太湖流域平原河網(wǎng)區(qū)基巖標設計與建設質(zhì)量控制

摘要：為了及時完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng)，為治水管水提供更加準確的數(shù)據(jù)支撐，根據(jù)現(xiàn)有水文測站和已建基巖標空間分布特征，結(jié)合測繪、交通等行業(yè)高等級水準點實際情況，在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設廊下基巖標、商榻基巖標，增加流域?qū)用娓叩燃壱龘?jù)點。介紹了基巖標鉆孔結(jié)構(gòu)、標體結(jié)構(gòu)設計和施工工序，并從鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標體保護、標體穩(wěn)定性確定等方面闡述了基巖標建設關鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施。經(jīng)過3個月的施工，2個基巖標終孔孔斜、保護管深入新鮮基巖深度、標桿深入新鮮基巖深度等均符合標準要求。相關經(jīng)驗可供類似項目參考。

關 鍵 詞：基巖標；結(jié)構(gòu)設計；質(zhì)量控制；太湖流域；平原河網(wǎng)區(qū)

中圖法分類號：TV871 文獻標志碼：ADOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.S2.031

0 引言

基巖標是埋設在穩(wěn)定基巖上的水準點。將穩(wěn)定基巖體作為參照，通過標體構(gòu)件將其引至地面，從而成為測量基點^［1-2］。穩(wěn)定可靠的基巖水準點是水利部門開展水旱災害防御、水資源調(diào)度、水文測報、水利工程建設、地面沉降監(jiān)測等工作的重要基礎^［3-7］。

20世紀八九十年代，深層地下水超采導致太湖流域大部分區(qū)域形成漏斗區(qū)，引發(fā)地面沉降。各地方政府采取了封閉深層地下水井、禁止開采地下水等措施，流域內(nèi)地面沉降現(xiàn)象總體趨于減緩，但人類活動可能導致的地面沉降問題仍不能忽視，部分地區(qū)仍有不同程度沉降^［8-10］。太湖流域?qū)俚湫偷哪戏狡皆泳W(wǎng)地區(qū)，河道上下游水位比降小，地面沉降易引發(fā)水往高處流現(xiàn)象，流域精細化調(diào)度管理對水位精度要求更高。為增加流域內(nèi)可靠的高等級引測點，增強流域二等水準網(wǎng)的可靠性，太湖流域管理局在流域內(nèi)陸續(xù)建設了12座基巖標^［11］。隨著新時期流域治理管理要求的不斷提高，需要及時完善流域?qū)用娓叱炭刂凭W(wǎng)，為治水管水提供更加準確的數(shù)據(jù)支撐。因此，根據(jù)現(xiàn)有水文測站和已建基巖標空間分布特征，結(jié)合測繪、交通等行業(yè)高等級水準點實際，在蘇滬、浙滬邊界區(qū)域建設廊下基巖標、商榻基巖標，增加流域?qū)用娓叩燃壱龘?jù)點。本文主要介紹基巖標設計及施工質(zhì)量控制措施，相關經(jīng)驗可為后續(xù)項目提供參考。

1 基巖標設計

基巖標結(jié)構(gòu)設計關系到材料選擇、建設成本和施工建設質(zhì)量，對建設效果有著決定性作用，必須高度重視。基巖標結(jié)構(gòu)設計主要分為鉆孔結(jié)構(gòu)設計和標體結(jié)構(gòu)設計^［12］。

1.1 鉆孔結(jié)構(gòu)設計

在收集國家、地方及流域規(guī)劃設計中工程建設、地面沉降監(jiān)測等方面地質(zhì)資料的基礎上，結(jié)合流域水文站點空間分布特征，遵循管理利用便利并兼顧水事敏感區(qū)的原則，最終確定廊下基巖標、商榻基巖標建設地點分別為上海市金山區(qū)廊下水文站、上海市青浦區(qū)蓮湖港閘。根據(jù)DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測規(guī)范》中基巖標建設相關要求，確定地表至保護管深入新鮮、完整基巖面處鉆孔孔徑為300 mm，保護管深入新鮮、完整基巖面處以下至標底鉆孔孔徑為132 mm。

1.2 標體結(jié)構(gòu)設計

基巖標標體結(jié)構(gòu)主要包括保護裝置（保護管）、引測裝置（標桿）、導正裝置（扶正器）、標底裝置和地面裝置（標頭、保護設施）5大構(gòu)件組成（圖1）。

1.2.1 保護裝置

保護管的作用是保護引測設施，使標桿盡可能不被附近土層影響。保護管放置在鉆孔內(nèi)部，灌注水泥漿將其外壁與表層基巖、土體固結(jié)。地質(zhì)資料顯示，兩處建設地點基巖埋深均超過150 m，保護管選用規(guī)格為?168 mm×7 mm的DZ40地質(zhì)專用無縫鋼管。保護管底部安裝鋼質(zhì)環(huán)狀托盤，托盤規(guī)格為?230 mm×20 mm，材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。

