水、潮汐、涌潮、風(fēng)浪、風(fēng)暴潮的威脅，海塘是沿海地區(qū)防御洪潮災(zāi)害的主要工程設(shè)施，對(duì)保護(hù)沿海人民生命財(cái)產(chǎn)安全、維護(hù)社會(huì)安定、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展起著重要作用。全省現(xiàn)有一線海塘2014 km，備塘931 km，大多為20世紀(jì)末和21世紀(jì)初建設(shè)的以混凝土、漿砌塊石為護(hù)面的斜坡塘或直立式標(biāo)準(zhǔn)海塘，錢塘江河口還有部分距今約300年的明清時(shí)期古海塘和近現(xiàn)代(民國(guó)時(shí)期和新中國(guó)成立前后)建造的混凝土塘。海塘工程是典型的線型工程，與水庫大壩和一般的堤防工程相比，形式更多樣，不同海塘結(jié)構(gòu)差異更大，圖1為錢塘江海寧段明清時(shí)期古海塘典型斷面。

圖1 古海塘典型斷面圖(單位：m)

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，沿海地區(qū)大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸增多，取排水工程、管道管線工程、隧道橋梁工程、碼頭渡口工程、閘站工程等工程均會(huì)涉及海塘，或跨越或穿越或平行或搭設(shè)， 施工和運(yùn)行期間均會(huì)不同程度影響海塘安全，尤其在海塘周邊近距離開展基坑開挖、頂管盾構(gòu)、重機(jī)行走等時(shí)，塘身周邊土層原始應(yīng)力發(fā)生改變，土體平衡遭到破壞，從而對(duì)海塘安全產(chǎn)生一定影響。因此，作為項(xiàng)目審批監(jiān)管的重要環(huán)節(jié)和手段，為確保海塘安全，開展海塘安全監(jiān)測(cè)是必要的。

2012年水利部發(fā)布了《土石壩安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，針對(duì)土石壩提出了變形、滲流、壓力(應(yīng)力)、環(huán)境量等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)要求。2020年水利部發(fā)布的《堤防工程安全監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)堤防工程的常規(guī)監(jiān)測(cè)提出了變形、滲流、土壓力與應(yīng)力應(yīng)變、環(huán)境量等要求，增加了根石探測(cè)和隱患探測(cè)兩個(gè)專項(xiàng)探測(cè)。這兩個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)工程本身日常運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而對(duì)涉堤項(xiàng)目對(duì)工程安全的影響沒有提出針對(duì)性的監(jiān)測(cè)措施。因此,有必要對(duì)涉河涉堤項(xiàng)目按照施工方式進(jìn)行分類，分析不同方式對(duì)海塘造成的影響，同時(shí)結(jié)合海塘結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出海塘涉河涉堤項(xiàng)目安全監(jiān)測(cè)方案，并按照“技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理”原則，規(guī)范海塘安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)海塘動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提升安全監(jiān)管能力，保障海塘工程運(yùn)行安全。

1 涉河涉堤項(xiàng)目影響分區(qū)與安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)

涉河涉堤項(xiàng)目影響區(qū)是指項(xiàng)目施工時(shí)對(duì)周圍巖土體和周邊環(huán)境造成的影響區(qū)域，根據(jù)施工對(duì)周圍巖土體擾動(dòng)和周邊環(huán)境影響的程度與范圍，可劃分為主要、次要和可能等三個(gè)影響區(qū)[1]。不同影響區(qū)對(duì)安全監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)置、測(cè)點(diǎn)布置要求不同。海塘涉河涉堤項(xiàng)目一般分為基坑工程、穿堤工程、跨堤工程、其他工程等四類，不同類別其影響分區(qū)的計(jì)算方法及安全監(jiān)測(cè)布置有所不同。

