綜合管廊基坑施工監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

1、綜合管廊基坑施工監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用趙青1，湛雅璇1（1.安徽建筑大學(xué)土木工程學(xué)院）摘要：近幾年以來(lái)，隨著我國(guó)工程建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)和打造地下工程和空間，對(duì)提高土地資源利用水平和緩解城市交通問(wèn)題有著重要意義。在地下工程中，基坑工程是其最重要的基礎(chǔ)，在基坑開(kāi)挖的同時(shí)，還需要對(duì)基坑工程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保障工程安全進(jìn)行。本文根據(jù)臨泉廬陽(yáng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園廬陽(yáng)大道綜合管廊深基坑工程案例，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程中基坑的變形、地下水、坡頂位移等指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)，總結(jié)和分析了監(jiān)測(cè)結(jié)果，為其他管廊的設(shè)計(jì)，施工和監(jiān)測(cè)提供了借鑒和參考。關(guān)鍵詞：管廊基坑；監(jiān)測(cè)；變形；坡頂位移1 工程概況臨泉廬陽(yáng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園選址于臨泉縣單橋鎮(zhèn)和臨泉經(jīng)濟(jì)

2、開(kāi)發(fā)區(qū)范圍內(nèi)，規(guī)劃面積15平方公里。其中，起步位于臨泉經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)南部，面積5平方公里。廬陽(yáng)大道（白溝西路-外環(huán)東路）支線(xiàn)型地下綜合管廊，長(zhǎng)度為2.88公里，采用雙艙斷面，斷面外尺寸采用8.3m×3.95m，采用SP-型鋼板樁、H型鋼腰梁、609×16鋼管支撐，450型液壓振動(dòng)錘擊法沉樁，對(duì)于鋼板樁打不進(jìn)去的情況采用水刀引孔?；觽?cè)壁安全等級(jí)為1級(jí)，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)1.1。廬陽(yáng)大道全部段鋼板樁支護(hù)先采用1:1放坡開(kāi)挖2m3m后打鋼板樁相結(jié)合支護(hù)形式。為保證基坑工程施工過(guò)程的安全可靠，根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范（GB50497-2009）中有關(guān)規(guī)定，基坑工程施工中對(duì)基坑的變形、地

3、下水、坡頂位移等指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測(cè)。1.1工程地理位置及周邊環(huán)境管廊施工周邊為平原地形，主要位于在霞光大道與姜尚大道西南方向位置，大部分為耕田用地。在匯泉路和霞光大道交口西南側(cè)有在建公投，施工時(shí)需注意對(duì)建筑物的影響；匯泉路和金城路交口有個(gè)自然村莊，經(jīng)拆遷一部分，滿(mǎn)足金城路施工要求。周邊有白溝、匯泉河、臨艾河3條水系，具體如圖1所示。圖1 工程地理位置及周邊環(huán)境圖廬陽(yáng)大道管廊穿越臨艾河，管廊穿越水系時(shí)采用降低標(biāo)高下穿方式，施工時(shí)基坑支護(hù)采用鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。工程范圍內(nèi)主要施工障礙物有民房、線(xiàn)桿、樹(shù)木、溝溏等，現(xiàn)在大部分已拆遷遷移處理完畢，經(jīng)調(diào)查在鋼板樁施工范圍內(nèi)沒(méi)有燃?xì)?、電力、通信等?.2工程地質(zhì)

4、條件及水文特性根據(jù)廬陽(yáng)大道管廊鉆探揭露分層，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)定名，該場(chǎng)地內(nèi)各巖土層地基自上而下分別描述如下：一層為耕填土，灰黑色，中密，沿線(xiàn)主要為農(nóng)田，以粘性土為主，含大量植物根莖，局部位置為碎填土，含碎石及砂土，層厚0.50m2.40m，層頂標(biāo)高為34.137.85m。二層為粉質(zhì)黏土，褐灰、黃褐色、褐黃色，可塑，局部硬塑，稍濕至濕,含少量鐵錳結(jié)核，底部含少量姜石，局部位置下部夾薄層粉土。斷面粗糙，切面光滑稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等。場(chǎng)地普分布。層厚4.40m8.4m；層頂標(biāo)高31.75m36.45m；層頂埋深0.50m2.40m。三層為粉土夾粉質(zhì)黏土，褐黃色，局部為灰褐色,中密密實(shí)，濕

