某填島地表沉降監(jiān)測技術(shù)路線及數(shù)據(jù)分析

郭小童 董瑩 趙學恩

海南有色工程勘察設(shè)計院 海南?？?570000

雖然InSAR 技術(shù)在我國部分地區(qū)已成熟運用于穩(wěn)定性分析、監(jiān)測預(yù)警等領(lǐng)域，但在海南，常規(guī)的監(jiān)測方法仍是目前地表沉降監(jiān)測的常用方法，因此對技術(shù)方法的細致研究探討、觀測數(shù)據(jù)的深入研究分析是很有必要的。在該填島技術(shù)設(shè)計及數(shù)據(jù)處理過程中，希望某些側(cè)重點在夯實傳統(tǒng)工藝及成果可靠性等方面能起到一定作用。

1 監(jiān)測區(qū)域概況

本文所提及的某填海人工島填海面積約4000 畝，地處亞熱帶海洋氣候帶，8-9 月份為多雨季節(jié)，5-11 月份為臺風季節(jié)；常年平均風速3.6m/s，盛行東北風和東南風；最大漲潮流速73.3cm/s，一般出現(xiàn)在東向流，最大落潮流速66.3cm/s，以西向流居多。

場地范圍內(nèi)主要為人工地貌，采用圍填海的形式形成。填島按照時間分為一期和二期，其中一期填海工程耗時2 年完成，至今已有約7 年時間；二期吹填工程耗時半年完成，至今約4 年時間。填島按不同填料分為普通砂質(zhì)填料和局部的疏浚（含淤泥質(zhì)）填料兩個區(qū)域；按照不同的地基處理方式分為強夯處理區(qū)、堆載預(yù)壓+強夯處理區(qū)、真空預(yù)壓+強夯處理區(qū)等三個不同的區(qū)域[1]。

2 技術(shù)路線

填島基準點的點位選擇受限較大，一般宜選在深入穩(wěn)定土層的灌注樁頂；與建筑主體變形監(jiān)測不同，地表沉降監(jiān)測應(yīng)先布置沉降監(jiān)測點，然后結(jié)合填島形狀，從監(jiān)測點中選取分布適中、位置相對穩(wěn)定、便于監(jiān)測網(wǎng)路線優(yōu)化的點作為工作基點，并構(gòu)成環(huán)狀。該填島項目基準網(wǎng)由3 個基準點組成（字母JZ 開頭），其中2 個基準點布設(shè)在深入穩(wěn)定土層的灌注樁頂部。選取工作基點27 個（字母G 開頭），平均距離200m 左右，并與其中一個基準點構(gòu)成閉合環(huán)，作為工作基準網(wǎng)長期觀測。沉降監(jiān)測點按間距為100m 左右的方格網(wǎng)覆蓋，并在不同填料、不同地基處理方式等可能存在不均勻沉降的邊界區(qū)域按50m 點間距加密布設(shè)（根據(jù)已發(fā)生的沉降災(zāi)害可知，因不均勻沉降造成的地表危害要比均勻沉降造成的地表危害大很多），共計236 個（字母J 開頭）；并結(jié)合工作基點分布情況、加密點分布情況以及現(xiàn)場條件，以各個工作基點為起止點，將236個沉降監(jiān)測點規(guī)劃成27 條路線加入適宜的工作基點構(gòu)成27 個監(jiān)測網(wǎng)，進行長期觀測。如圖1 所示，綠色虛線為工作基準網(wǎng)，黑色實線為沉降監(jiān)測網(wǎng)，藍色實線為不同填料區(qū)、不同地基處理方式等的分界線。

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）中對變形測量各等級主要適用范圍的描述以及場地情況，確定該填島采用國家二等水準測量精度要求進行觀測，觀測儀器采用天寶DiNi03 電子水準儀，儀器標稱精度±0.3mm/km。按每次觀測路線相同、距離相同、儀器擺放位置相同、施測人員固定、施測方式方法固定為最優(yōu)的原則進行觀測。觀測時長為100 天，基準網(wǎng)每月觀測1 次，共計3個周期；工作基準網(wǎng)和監(jiān)測網(wǎng)每周觀測1 次，共計14 個周期。

考慮到填島將來可能修建路網(wǎng)系統(tǒng)，對點位精度的分析除應(yīng)滿足《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）要求外，還應(yīng)加入《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）進行參考。建筑變形測量規(guī)范的穩(wěn)定性評價是基于100 天的觀測數(shù)據(jù)，公路路基設(shè)計規(guī)范的穩(wěn)定性評價是基于60 天的觀測數(shù)據(jù)，所以該填島的數(shù)據(jù)分析存在60 天和100 天兩個節(jié)點[2]。

3 數(shù)據(jù)處理及分析

首先需對基準點的精度和穩(wěn)定性進行分析，在滿足往返測高差不符值限差（1.0）要求的前提下，對基準點的穩(wěn)定性進行分析，如表1：

表1 基準網(wǎng)第一次復(fù)測基準點穩(wěn)定性分析計算表

經(jīng)分析，基準網(wǎng)兩次復(fù)測結(jié)果均滿足精度要求，認為基準點穩(wěn)定，可進行下一步數(shù)據(jù)處理。

對于工作基點和沉降監(jiān)測點這種觀測頻率高的點位穩(wěn)定性分析，一般通過沉降量和沉降速率來體現(xiàn)，即時間、沉降速率及沉降總量的關(guān)系。同樣，在滿足各觀測網(wǎng)閉合差不超限的前提下（二等水準閉合差限差按路線長度為，按測站數(shù)為），將監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)進行整體平差，然后按60 天和100 天兩個節(jié)點分別計算各工作基點和監(jiān)測點的沉降量及沉降速率，如表2：

