海塘工程涉河涉堤项目安全监测方案研究

王建华，王海礼，赵 凡，朱娴娴，陈 洲

(1.浙江省钱塘江流域中心，浙江 杭州 310016；2.浙江省钱塘江管理局勘测设计院，浙江 杭州 310016)

浙江省沿海地区一直受洪水、潮汐、涌潮、风浪、风暴潮的威胁，海塘是沿海地区防御洪潮灾害的主要工程设施，对保护沿海人民生命财产安全、维护社会安定、促进经济社会可持续发展起着重要作用。全省现有一线海塘2014 km，备塘931 km，大多为20世纪末和21世纪初建设的以混凝土、浆砌块石为护面的斜坡塘或直立式标准海塘，钱塘江河口还有部分距今约300年的明清时期古海塘和近现代(民国时期和新中国成立前后)建造的混凝土塘。海塘工程是典型的线型工程，与水库大坝和一般的堤防工程相比，形式更多样，不同海塘结构差异更大，图1为钱塘江海宁段明清时期古海塘典型断面。

图1 古海塘典型断面图(单位：m)

近年来，随着经济社会的快速发展，沿海地区大规模基础设施建设逐渐增多，取排水工程、管道管线工程、隧道桥梁工程、码头渡口工程、闸站工程等工程均会涉及海塘，或跨越或穿越或平行或搭设， 施工和运行期间均会不同程度影响海塘安全，尤其在海塘周边近距离开展基坑开挖、顶管盾构、重机行走等时，塘身周边土层原始应力发生改变，土体平衡遭到破坏，从而对海塘安全产生一定影响。因此，作为项目审批监管的重要环节和手段，为确保海塘安全，开展海塘安全监测是必要的。

2012年水利部发布了《土石坝安全监测技术规范》，针对土石坝提出了变形、渗流、压力(应力)、环境量等指标的监测要求。2020年水利部发布的《堤防工程安全监测技术规程》，对堤防工程的常规监测提出了变形、渗流、土压力与应力应变、环境量等要求，增加了根石探测和隐患探测两个专项探测。这两个技术标准针对工程本身日常运行情况进行监测，而对涉堤项目对工程安全的影响没有提出针对性的监测措施。因此,有必要对涉河涉堤项目按照施工方式进行分类，分析不同方式对海塘造成的影响，同时结合海塘结构特点，提出海塘涉河涉堤项目安全监测方案，并按照“技术可靠、经济合理”原则，规范海塘安全监测设计，实现海塘动态实时监测和预警，提升安全监管能力，保障海塘工程运行安全。

1 涉河涉堤项目影响分区与安全监测设计

涉河涉堤项目影响区是指项目施工时对周围岩土体和周边环境造成的影响区域，根据施工对周围岩土体扰动和周边环境影响的程度与范围，可划分为主要、次要和可能等三个影响区[1]。不同影响区对安全监测的监测项目设置、测点布置要求不同。海塘涉河涉堤项目一般分为基坑工程、穿堤工程、跨堤工程、其他工程等四类，不同类别其影响分区的计算方法及安全监测布置有所不同。

1.1 基坑工程

基坑工程主要是指涉河涉堤项目中涉及的施工工作井、下沉式道路、管线沟槽等明挖工程，形成敞开式工作面，容易造成海塘滑坡、倾斜、沉降、裂缝、透水等安全隐患。基坑工程影响分区根据基坑深度确定，计算范围见表1。海塘在基坑工程主要影响区内，应开展竖向位移(沉降)、表层水平位移、深层水平位移、裂缝等监测；在次要影响区内，应开展竖向位移和裂缝监测；在可能影响区内，一般仅对沉降开展监测。除上述必测项目外，可根据实际情况增加其他监测项目。

表1 基坑工程影响分区

1.2 穿堤工程

穿堤工程主要是指采用盾构、顶管或定向钻施工方法从海塘塘身或下部穿越施工的工程，以隧道和管道最为常见，施工和运行期间容易造成海塘沉降、塌陷、倾斜、裂缝、透水等安全隐患[2]。穿堤工程影响分区根据底板埋深确定，计算范围见表2。海塘在穿堤工程主要影响区内时，应重点开展沉降、深层水平位移、土体分层竖向位移等监测，在次要影响区内应开展沉降监测，其他可根据实际情况选测。

表2 穿堤工程影响分区

1.3 跨堤工程

跨堤工程主要指桥梁、渡槽、管道等建筑物跨越海塘施工的工程。临近海塘的跨堤建筑物支墩施工，需基坑开挖时参照基坑工程监测要求，支墩桩基施工时，施工期间容易造成海塘沉降、塌陷、倾斜、透水、裂缝等安全隐患。跨堤工程影响分区根据入土桩长确定，计算范围见表3。桩基分为挤土桩和非挤土桩两类，挤土桩对海塘的破坏力更强。海塘在挤土桩主要影响区内时，应开展沉降、水平位移、深层土体水平位移、孔隙水压力等监测;在次要影响区内应开展竖向位移、水平位移监测，非挤土桩可适当降低监测要求。

表3 跨堤工程影响分区

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、打桩和真空(堆载)预压等工程。填土、堆载和真空预压等土体应力发生较大变化时，应对海塘沉降、水平移位和孔隙水压力等进行监测。采石爆破、打桩和机械运行等产生较大振动影响时，应对海塘进行振动专项监测。