5、很濕，夾粉質(zhì)黏土薄層，局部混粉土與細(xì)砂，場(chǎng)地普遍分布。本層最大揭露厚度9.60m；層頂標(biāo)高26.18m29.45m;層頂埋深4.40m9.80m。標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)26.032.0擊。廬陽(yáng)大道沿線(xiàn)水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，地下水類(lèi)型主要為上層滯水和粉質(zhì)粘土中的孔隙水。上層滯水主要由大氣降水、地表水滲入補(bǔ)給，受天氣、人工因素和地勢(shì)影響較大，易在低洼處聚集。粉質(zhì)粘土中的孔隙水主要由地表水滲入和地下水滲流補(bǔ)給?？菟陟o止水位埋深一般在4.205.50m。工程建設(shè)過(guò)程中地質(zhì)環(huán)境將發(fā)生變化，場(chǎng)地地下水補(bǔ)給、涇流、排泄等條件將隨之發(fā)生改變，其地下水位年變化幅度在3.00米左右。根據(jù)本地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合環(huán)境水文地質(zhì)

6、資料及參考附近水質(zhì)分析報(bào)告，擬建場(chǎng)地土及地下水對(duì)砼有微侵蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微侵蝕性。地下水位以上場(chǎng)地土對(duì)建筑材料有微侵蝕性。2 監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)方案2.1工程監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)布置 在基坑周邊布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)點(diǎn)間距不大于25m，觀測(cè)點(diǎn)平面布置如圖2所示：圖2 觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工開(kāi)挖前進(jìn)行埋設(shè)，監(jiān)測(cè)周期為：每層土方開(kāi)挖后監(jiān)測(cè)一次，雨后監(jiān)測(cè)一次，變形加速且不收斂時(shí)加密觀測(cè)次數(shù)，基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，2-5天監(jiān)測(cè)一次，半個(gè)月后5天監(jiān)測(cè)一次，以后每15天觀測(cè)一次。2.2坡頂位移在坡頂設(shè)置豎向位移和水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，豎向位移和水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)合二為一，水平位移檢測(cè)采用全站儀建立坐標(biāo)系統(tǒng)，通過(guò)直接觀測(cè)

7、點(diǎn)位坐標(biāo)值來(lái)確定水平位移。適時(shí)測(cè)量地表沉降變化情況。2.3軸力監(jiān)測(cè)鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)每隔3個(gè)支撐布置個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，基坑支護(hù)頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用鋼筋水泥加固法設(shè)置，鋼筋直徑不小于16毫米，鋼筋埋設(shè)深度不小于0.35米（或水泥加固至穩(wěn)固層）或在支護(hù)樁體打入鋼釘。本工程采用端頭軸力計(jì)進(jìn)行軸力測(cè)試。將軸力計(jì)安裝架與H型鋼支撐端頭對(duì)中并牢固焊接。在擬安裝軸力計(jì)位置的墻體鋼板上焊接一塊250×250×25mm的加強(qiáng)墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計(jì)陷入鋼板，影響測(cè)試結(jié)果；待焊接溫度冷卻后，將軸力計(jì)推入安裝架并用螺絲固定好；安裝過(guò)程中必須注意軸力計(jì)和鋼支撐在一直線(xiàn)上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過(guò)軸力

8、計(jì)正常傳遞到支護(hù)結(jié)構(gòu)上。基坑開(kāi)挖時(shí)用頻率儀測(cè)試鋼支撐的應(yīng)變，再用彈性原理即可計(jì)算鋼支撐的軸力。2.4基坑周邊的地下水位監(jiān)測(cè)采用水位管和水位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。用鉆機(jī)成孔，孔徑110，孔深15m，間距25m，呈梅花形布置。在孔內(nèi)放置80PVC管做水位管，管頂露出地面約300mm，并用粗砂將孔壁和管之間填滿(mǎn)。 電測(cè)水位計(jì)由測(cè)量鋼尺、側(cè)頭、測(cè)讀訊響器等組成。當(dāng)側(cè)頭觸及到水位時(shí)訊響器發(fā)音，根據(jù)訊響聲讀取測(cè)量鋼尺的讀數(shù)，即可得到地下水位深度。水位管放入水位孔后，孔隙用砂填充，距地面約0.5m高度用水泥砂漿天使，避免地表水流入管里。3 施工過(guò)程中突發(fā)事件處理措施3.1地面沉降、坑底隆起 若地面沉降速率過(guò)大并有坑底