表2 工作基準點和監(jiān)測點沉降速率（截取部分）

4 結(jié)論

表2 可見，60 天累計變化量最大為2.25mm，100 天累計變化量最大為3.66mm，即最大變化速率為0.037mm/d。

根據(jù)《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）第7.1.5-4，當最后100 天的最大沉降速率小于0.01mm/d-0.04mm/d 時，可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)。27 個工作基點100 天累計沉降變化速率最大為0.031mm/d，236 個沉降監(jiān)測點100 天累計沉降變化速率最大為0.037mm/d，均小于0.04mm/d；所有點位在《建筑變形測量規(guī)范》（JGJ8-2016）關(guān)于穩(wěn)定性的評價中可認為已達到穩(wěn)定狀態(tài)，依據(jù)本規(guī)范，該填島所有點位可以評價為地面穩(wěn)定。

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）的第7.7.15，連續(xù)兩個月監(jiān)測的沉降量每月不超過5mm，方可開始路面鋪筑。工作基點60 天累計沉降值最大為1.83mm，監(jiān)測點累計沉降值最大為2.25mm，均小于5mm，符合公路路基設(shè)計規(guī)范的穩(wěn)定性評價，依據(jù)規(guī)范所有點位可以評價為地面穩(wěn)定。

5 存在隱患及建議

5.1 沉降隱患

根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，60 天最大累計沉降值和100 天最大累計沉降變化速率均滿足相關(guān)規(guī)范要求，但不能忽略的是，在27 個工作基點中有3 個累計沉降變化速率≥0.03mm/d，236 個沉降監(jiān)測點中有27 個累計沉降變化速率≥0.03mm/d，這27 個點中有15 個點位于一期二期邊界、不同填料區(qū)邊界、不同地基處理邊界等敏感區(qū)域。如圖2a 圖2b 所示，分布在含淤泥質(zhì)填料區(qū)范圍內(nèi)的監(jiān)測點沉降變化比分布在砂質(zhì)填料區(qū)范圍內(nèi)的監(jiān)測點沉降變化更為明顯，應(yīng)當引起關(guān)注。

累計沉降量對比圖測點累計沉降量對比圖：

現(xiàn)將變化速率大于0.03mm/d 的監(jiān)測點定義為稍有變化的監(jiān)測點，對部分點位沉降較大的成因進行分析，其點位分布如圖3 所示。圖中S-1 區(qū)域在含淤泥質(zhì)填料區(qū)范圍內(nèi)，雨季地表多積水，常年生長蒿草；S-2 區(qū)域同樣在含淤泥質(zhì)填料區(qū)范圍內(nèi)，且J185、J186 位于不同填料區(qū)邊界，與邊界另一邊的J170、J176 形成鮮明對比（表2 中數(shù)據(jù)可見），雖然邊界附近點位精度均無超限，但不同填料區(qū)所產(chǎn)生的不均勻沉降已初露端倪，如圖4 所示；S-3區(qū)域的G22，也位于含淤泥質(zhì)填料區(qū)范圍內(nèi)，屬于單點觀測沉降值稍大，無參考成因，初步判斷為淤泥質(zhì)填料本身造成的局部沉陷；S-4 區(qū)域為施工生活區(qū)，重型車輛來往頻繁，沉降量大主要受人工活動影響。

5.2 建議

從監(jiān)測數(shù)據(jù)上顯示，填島范圍監(jiān)測點雖然沉降量較小，符合各規(guī)范穩(wěn)定性條件，但是在精確監(jiān)測下還是稍有差異性，造成差異性的原因大致由以下幾點構(gòu)成：

（1）填島地理位置，一般地處氣候復(fù)雜多變區(qū)域，降雨量偏多、風力偏大。

（2）在長達數(shù)年的自然沉降過程中，由于沙土裸露無植被覆蓋，地表受到長期的雨水沖刷和強力海風侵蝕，特別當下東北風盛行，造成西南角圍堰處出現(xiàn)砂石堆積的現(xiàn)象。

（3）不同時期不同填料不同地基處理工藝造成的不均勻沉降。

（4）相比于數(shù)年的自然沉降，本次監(jiān)測周期較短，成果精度可靠性及參考性在長期范圍內(nèi)有一定欠缺。

（5）人類活動，當施工條件滿足，填島將長期處于施工建設(shè)的頻繁活動階段，無法避免。

鑒于以上種種，提供以下3 點建議：

（1）建議在島上進行必要的綠化工程，避免地表遭受大風、暴雨的破壞。

（2）建議延長監(jiān)測期限，同時減小監(jiān)測頻率，特別針對100天內(nèi)累計沉降變化速率≥0.03mm/d 的工作基點及監(jiān)測點，用最低的成本對填島的沉降趨勢進行持續(xù)性監(jiān)控，為后期的工程建設(shè)提供準確必要的數(shù)據(jù)。

（3）結(jié)合長達半年的臺風季節(jié)、常年風速及風向、漲落潮流速及方向等因素，建議加測一定數(shù)量水平位移觀測點，均勻分布于圍堰堤壩上，為填島穩(wěn)定性分析以及后期變形預(yù)警系統(tǒng)的建立提供更加完善的數(shù)據(jù)支持[4]。