1.1 基坑工程

基坑工程主要是指涉河涉堤項(xiàng)目中涉及的施工工作井、下沉式道路、管線溝槽等明挖工程，形成敞開式工作面，容易造成海塘滑坡、傾斜、沉降、裂縫、透水等安全隱患?；庸こ逃绊懛謪^(qū)根據(jù)基坑深度確定，計(jì)算范圍見表1。海塘在基坑工程主要影響區(qū)內(nèi)，應(yīng)開展豎向位移(沉降)、表層水平位移、深層水平位移、裂縫等監(jiān)測(cè)；在次要影響區(qū)內(nèi)，應(yīng)開展豎向位移和裂縫監(jiān)測(cè)；在可能影響區(qū)內(nèi)，一般僅對(duì)沉降開展監(jiān)測(cè)。除上述必測(cè)項(xiàng)目外，可根據(jù)實(shí)際情況增加其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

表1 基坑工程影響分區(qū)

1.2 穿堤工程

穿堤工程主要是指采用盾構(gòu)、頂管或定向鉆施工方法從海塘塘身或下部穿越施工的工程，以隧道和管道最為常見，施工和運(yùn)行期間容易造成海塘沉降、塌陷、傾斜、裂縫、透水等安全隱患[2]。穿堤工程影響分區(qū)根據(jù)底板埋深確定，計(jì)算范圍見表2。海塘在穿堤工程主要影響區(qū)內(nèi)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)開展沉降、深層水平位移、土體分層豎向位移等監(jiān)測(cè)，在次要影響區(qū)內(nèi)應(yīng)開展沉降監(jiān)測(cè)，其他可根據(jù)實(shí)際情況選測(cè)。

表2 穿堤工程影響分區(qū)

1.3 跨堤工程

跨堤工程主要指橋梁、渡槽、管道等建筑物跨越海塘施工的工程。臨近海塘的跨堤建筑物支墩施工，需基坑開挖時(shí)參照基坑工程監(jiān)測(cè)要求，支墩樁基施工時(shí)，施工期間容易造成海塘沉降、塌陷、傾斜、透水、裂縫等安全隱患。跨堤工程影響分區(qū)根據(jù)入土樁長(zhǎng)確定，計(jì)算范圍見表3。樁基分為擠土樁和非擠土樁兩類，擠土樁對(duì)海塘的破壞力更強(qiáng)。海塘在擠土樁主要影響區(qū)內(nèi)時(shí)，應(yīng)開展沉降、水平位移、深層土體水平位移、孔隙水壓力等監(jiān)測(cè);在次要影響區(qū)內(nèi)應(yīng)開展豎向位移、水平位移監(jiān)測(cè)，非擠土樁可適當(dāng)降低監(jiān)測(cè)要求。

表3 跨堤工程影響分區(qū)

1.4 其他工程

其他工程是指除基坑工程、穿堤工程和跨堤工程之外的取土填土、采石爆破、打樁和真空(堆載)預(yù)壓等工程。填土、堆載和真空預(yù)壓等土體應(yīng)力發(fā)生較大變化時(shí)，應(yīng)對(duì)海塘沉降、水平移位和孔隙水壓力等進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采石爆破、打樁和機(jī)械運(yùn)行等產(chǎn)生較大振動(dòng)影響時(shí)，應(yīng)對(duì)海塘進(jìn)行振動(dòng)專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。

2 主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目與測(cè)點(diǎn)布置要求

針對(duì)海塘工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，涉河涉堤項(xiàng)目安全監(jiān)測(cè)主要以垂直位移(沉降)、水平位移(包括表層水平位移和深層水平位移)、土體分層豎向位移、裂縫等變形監(jiān)測(cè)為主，輔之塘身浸潤(rùn)線、滲透壓力等滲流監(jiān)測(cè)，特殊塘段如古海塘或遇特殊施工環(huán)境時(shí)還需開展土壓力、傾斜、振動(dòng)等專項(xiàng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在能反映海塘結(jié)構(gòu)變形特征的關(guān)鍵部位和受施工影響敏感的部位，具體要求如下：1) 豎向位移測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿海塘橫斷面布置，每個(gè)斷面布置3～5個(gè)測(cè)點(diǎn)，主要影響區(qū)每10～20 m布置一個(gè)斷面，次要影響區(qū)20～30 m布置一個(gè)斷面，可能影響區(qū)30～50 m布置一個(gè)斷面；2) 表層水平位移測(cè)點(diǎn)宜布置在擋墻、塘頂?shù)认鄬?duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)上，主要影響區(qū)每10～20 m布置一個(gè)，次要影響區(qū)和可能影響區(qū)可根據(jù)工程需要選測(cè)；3) 深層水平位移、土體分層豎向位移、地下水位以及孔隙水壓力測(cè)點(diǎn)宜沿海塘橫斷面布置，每個(gè)斷面布置1～2個(gè)測(cè)點(diǎn)，主要影響區(qū)每20～50 m布置一個(gè)斷面，次要影響區(qū)和可能影響區(qū)可根據(jù)工程需要選測(cè)合理布置；4) 裂縫、振動(dòng)、土壓力等應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況合理布置，裂縫監(jiān)測(cè)一般作為已發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂縫后的應(yīng)急監(jiān)測(cè)措施使用；5) 遇海塘安全度較敏感、工程地質(zhì)條件特別復(fù)雜等情形時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。