9、隆起現(xiàn)象，應(yīng)迅速回填反壓，并采用靜壓注漿等措施迅速加固坑底，特別注意挖土?xí)r間和挖土順序，若有深層土體流動(dòng)跡象，應(yīng)立即停止挖土，隨后會(huì)同業(yè)主、監(jiān)理各方一起分析原因，制定下一步對(duì)策后方可施工，并應(yīng)立即加設(shè)基坑外沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。3.2基底流砂、管涌 應(yīng)立即采用細(xì)石或綠豆砂將管涌口覆蓋以減少涌水口的砂土流失，同時(shí)在坑底挖臨時(shí)集水坑用水泵進(jìn)行明排水，對(duì)坑中土進(jìn)行搶挖。如果管涌點(diǎn)過(guò)多，則應(yīng)在坑底做細(xì)石墊層。當(dāng)集水井排水使坑中水位低于基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，立即進(jìn)行砼墊層的澆筑。3.3支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆 支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆是在支護(hù)變形失穩(wěn)后產(chǎn)生的，其可能產(chǎn)生的危害包括：下部結(jié)構(gòu)損壞、施工人員群死群傷等。其后果較嚴(yán)重，若發(fā)生此類(lèi)事

10、故，應(yīng)采取的措施包括： （1）迅速調(diào)用應(yīng)急設(shè)備，如挖掘機(jī)、起重機(jī)等，對(duì)未完全傾覆的板樁施加外力，如拉住板樁頂部、扶正傾斜的內(nèi)撐等。延緩其傾覆的速度，為施工人員撤離現(xiàn)場(chǎng)、保護(hù)完工產(chǎn)品等爭(zhēng)取時(shí)間。 （2） 傾斜不太嚴(yán)重的板樁在人員撤離后用拉錨、加H型鋼斜撐的辦法阻止其過(guò)大變形，在變形穩(wěn)定后恢復(fù)其形狀。 （3）傾覆嚴(yán)重的基坑在人員撤離后迅速用土回填，使其不致產(chǎn)生進(jìn)一步的危害，再通知監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)部門(mén)，共同研究下一步的解決方案。3.4支護(hù)結(jié)構(gòu)變形 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形包括鋼板樁變形、H型鋼腰梁彎曲及扭轉(zhuǎn)、H型鋼支撐彎曲等情況，對(duì)于可能出現(xiàn)的情況其處理措施如下： （1）鋼板樁變形可能由于基坑側(cè)荷載集中或超限、

11、內(nèi)支撐未頂緊鋼板樁等原因引起，應(yīng)采取的措施包括撤除基坑邊堆放的材料、設(shè)備，挖除基坑外的筑島頂部0.51m的土方來(lái)減荷，在圍囹與板樁的間隙打入木楔或鋼楔。 （2）內(nèi)支撐變形可能由于基坑側(cè)荷載集中或超限、內(nèi)撐未頂緊H型鋼腰、坑壁土壓力增大、對(duì)于內(nèi)撐失穩(wěn)原因引起的變形，則應(yīng)增加內(nèi)撐或撤換內(nèi)撐，撤換內(nèi)撐應(yīng)先換后撤。 （3）內(nèi)撐彎曲可能由于坑壁土壓力增大、內(nèi)撐安裝不穩(wěn)固、焊接質(zhì)量問(wèn)題等引起。此時(shí)應(yīng)先對(duì)坑壁卸載，再撤換內(nèi)撐。3.5 地表裂縫在整個(gè)施工開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)連續(xù)觀察鄰近地表、地物的開(kāi)裂、變形情況。當(dāng)基坑頂部的側(cè)向位移與當(dāng)時(shí)開(kāi)挖深度之比超過(guò)3時(shí)，應(yīng)密切加強(qiáng)觀察并及時(shí)對(duì)支護(hù)采取加固措施，必要時(shí)增用其它支

