《武汉工程大学学报》 2008年03期
40-43
出版日期：2008-03-31
ISSN:1674-2869
CN:42-1779/TQ
石宝寨文物保护工程的施工监控
0引言岩土是极其复杂的自然介质，它具有许多不确定的力学特性，为检验认识与论断的正确程度，当出现不利情况时，进行恰当的补救，岩土工程必须进行信息化施工.信息化施工就是根据前一段施工期间监测到的岩土体内力、变形等各种行为表现，及时捕捉大量的岩土信息，并比较勘察设计所预期的性状与监测结果的差别，对设计成果进行评价，判断施工方案的合理性，同时通过反演计算和修正岩土力学参数，预测下一阶段可能出现的状态，为施工期间进行设计优化提供可靠的信息，对后续施工方案提出建议，预报险情，并采取必要的工程措施的过程［1~3］.由于信息化施工的核心内容是施工监测与参数调整，因此也称之为施工监控［4，5］.1工程概况石宝寨位于重庆市忠县石宝镇，是国家级重点文物保护单位.三峡水库建成蓄水后，石宝寨将成为江心岛，由于年久失修，加之蓄水后水的冲刷、浸润及产生的动、静水压力，存在损毁的危险.因此国家文物部门投巨资进行修复与围护.该工程项目南北长约400 m，东西宽约500 m，总用地面积约0.2 km2.1.1工程地质场地为典型的丘陵地貌形态，石宝寨一带地形起伏大，寨顶呈长条形，长100 m左右，宽10～20 m，寨顶四周悬崖峭壁，最高点为209.9 m，上部为陡崖，崖高20～25 m，中部为陡坡，下部为缓坡.场地地下水为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水，地下水的pH值为7.38，不具有侵蚀性.场地属抗震设防6度区，场地类别为Ⅱ类.不良地质作用：玉印山有33处危岩体，滑塌体5处，石宝寨库岸再造强烈段约600 m.1.2设计概况主体工程为临江围堤、背江侧护坡仰墙和道路交通系统.临江围堤上部采用扶壁式挡墙，下部为T形桩加支撑结构，两者之间采用减压板联接.墙顶高程为176.15～176.31 m.减压板底部高程为154.25～170.50 m.背江侧底部采用干砌块石护坡，中部为混凝土护坡，中部与底部之间设有排水廊道、排水廊道下设有灌浆帷幕，上部为100 cm厚混凝土仰墙并配有锚杆.背江侧护坡仰墙两侧设有防渗墙，连接背江侧防渗帷幕与临江侧混凝土防渗墙.临江侧与背江侧之间设有浆砌石左挡墙及右挡墙.其它构筑物有排水廊道，箱涵和集水井及钢筋混凝土刚架码头.石宝寨江心岛东北方向设有一座连续四跨人行吊桥.2监测设计2.1监测项目考虑保护工程的重要性，依据业主、设计院和施工单位的要求，确定施工监测项目如下:a.建立水准基准点与观测站，为进一步施工监测做好基础工作；b.建(构)筑物变形监测.主要构筑物为扶壁式挡墙，在周边典型位置布置监测点，用水准仪和经纬仪观测挡墙顶面和边坡土体顶部的沉降与水平位移；c.挡墙深层不同深度水平位移监测；d.支护结构和锚杆受力监测.布置钢筋计监测钢筋混凝土挡墙内的受力状态、锚杆应力计监测加锚仰墙结构中锚杆的受力状况；e.孔隙水压力监测.采用孔隙水压力计监测不同深度水压力的变化；f.地下水位监测.布置水位计和水压力表，观测水位变化及其压力.2.2工程量与设备仪器选型监测工程量与监测仪器选型见表1.
表1监测工程量与监测仪器型号
Table 1Instrument type and engineering quantity
序号项目名称代号单位数量规格型号备注1垂直位移测点BM个10不锈钢2水准基准点组1不锈钢由三座水准标石组成3电子水准仪套1含铟钢尺4测斜孔IN个34.1测斜管m130PVC管Φ71 mm4.2测斜仪台1CX035测压管H根45.1电测水位台1YB26水尺SCm20CS7钢筋计R支15BGK491120Φ20 mm，Φ25 mm与钢筋匹配8锚杆应力计MR支3BGK491125Φ25 mm，与锚杆匹配9渗压计支5BGK4500S2支0.5 MPa,
3支0.3 MPa第3期李元松，等：石宝寨文物保护工程的施工监控
武汉工程大学学报第30卷
2.3监测仪器的布置监测断面及观测点的平面布置见图1.典型断面仪器的施工布置见图2.图1监测断面及观测点平面布设图
Fig.1The plane layout of monitoring图2典型监测断面仪器布置示意图
Fig.2The instrument disposal in typical
transects and measurement points3结果分析四个监测断面中，第二断面开挖最深，基底地质条件最差，山体陡峭，且面临江面，其监测数据具有代表性，因此以第二断面的监测结果为例进行分析探讨.3.1内力为监控T形桩，扶壁式挡墙施工过程中结构应力变化，沿墙高布设四支竖向应力计，一支横向应力计.随施工过程跟踪监测，其结果见表2.从表2结果可以看出，稳定时钢筋的最大正应力为11.8 MPa，发生在标高为151 m的R6处，最小正应力为6.70 MPa，发生在标高为163 m的R10处，最大负应力为-6.90 MPa,发生在R8处.若按设计墙顶标高175 m，墙底标高134 m，埋深约40 m，混凝土平均容重26 kN/m3计算，则结构平均自重应力为1.04 MPa，又混凝土的弹模与钢筋的弹模相差一个数量级，钢筋应力与结构平均自重应力相差一个量级，实测值11.80 MPa与此理论数据非常接近，因此可以判定结构竖向完全处于自重应力状态.横向钢筋R8的最大拉应力为-6.90 MPa，可以理解为主要是由回填土侧压力产生，与山体变形压力无关.