1.2.2 引測裝置

為了保證基巖標整體的穩(wěn)定性和準確性，標桿結(jié)構(gòu)為三級寶塔結(jié)構(gòu)，材料選用DZ40地質(zhì)專用無縫鋼管，從上到下規(guī)格分別為?42 mm×6 mm、?73 mm×6 mm、?89 mm×6 mm，每級長度按照“九五分割”法確定^［10］。

1.2.3 導正裝置

扶正器的作用是導正、導直標桿，使標桿在保護管內(nèi)部居中，同時保證標桿、保護管相互獨立并單獨發(fā)揮作用。材料選用鋼珠式扶正器，材料為316不銹鋼，規(guī)格與保護管、標桿配套，按力學原理計算每9.5 m安裝1個扶正器。

1.2.4 標底裝置

標底裝置的作用是保證標桿底部與新鮮基巖固結(jié)成一體，保證其穩(wěn)固、可靠。標桿標底設置標桿托盤，托盤規(guī)格為?120 mm×15 mm，材料為DZ40地質(zhì)專用鋼材。

1.2.5 地面裝置

在標桿頂部設置主標頭，在保護管側(cè)面設置副標頭，根據(jù)管理和使用需要建設80 cm×80 cm的保護井，上部為不銹鋼頂蓋。

2 基巖標施工工序

與地質(zhì)、測繪等部門不同，水利部門建設基巖標的最終目標是設置穩(wěn)定的水準點，為水準引測、沉降監(jiān)測等工作開展提供便利。根據(jù)實際需要，確定施工工序為：場地平整→設備安裝調(diào)試→?245 mm鉆頭開孔→?311/300 mm鉆頭擴孔→圓孔、換漿→安裝保護管→水泥漿封固保護管→候凝→?132 mm鉆頭鉆進→基巖連續(xù)取芯5～10 m→?132 mm鉆頭圓孔至孔底→沖孔換漿→下標底及標桿→水泥漿封固標底→標頭安裝→灌注清水、防銹液→修筑保護井→場地恢復（圖2）。

3 基巖標建設關鍵環(huán)節(jié)質(zhì)量控制

基巖標屬于隱蔽工程，且投入資金多、施工工藝復雜，建成需要長久發(fā)揮作用，建設質(zhì)量控制是重中之重。不僅要保證結(jié)構(gòu)設計科學合理，還需要控制好鉆探、安裝的每個建設環(huán)節(jié)，保證其穩(wěn)定、可靠，才能長久發(fā)揮作用。在建設過程中，對于鉆孔垂直度控制、新鮮基巖面判斷、管材安裝控制、標體保護、標體穩(wěn)定性確定等關鍵技術(shù)環(huán)節(jié)和難點需要重點關注，以保證建設質(zhì)量。

3.1 鉆孔垂直度控制

鉆孔的垂直度必須滿足設計要求是基巖標建設繼續(xù)進行的前提，DZ/T 0283—2015《地面沉降調(diào)查與監(jiān)測規(guī)范》規(guī)定基巖標終孔深度小于300 m時，斜度不超過1°；終孔深度大于300 m且小于500 m時斜度不得大于1.5°。為控制鉆孔垂直度達到設計要求，施工時應從人員、儀器設備、操作、跟蹤測試等方面嚴格要求。

為保證鉆孔垂直度滿足要求，防止鉆孔出現(xiàn)傾斜，主要采取以下措施：①經(jīng)常檢查、調(diào)正鉆機、井架的水平、周正、穩(wěn)固，保證鉆塔、鉆機安裝不變形，地基基礎不變形，保證天車軸心、轉(zhuǎn)盤中心、鉆井中心三點成一條垂線。②為防止孔斜，鉆進時使用鉆鋌加壓，鉆鋌總質(zhì)量超正常壓值的30%，并在最下一根鉆鋌上面的適當位置加設4個扶正器。在鉆頭遇軟硬交界面時，采用較小的鉆壓鉆進，穿過交界面后再加到設計的鉆壓鉆進。③按設計要求每25 m使用測斜儀及時測斜一次，保證每鉆進50 m，基巖標井頂角累計遞增不大于0.2°。

3.2 新鮮基巖面判斷

新鮮基巖面的準確判斷是保障建設成功的最重要環(huán)節(jié)，如果判斷錯誤，就意味著建設失敗，需要重新選址建設。為保證基巖面判斷科學、準確，需要綜合考慮建設區(qū)域地質(zhì)情況、不同地層的巖性特征、不同深度巖樣的變化情況等，結(jié)合室內(nèi)鏡檢判斷巖石特性，確保標底落在穩(wěn)定的新鮮基巖上。

