綜合管廊基坑施工監(jiān)測方案設計研究及應用分析研究 土木工程專業(yè)

1、綜合管廊基坑施工監(jiān)測方案設計研究及應用摘要：近幾年以來，隨著我國工程建設的快速發(fā)展，建設和打造地下工程和空間，對提高土地資源利用水平和緩解城市交通問題有著重要意義。在地下工程中，基坑工程是其最重要的基礎，在基坑開挖的同時，還需要對基坑工程進行監(jiān)測，保障工程安全進行。本文根據(jù)臨泉廬陽現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園廬陽大道綜合管廊深基坑工程案例，通過對施工過程中基坑的變形、地下水、坡頂位移等指標進行科學監(jiān)測，總結和分析了監(jiān)測結果，為其他管廊的設計，施工和監(jiān)測提供了借鑒和參考。關鍵詞：管廊基坑；監(jiān)測；變形；坡頂位移1 工程概況臨泉廬陽現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園選址于臨泉縣單橋鎮(zhèn)和臨泉經(jīng)濟開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)，規(guī)劃面積15平方公里。其中，起步位

2、于臨泉經(jīng)濟開發(fā)區(qū)南部，面積5平方公里。廬陽大道（白溝西路-外環(huán)東路）支線型地下綜合管廊，長度為2.88公里，采用雙艙斷面，斷面外尺寸采用8.3m3.95m，采用SP-型鋼板樁、H型鋼腰梁、60916鋼管支撐，450型液壓振動錘擊法沉樁，對于鋼板樁打不進去的情況采用水刀引孔?；觽缺诎踩燃墳?級，結構重要系數(shù)1.1。廬陽大道全部段鋼板樁支護先采用1:1放坡開挖2m3m后打鋼板樁相結合支護形式。為保證基坑工程施工過程的安全可靠，根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范（GB50497-2009）中有關規(guī)定，基坑工程施工中對基坑的變形、地下水、坡頂位移等指標進行科學監(jiān)測。1.1工程地理位置及周邊環(huán)境管廊施工周

3、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有在建公投，施工時需注意對建筑物的影響；匯泉路和金城路交口有個自然村莊，經(jīng)拆遷一部分，滿足金城路施工要求。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)境圖廬陽大道管廊穿越臨艾河，管廊穿越水系時采用降低標高下穿方式，施工時基坑支護采用鋼板樁進行支護。工程范圍內(nèi)主要施工障礙物有民房、線桿、樹木、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)沒有燃氣、電力、通信等。1.2工程地質(zhì)條件及水文特性根據(jù)廬陽大道管廊鉆探揭露分層，并結合室內(nèi)土工試驗定名，該場

4、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，干強度中等，韌性中等。場地普分布。層厚4.40m8.4m；層頂標高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，濕很濕，夾粉質(zhì)黏土薄層，局部混粉土與細砂，場地普遍分布。本層最大揭露厚度9

5、.60m；層頂標高26.18m29.45m;層頂埋深4.40m9.80m。標貫實測擊數(shù)26.032.0擊。廬陽大道沿線水文地質(zhì)條件比較簡單，地下水類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、地表水滲入補給，受天氣、人工因素和地勢影響較大，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給?？菟陟o止水位埋深一般在4.205.50m。工程建設過程中地質(zhì)環(huán)境將發(fā)生變化，場地地下水補給、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，結合環(huán)境水文地質(zhì)資料及參考附近水質(zhì)分析報告，擬建場地土及地下水對砼有微侵蝕性，對鋼筋混凝

6、土結構中的鋼筋有微侵蝕性。地下水位以上場地土對建筑材料有微侵蝕性。2 監(jiān)測設計方案2.1工程監(jiān)測測點布置 在基坑周邊布置監(jiān)測點，觀測點間距不大于25m，觀測點平面布置如圖2所示：圖2 觀測點平面布置圖各監(jiān)測點在施工開挖前進行埋設，監(jiān)測周期為：每層土方開挖后監(jiān)測一次，雨后監(jiān)測一次，變形加速且不收斂時加密觀測次數(shù)，基坑開挖至設計標高后，2-5天監(jiān)測一次，半個月后5天監(jiān)測一次，以后每15天觀測一次。2.2坡頂位移在坡頂設置豎向位移和水平位移監(jiān)測點，豎向位移和水平位移監(jiān)測點合二為一，水平位移檢測采用全站儀建立坐標系統(tǒng)，通過直接觀測點位坐標值來確定水平位移。適時測量地表沉降變化情況。2.3軸力監(jiān)測鋼支撐