2 主要监测项目与测点布置要求

针对海塘工程结构特点，涉河涉堤项目安全监测主要以垂直位移(沉降)、水平位移(包括表层水平位移和深层水平位移)、土体分层竖向位移、裂缝等变形监测为主，辅之塘身浸润线、渗透压力等渗流监测，特殊塘段如古海塘或遇特殊施工环境时还需开展土压力、倾斜、振动等专项监测。监测点应布设在能反映海塘结构变形特征的关键部位和受施工影响敏感的部位，具体要求如下：1) 竖向位移测点应沿海塘横断面布置，每个断面布置3～5个测点，主要影响区每10～20 m布置一个断面，次要影响区20～30 m布置一个断面，可能影响区30～50 m布置一个断面；2) 表层水平位移测点宜布置在挡墙、塘顶等相对稳定结构上，主要影响区每10～20 m布置一个，次要影响区和可能影响区可根据工程需要选测；3) 深层水平位移、土体分层竖向位移、地下水位以及孔隙水压力测点宜沿海塘横断面布置，每个断面布置1～2个测点，主要影响区每20～50 m布置一个断面，次要影响区和可能影响区可根据工程需要选测合理布置；4) 裂缝、振动、土压力等应根据现场调查情况合理布置，裂缝监测一般作为已发现出现裂缝后的应急监测措施使用；5) 遇海塘安全度较敏感、工程地质条件特别复杂等情形时，应加密观测。

3 监测周期、频率与预警控制值

3.1 监测周期

海塘安全监测一般分施工期和运行期两个部分。施工期监测是指涉河涉堤项目施工进入海塘次要影响区范围时至项目施工结束期间，对海塘开展的安全监测。运行期监测是指涉河涉堤项目施工完成，进入运行初期仍需对海塘开展的安全监测，直至监测数据趋于稳定，一般为1年;大型的基坑开挖、穿堤管道等设施，可适当延长至2年。

3.2 监测频率

海塘安全监测频率设置遵循“可控、合理、经济”原则，根据施工方法、施工进度、海塘工程级别、地质条件和周边环境条件等综合确定，能及时、系统地反映监测对象的动态变化过程。人工监测时不同工程类别的安全监测频率参考表4～表6，自动化监测可根据数据分析需要确定，原则上不低于1次/h。

表4 基坑工程主要影响区海塘安全监测频率参考表[3]

表5 穿堤工程海塘安全监测频率参考表

表6 跨堤工程(桩基类)海塘安全监测频率参考表

3.3 预警控制值

海塘安全监测的目的是及时发现和控制涉河涉堤项目对海塘造成的破坏，因此，合理确定安全监测项目的预警控制值较为关键。海塘安全监测项目预警控制值应在调查分析海塘结构形式、修筑年代、地质条件等基础上，结合海塘与涉河涉堤项目的空间位置关系，并参考规范规定和类似工程经验，由设计单位提出。若设计未明确的，可参考表7确定。

表7 涉河涉堤项目海塘安全监测参考预警控制值

4 自动化监测与实时预警

海塘安全自动化监测是海塘安全管理的重要手段，能更好地实时预警，防止隐患和险情扩大，提高应急快速反应能力[5]。涉河涉堤项目符合下列情况之一时，海塘安全监测应以自动监测为主，人工监测为辅：1) 海塘处在涉河涉堤项目主要影响区内；2) 在古海塘周边实施的；3) 施工工期涉及一个以上主汛期的；4) 涉河涉堤项目次要和主要影响区内的海塘地基结构复杂、地质条件较差的；5) 观测数据分析需要高频次监测的；6) 受周边环境影响，人工监测难以实施的；7) 管理需要需开展自动化监测的。

自动化监测仪器技术指标满足相应的国家或行业标准要求，应从设备产品耐久性、稳定性、精度、维护方便等方面综合选用。监测数据的采集、传输、分析处理、可视化展示及数据安全保密应符合相关管理部门的规定。自动化监测平台应具有实时图表展示、自动分析预警和监测报告自动生成等功能[6]。

海塘安全监测采用“四色”管理与预警机制，即根据海塘安全情况分为绿、黄、橙、红四级:1) 绿色状态；累计变化量、变化速率“双控”指标均小于监测项目预警控制值的70%；2) 黄色预警；累计变化量、变化速率“双控”指标均大于等于监测项目预警控制值的70%，或“双控”指标之一达到预警控制值的85%；3) 橙色预警；累计变化量、变化速率“双控”指标均等于或大于监测项目预警值的85%，或“双控”指标之一达到预警控制值；4) 红色预警；累计变化量、变化速率“双控”指标之一超过预警控制值。海塘管理单位和涉河涉堤项目法人应根据预警等级建立相应的警情报告、应急响应和消警制度。监测过程中，当发现下列状况之一时，按红色预警管控：1) 涉河涉堤项目出现突发情况，危及海塘结构安全；2) 海塘出现明显沉降或较严重裂缝、坍塌、滑移等迹象；3) 海塘坡脚出现涌沙、涌土、管涌、较严重的渗漏水、突水等情况；4) 发生其他对海塘安全影响较大的事件。

5 结 语

1) 目前，针对海塘安全监测的技术规范较少，又缺乏可操作性，因此在充分了解涉河涉堤项目与海塘之间关系的基础上，针对海塘特有的结构特点，提出安全监测方案，加强对涉河涉堤项目海塘安全监测工作的指导，确保海塘安全，具有重要意义。

2) 分析涉河涉堤项目对海塘结构安全的影响特征，分基坑工程、穿堤工程、跨堤工程和其他工程四类，提出主要、次要和可能影响区，不同影响区提出相应的安全监测要求，为涉河涉堤项目的海塘安全监测提供了合理可行的解决方案。不同涉河涉堤项目的影响区设定、海塘安全监测项目设置、监测频率和预警控制值确定等仍需在实践中不断总结提炼。

3) 为进一步加强海塘安全管理，开展海塘安全自动化监测是必要的。对海塘安全状态采用绿、黄、橙、红四色显示和实时预警，为海塘安全实时动态监控提供了方法，进一步提升了海塘安全管理应急反应能力。