3 監(jiān)測(cè)周期、頻率與預(yù)警控制值

3.1 監(jiān)測(cè)周期

海塘安全監(jiān)測(cè)一般分施工期和運(yùn)行期兩個(gè)部分。施工期監(jiān)測(cè)是指涉河涉堤項(xiàng)目施工進(jìn)入海塘次要影響區(qū)范圍時(shí)至項(xiàng)目施工結(jié)束期間，對(duì)海塘開展的安全監(jiān)測(cè)。運(yùn)行期監(jiān)測(cè)是指涉河涉堤項(xiàng)目施工完成，進(jìn)入運(yùn)行初期仍需對(duì)海塘開展的安全監(jiān)測(cè)，直至監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，一般為1年;大型的基坑開挖、穿堤管道等設(shè)施，可適當(dāng)延長(zhǎng)至2年。

3.2 監(jiān)測(cè)頻率

海塘安全監(jiān)測(cè)頻率設(shè)置遵循“可控、合理、經(jīng)濟(jì)”原則，根據(jù)施工方法、施工進(jìn)度、海塘工程級(jí)別、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件等綜合確定，能及時(shí)、系統(tǒng)地反映監(jiān)測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)變化過程。人工監(jiān)測(cè)時(shí)不同工程類別的安全監(jiān)測(cè)頻率參考表4～表6，自動(dòng)化監(jiān)測(cè)可根據(jù)數(shù)據(jù)分析需要確定，原則上不低于1次/h。

表4 基坑工程主要影響區(qū)海塘安全監(jiān)測(cè)頻率參考表[3]

表5 穿堤工程海塘安全監(jiān)測(cè)頻率參考表

表6 跨堤工程(樁基類)海塘安全監(jiān)測(cè)頻率參考表

3.3 預(yù)警控制值

海塘安全監(jiān)測(cè)的目的是及時(shí)發(fā)現(xiàn)和控制涉河涉堤項(xiàng)目對(duì)海塘造成的破壞，因此，合理確定安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的預(yù)警控制值較為關(guān)鍵。海塘安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警控制值應(yīng)在調(diào)查分析海塘結(jié)構(gòu)形式、修筑年代、地質(zhì)條件等基礎(chǔ)上，結(jié)合海塘與涉河涉堤項(xiàng)目的空間位置關(guān)系，并參考規(guī)范規(guī)定和類似工程經(jīng)驗(yàn)，由設(shè)計(jì)單位提出。若設(shè)計(jì)未明確的，可參考表7確定。

表7 涉河涉堤項(xiàng)目海塘安全監(jiān)測(cè)參考預(yù)警控制值

4 自動(dòng)化監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)預(yù)警

海塘安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是海塘安全管理的重要手段，能更好地實(shí)時(shí)預(yù)警，防止隱患和險(xiǎn)情擴(kuò)大，提高應(yīng)急快速反應(yīng)能力[5]。涉河涉堤項(xiàng)目符合下列情況之一時(shí)，海塘安全監(jiān)測(cè)應(yīng)以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，人工監(jiān)測(cè)為輔：1) 海塘處在涉河涉堤項(xiàng)目主要影響區(qū)內(nèi)；2) 在古海塘周邊實(shí)施的；3) 施工工期涉及一個(gè)以上主汛期的；4) 涉河涉堤項(xiàng)目次要和主要影響區(qū)內(nèi)的海塘地基結(jié)構(gòu)復(fù)雜、地質(zhì)條件較差的；5) 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析需要高頻次監(jiān)測(cè)的；6) 受周邊環(huán)境影響，人工監(jiān)測(cè)難以實(shí)施的；7) 管理需要需開展自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的。