3.2水平位移根据施工特点，测斜仪以孔底为基点，孔底标高132.27 m.测斜用PVC管，直径Φ76 mm，随施工过程逐节安装，每节2 m,并按水利水电工程施工规范要求频次跟踪监测［6］.监测结构见表3.表2钢筋应力计监测结果
Table 2The results of reinforced bar metersMPa编号2006年9月15日10月15日11月15日12月15日2007年1月15日2月15日3月15日4月15日5月15日6月15日7月15日R105.405.506.006.156.506.506.506.70R96.206.806.506.907.007.157.507.807.80R8-5.50-5.50-5.60-6.50-6.50-6.60-6.80-6.90-6.90R73.506.106.656.566.706.806.907.007.508.00R6 9.7910.1010.2010.5011.0011.0511.1011.2011.3011.5011.80注:表中正号表示压应力,负号表示拉应力.
表3断面A2测斜仪监测结果
Table 3The data of measurement obliqueness instrumentcm
高程2006年7月
15日8月
15日9月
15日10月
15日11月
15日12月
15日2007年1月
15日2月
15日3月
15日4月
15日5月
15日6月
15日7月
15日175 m〖14〗4.504.50170 m〖11〗4.504.504.504.504.50165 m〖7〗4.614.664.704.704.704.704.704.70160 m〖6〗4.504.564.604.604.604.604.604.604.60155 m〖5〗3.703.803.904.004.504.604.604.604.604.60150 m〖4〗2.803.003.303.403.403.503.503.503.503.503.50145 m1.851.902.102.202.222.30 2.402.402.402.402.402.40140 m 1.501.601.701.701.801.801.90 1.902.00 2.002.002.10 2.10135 m0.500.800.85 0.86 0.76 0.901.001.10 1.20 1.201.201.201.20 注:表中正号表示沿江心方向位移,负号表示向岩体内位移.
表3数据显示测孔位移自孔底向上逐渐增大，但至155 m以上位移稳定在4.50 cm.这可解释为墙体底部受土体侧压力作用下有向江心方向移动，随墙体增高，填土压力逐渐增大，至156 m处最大，其值为4.6 cm.随后由于减压板形成，其上填土不断没有增大墙体侧移，反而因填土重力产生反力矩，使墙体向内移动，因此163 m以上墙体位移稳定在4.5 cm之内.应力与位移监测结果表明，扶壁式挡墙的设计与施工均处于安全稳定状态.所有内力与变形均来自土体的侧压力与结构自重，与山体变形压力无关.3.3锚杆应力为监测背江侧防渗墙底槽开挖对上部支护结构（混凝土仰墙+锚杆）的影响，在第四断面布设三支锚杆应力计.应力计型号与锚杆直径匹配，对接，如图3所示.监测结果见表4.结果表明:三支锚杆应力量级不高，MR3的应力最大，其值为7.90 MPa，位于支护结构的上部.MR1的应力最小，其值为6.0 MPa，位于支护结构的下部.整个施工过程中应力变化不很明显.说明防渗墙基槽开挖对上部围护围结构影响不大.同时也说明围护结构的设计与施工都很安全，山体处于稳定状态.图3锚杆应力计布设示意图
Fig.3The layout sketch of rockbolt meter3.4地下水压力为了解施工过程中，墙体内侧地下水的影响，在临江侧三个断面分别埋设5支渗压计，背江一侧沿排水廊道两侧埋设4支测压管.结果表明地下水压力均在0.01~0.05 MPa之间.测压管水位均在孔底附近，未见渗流水.表4锚杆应力计监测结果
Table 4The measurement results of anchor bar metersMPa
编号2006年8月
15日9月
15日10月
15日11月
15日12月
15日2007年1月
15日2月
15日3月
15日4月
15日5月
15日6月
15日7月
15日MR15.60 5.755.805.80 5.80 5.90 5.905.906.006.156.006.00MR26.50 6.706.556.20 6.80 6.50 6.907.007.157.507.807.80MR37.50 7.507.507.50 7.50 7.60 7.507.507.607.807.907.90注:表中数据均为拉应力.4结语经四个典型断面支护结构的水平位移和内力监测，辅之以孔隙水压力和地下水位的观测，并在结构顶面布设多个水平及竖向位移观测点.基本掌握了整个山体的变形、受力和水环境情况.近一年半的施工与跟踪监测，可以得出以下结论：a. 监测数据是有效的.所有数据都能得到合理的解释，并没有其它工程中常见的异常的波动，说明仪器性能稳定，精度可靠，安装合理，保护得当，完好率达95%.b.扶壁挡墙的水平位移与钢筋应力的测试结果表明，墙体施工过程中位移与内力均由自重与填土压力产生，与山体变形压力无关，围护结构与山体均处于稳定平衡状态；锚杆应力表明仰墙加锚杆的护坡方式是合理安全的.所装仪器不仅有效地为施工监控提供有力保证，同时为工程竣工后永久性安全监测打下良好基础.