為準確判斷基巖面，保證標桿落在穩(wěn)定的新鮮基巖上，主要采取以下措施：①搜集附近區(qū)域地質(zhì)資料和行業(yè)基巖標建設成果資料，初步確定基巖面深度。②按照巖樣獲取的先后順序，對比判斷符合全風化—強風化—中風化—微風化的巖石風化規(guī)律。③將巖樣送到專業(yè)實驗室進行檢測，確定巖石硬度滿足標桿安裝要求。

3.3 管材安裝控制

管材安裝是基巖標建設質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，直接影響到其穩(wěn)定性和使用年限。基巖標管材安裝包括保護管、標桿、標頭、托盤、扶正器等的安裝，必須從源頭開始控制，做好材質(zhì)選擇、管材質(zhì)量檢定、安裝位置準確性控制、安裝穩(wěn)固性控制等。

為保證保護管質(zhì)量，起到對標桿的有效保護作用，采取以下措施：①保護管安裝前需對鉆孔進行反復清孔，保證孔底無沉渣方能開始安裝。②保護管安裝時底部安裝托盤，并做好居中導向，保證保護管順利安裝到指定位置。③保護管采用梯形螺紋外接管箍連接，吊裝時檢查每根保護管的絲扣車制情況，確保絲扣連接強度。④根據(jù)建設地點地質(zhì)條件，選擇強度等級為P·O 42.5的水泥進行固井，水泥漿密度控制在1.75～1.80 g/cm³，保證保護管四周均勻回填。⑤固井時用泥漿泵從鉆桿內(nèi)壓入孔內(nèi)，直至孔口返出水泥漿為止，停置4～6 h后將鉆桿提出，使用孔口封閉器封閉鉆孔不少于72 h，利用套管內(nèi)液柱壓力形成套管內(nèi)外的壓力平衡，促進套管外的封孔水泥狀態(tài)穩(wěn)定，初凝、終凝穩(wěn)定，使固井水泥可以盡快達到足夠強度，確保套管固井的最佳效果。⑥及時委托有關單位檢測鉆探獲取的巖石，保證保護管埋入新鮮基巖2 m。

為保證標桿安裝到位、標體穩(wěn)定，主要采取以下措施：①根據(jù)鉆孔深度嚴格按照“九五分割”法確定每一級標桿長度，確保符合規(guī)范要求。②標桿安裝前，使用適量清水反復清洗孔底，保證孔底無沉渣方可開始安裝標桿。③標桿安裝時底部安裝托盤，落在孔底基巖面上，使標底與標桿底部保持一定間隔。④標底采用水泥漿封固，根據(jù)實際標底鉆探深度精確計算水泥漿量，封固段不超過標底與保護管之間距離的80%。⑤標桿之間采用管箍公母絲扣連接方式，根據(jù)灌漿加壓候凝的壓力表變化情況判斷密封完好。⑥按照保護管安裝要求安裝標桿，標桿底部埋設在新鮮完整基巖內(nèi)5～10 m，確保引測標桿不受干擾。⑦及時委托有關單位檢測鉆探獲取的巖石，保證保護管埋入新鮮基巖2 m。⑧在保護管和標桿之間安裝不銹鋼材質(zhì)的鋼珠式扶正器，保持扶正器與保護管內(nèi)壁間隙在3～4 mm，保證標桿居中，并在垂直、水平方向均能活動。

3.4 標體保護

做好標體的保護是確?；鶐r標不受外界條件影響、長久穩(wěn)定、持續(xù)保持精確度的前提。從長遠來看，不僅要從選址考慮受外界影響大小，還要做好整體保護和防銹。

保持標體穩(wěn)定是保證基巖標長期利用的前提，主要采取以下措施：①盡可能將基巖標建設在流域機構(gòu)、地方水利部門管理的水文測站和水利工程范圍內(nèi)，避免受到開發(fā)建設影響和破壞。②建設專用的保護井對標體進行整體保護，并做好防銹處理。③結(jié)合工作需要對基巖標進行巡查，確保保護裝置不被隨意動用和破壞。

3.5 標體穩(wěn)定性確定

為保證標體穩(wěn)定性，在建設中做好記錄，準確把握每一個建設環(huán)節(jié)，并廣泛征求行業(yè)專家意見，從技術(shù)角度做好科學判斷；建設完成后從高等級水準點進行引測初步確定高程，并結(jié)合區(qū)域水資源開發(fā)利用、地下水開采等因素綜合判定其是否穩(wěn)定。