12、護(hù)方法。4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析4.1地表沉降監(jiān)測(cè)對(duì)各測(cè)點(diǎn)按照計(jì)劃進(jìn)行監(jiān)測(cè)，至2017年10月3日，本段地表沉降累計(jì)變化量監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)如圖3所示，可以看出，地表沉降量變化均勻并趨于緩和，地表沉降變化量最大值:-2.11mm，位于DBC32-3，其平均變化速率為-2.11mm/d；地表沉降累計(jì)變化量最大值：-15.95mm，位于DBC46-3。各測(cè)點(diǎn)均無(wú)異常，地表沉降日變化量及累計(jì)變化量均未超過(guò)預(yù)警值。圖3 地表沉降累計(jì)變化量曲線(xiàn)4.2地下水位監(jiān)測(cè)基坑周邊的地下水位對(duì)基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著重要作用，深基坑位于地下水位以下，在開(kāi)挖時(shí)需要降低地下水位并進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為確保管廊順利施工，使地下水位降至基底0.5m以下

13、，以便在無(wú)水干燥的條件下開(kāi)挖土方和進(jìn)行管廊施工，既可避免大量涌水、冒泥、翻漿和流沙對(duì)施工造成的影響，又由于土中水分排除后，動(dòng)水壓力減小，大大提高邊坡的穩(wěn)定性。在本次監(jiān)測(cè)中，測(cè)點(diǎn)SW20出現(xiàn)地下水位變化量最大值-233mm，其平均變化速率為-233mm/d；地下水位累計(jì)變化量最大值：472mm，位于測(cè)點(diǎn)SW18。各測(cè)點(diǎn)均無(wú)異常，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，施工過(guò)程中，本次地下水位日變化量及累計(jì)變化量未超過(guò)預(yù)警值。地下水位累計(jì)變化量監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)如圖4所示：圖4地下水位累計(jì)變化量曲線(xiàn)4.3樁頂水平位移監(jiān)測(cè)廬陽(yáng)大道段管廊基坑開(kāi)挖采用SP-拉森鋼板樁支護(hù)，鋼板樁長(zhǎng)度為15m，間距為0.9m。本次監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。樁頂水

14、平位移變化量最大值： -1.40mm，位于ZQS9-1；其平均變化速率為-1.40mm/d；本期樁頂水平位移累計(jì)變化量最大值：14.90mm，位于ZQS120-1。本次樁頂水平位移日變化量及累計(jì)變化量未超過(guò)預(yù)警值。圖5 樁頂水平位移累計(jì)變化量曲線(xiàn)4.4鋼支撐軸力檢測(cè)本工程采用采用端頭軸力計(jì)對(duì)主要斷面進(jìn)行軸力測(cè)試，基坑開(kāi)挖時(shí)用頻率儀測(cè)試鋼支撐的應(yīng)變，再用彈性原理即可計(jì)算鋼支撐的軸力。監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿里程方向隔三撐（約20m）設(shè)置一個(gè)，各測(cè)點(diǎn)按照計(jì)劃進(jìn)行監(jiān)測(cè)，支撐軸力累計(jì)變化量曲線(xiàn)如圖6所示。本次所有測(cè)點(diǎn)中，軸力變化量最大值-8.3kN,位于ZCL91-1，其平均變化速率為-8.3kN/d；軸力累計(jì)變化量

15、最大值：38.4KN，位于ZCL14-1。各測(cè)點(diǎn)均無(wú)發(fā)生異常，鋼支撐軸力日變化量及累計(jì)變化量均未超過(guò)預(yù)警值。圖6 支撐軸力累計(jì)變化量曲線(xiàn)4.5測(cè)斜在基坑監(jiān)測(cè)中國(guó)，測(cè)斜能夠反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水土壓力作用下連續(xù)性變形特征，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全顯得尤為重要。本工程使用測(cè)斜儀測(cè)量各種不同深度的土體的水平位移，各測(cè)點(diǎn)按照計(jì)劃在正常條件下完成監(jiān)測(cè)，其中本次監(jiān)測(cè)中累計(jì)位移最大點(diǎn)為CQT22，累計(jì)位移為16.07mm，累計(jì)位移最小點(diǎn)為ZQT17，累計(jì)位移為12.90mm，兩測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移曲線(xiàn)如圖7所示。圖7 累計(jì)水平位移曲線(xiàn)5 結(jié)論與分析通過(guò)對(duì)臨泉廬陽(yáng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園廬陽(yáng)大道綜合管廊深基坑工程施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)分析，可以得出以下結(jié)論：（1）由于本工程管廊基坑開(kāi)挖較深，鋼板樁的垂直度及搭接十分重要，當(dāng)開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鋼板樁