自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器技術(shù)指標(biāo)滿足相應(yīng)的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)從設(shè)備產(chǎn)品耐久性、穩(wěn)定性、精度、維護(hù)方便等方面綜合選用。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、傳輸、分析處理、可視化展示及數(shù)據(jù)安全保密應(yīng)符合相關(guān)管理部門的規(guī)定。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)具有實(shí)時(shí)圖表展示、自動(dòng)分析預(yù)警和監(jiān)測(cè)報(bào)告自動(dòng)生成等功能[6]。

海塘安全監(jiān)測(cè)采用“四色”管理與預(yù)警機(jī)制，即根據(jù)海塘安全情況分為綠、黃、橙、紅四級(jí):1) 綠色狀態(tài)；累計(jì)變化量、變化速率“雙控”指標(biāo)均小于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警控制值的70%；2) 黃色預(yù)警；累計(jì)變化量、變化速率“雙控”指標(biāo)均大于等于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警控制值的70%，或“雙控”指標(biāo)之一達(dá)到預(yù)警控制值的85%；3) 橙色預(yù)警；累計(jì)變化量、變化速率“雙控”指標(biāo)均等于或大于監(jiān)測(cè)項(xiàng)目預(yù)警值的85%，或“雙控”指標(biāo)之一達(dá)到預(yù)警控制值；4) 紅色預(yù)警；累計(jì)變化量、變化速率“雙控”指標(biāo)之一超過預(yù)警控制值。海塘管理單位和涉河涉堤項(xiàng)目法人應(yīng)根據(jù)預(yù)警等級(jí)建立相應(yīng)的警情報(bào)告、應(yīng)急響應(yīng)和消警制度。監(jiān)測(cè)過程中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)下列狀況之一時(shí)，按紅色預(yù)警管控：1) 涉河涉堤項(xiàng)目出現(xiàn)突發(fā)情況，危及海塘結(jié)構(gòu)安全；2) 海塘出現(xiàn)明顯沉降或較嚴(yán)重裂縫、坍塌、滑移等跡象；3) 海塘坡腳出現(xiàn)涌沙、涌土、管涌、較嚴(yán)重的滲漏水、突水等情況；4) 發(fā)生其他對(duì)海塘安全影響較大的事件。

5 結(jié) 語

1) 目前，針對(duì)海塘安全監(jiān)測(cè)的技術(shù)規(guī)范較少，又缺乏可操作性，因此在充分了解涉河涉堤項(xiàng)目與海塘之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，針對(duì)海塘特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出安全監(jiān)測(cè)方案，加強(qiáng)對(duì)涉河涉堤項(xiàng)目海塘安全監(jiān)測(cè)工作的指導(dǎo)，確保海塘安全，具有重要意義。

2) 分析涉河涉堤項(xiàng)目對(duì)海塘結(jié)構(gòu)安全的影響特征，分基坑工程、穿堤工程、跨堤工程和其他工程四類，提出主要、次要和可能影響區(qū)，不同影響區(qū)提出相應(yīng)的安全監(jiān)測(cè)要求，為涉河涉堤項(xiàng)目的海塘安全監(jiān)測(cè)提供了合理可行的解決方案。不同涉河涉堤項(xiàng)目的影響區(qū)設(shè)定、海塘安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)置、監(jiān)測(cè)頻率和預(yù)警控制值確定等仍需在實(shí)踐中不斷總結(jié)提煉。

3) 為進(jìn)一步加強(qiáng)海塘安全管理，開展海塘安全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)是必要的。對(duì)海塘安全狀態(tài)采用綠、黃、橙、紅四色顯示和實(shí)時(shí)預(yù)警，為海塘安全實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控提供了方法，進(jìn)一步提升了海塘安全管理應(yīng)急反應(yīng)能力。