4 基巖標建設實踐

經(jīng)過3個月的施工建設，廊下、商榻基巖標2處基巖標標底深度分別為308.4 m和322.7 m；終孔孔斜分別為0.218°和0.126°，均小于規(guī)范要求的1.5°；孔深誤差分別為0.15‰和0.16‰，均小于規(guī)范要求的1‰；保護管深入新鮮基巖分別為3.9 m和2.8 m，達到規(guī)范要求“保護管的底部應進入新鮮基巖2 m”；標桿深入新鮮基巖分別為14.1 m和5.1 m，達到規(guī)范要求的“標桿底部一般應進入到完整基巖內(nèi)5～10 m”；固井使用的水泥、水灰配比合理，灌注的水泥漿量計算準確，凝固時間充足；保護管、標桿、扶正器材質(zhì)、尺寸、壁厚等均符合要求。

廊下、商榻2處基巖標建成后，與太湖流域管理局已建的12座基巖標構(gòu)成流域?qū)用娓油晟频母叱炭刂凭W(wǎng)絡，并與測繪、交通等行業(yè)及地方水利部門建設的基巖標相互補充，更好地服務于長江經(jīng)濟帶發(fā)展、長三角一體化發(fā)展等國家戰(zhàn)略和流域各項水利工作。

5 結(jié)語

基巖標建設是一項意義深遠的基礎工程，持續(xù)在水利、交通、能源等行業(yè)發(fā)揮著重要作用。在流域治理中，穩(wěn)定的水準高程控制網(wǎng)和基巖水準點意義重大，特別是在水旱災害防御、省際水事矛盾調(diào)處、水文測報、水資源調(diào)度等方面，更需要穩(wěn)定、可靠的基巖標提供數(shù)據(jù)支撐。

為保證基巖標長久發(fā)揮作用，提出以下建議：①基巖標建設完成后，定期從已知高等級水準點連測，獲得精確的高程信息和變化情況。②定期對基巖標進行維護保養(yǎng)，確保穩(wěn)定、可靠，保證其長久正常發(fā)揮作用。③充分重視基巖標建設的重大意義，在流域熱點區(qū)域和治理難點區(qū)域及時補充建設一定數(shù)量的基巖標，完善流域?qū)用娴母邔蛹壐叱炭刂凭W(wǎng)。④流域一定范圍還存在地面沉降和地面抬升趨勢，需定期對基巖標、水文測站和水利工程開展高程復測，及時了解流域和重點區(qū)域地面沉降變化情況，更好地開展流域?qū)用娴闹嗡芩ぷ鳌?/p>

參考文獻：

［1］ 嚴一華，汪拾金.基巖標的施工技術(shù)探討與實踐［J］.探礦工程（巖土鉆掘工程），2012，39（3）：55-58，64.

［2］ 戚惠民，龔士良.浦東國際機場基巖水準標設計與施工［J］.西部探礦工程，2000（4）：34.

［3］ 劉滿杰，趙文超，余宣興.基于地質(zhì)條件的海河流域千米級基巖標施工技術(shù)探討［J］.水科學與工程技術(shù)，2023（2）：61-64.

［4］ 熊福文.上海地面沉降精準監(jiān)測基準網(wǎng)構(gòu)建關鍵技術(shù)研究［J］.上海國土資源，2022，43（3）：117-123.

［5］ 蔡田露，盧毅，劉明遙，等.江蘇沿海地區(qū)地面沉降監(jiān)測網(wǎng)絡建設與優(yōu)化［J］.地質(zhì)學刊，2021，45（3）：290-298.

［6］ 尚貴佳，王鐵，李寶君，等.地下水位變化對金州水準基巖標石的影響分析［J］.防災減災學報，2021，37（2）：39-44.

［7］ 王文昱.曹娥江大閘樞紐工程控制網(wǎng)的研究與實施［J］.浙江水利科技，2010（1）：35-37.

［8］ 李亮，邢懷學，龔建師，等.太湖流域北部地下水化學特征及成因分析［J］.華東地質(zhì)，2022，43（2）：217-226.

［9］ 薛禹群，張云.長江三角洲南部地面沉降與地裂縫［J］.華東地質(zhì)，2016，37（1）：1-9.

［10］顧新月.長三角城市群府際合作問題研究［D］.長春：吉林財經(jīng)大學，2020.

［11］夏雄，董亮亮，張愛琴，等.常州區(qū)域地面沉降變化規(guī)律研究［J］.常州大學學報（自然科學版），2012，24（2）：45-48.

［12］吳春開，張燕平.軌道交通工程基巖標施工工藝探討［J］.城市建設理論研究（電子版），2017（33）：206-207.

（編輯：黃文晉）