7、軸力監(jiān)測每隔3個支撐布置個監(jiān)測點，基坑支護頂監(jiān)測點采用鋼筋水泥加固法設置，鋼筋直徑不小于16毫米，鋼筋埋設深度不小于0.35米（或水泥加固至穩(wěn)固層）或在支護樁體打入鋼釘。本工程采用端頭軸力計進行軸力測試。將軸力計安裝架與H型鋼支撐端頭對中并牢固焊接。在擬安裝軸力計位置的墻體鋼板上焊接一塊25025025mm的加強墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計陷入鋼板，影響測試結果；待焊接溫度冷卻后，將軸力計推入安裝架并用螺絲固定好；安裝過程中必須注意軸力計和鋼支撐在一直線上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過軸力計正常傳遞到支護結構上?；娱_挖時用頻率儀測試鋼支撐的應變，再用彈性原理即可計算鋼支撐的軸力。2

8、.4基坑周邊的地下水位監(jiān)測采用水位管和水位計進行監(jiān)測。用鉆機成孔，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。 電測水位計由測量鋼尺、側頭、測讀訊響器等組成。當側頭觸及到水位時訊響器發(fā)音，根據(jù)訊響聲讀取測量鋼尺的讀數(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 若地面沉降速率過大并有坑底隆起現(xiàn)象，應迅速回填反壓，并采用靜壓注漿等措施迅速加固坑底，特別注意挖土時間和挖土順序，若有深層

9、土體流動跡象，應立即停止挖土，隨后會同業(yè)主、監(jiān)理各方一起分析原因，制定下一步對策后方可施工，并應立即加設基坑外沉降監(jiān)測點。3.2基底流砂、管涌 應立即采用細石或綠豆砂將管涌口覆蓋以減少涌水口的砂土流失，同時在坑底挖臨時集水坑用水泵進行明排水，對坑中土進行搶挖。如果管涌點過多，則應在坑底做細石墊層。當集水井排水使坑中水位低于基坑底設計標高時，立即進行砼墊層的澆筑。3.3支護結構傾覆 支護結構傾覆是在支護變形失穩(wěn)后產(chǎn)生的，其可能產(chǎn)生的危害包括：下部結構損壞、施工人員群死群傷等。其后果較嚴重，若發(fā)生此類事故，應采取的措施包括： （1）迅速調(diào)用應急設備，如挖掘機、起重機等，對未完全傾覆的板樁施加外力，

10、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、保護完工產(chǎn)品等爭取時間。 （2） 傾斜不太嚴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大變形，在變形穩(wěn)定后恢復其形狀。 （3）傾覆嚴重的基坑在人員撤離后迅速用土回填，使其不致產(chǎn)生進一步的危害，再通知監(jiān)理、業(yè)主等相關部門，共同研究下一步的解決方案。3.4支護結構變形 支護結構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荷載集中或超限、內(nèi)支撐未頂緊鋼板樁等原因引起，應采取的措施包括撤除基坑邊堆放的材料、設備，挖除基坑外的筑島頂部0

11、.51m的土方來減荷，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、對于內(nèi)撐失穩(wěn)原因引起的變形，則應增加內(nèi)撐或撤換內(nèi)撐，撤換內(nèi)撐應先換后撤。 （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)量問題等引起。此時應先對坑壁卸載，再撤換內(nèi)撐。3.5 地表裂縫在整個施工開挖過程中，應連續(xù)觀察鄰近地表、地物的開裂、變形情況。當基坑頂部的側向位移與當時開挖深度之比超過3時，應密切加強觀察并及時對支護采取加固措施，必要時增用其它支護方法。4 監(jiān)測結果及分析4.1地表沉降監(jiān)測對各測點按照計劃進行監(jiān)測，至2017年10月3日，本

12、段地表沉降累計變化量監(jiān)測曲線如圖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；地表沉降累計變化量最大值：-15.95mm，位于DBC46-3。各測點均無異常，地表沉降日變化量及累計變化量均未超過預警值。圖3 地表沉降累計變化量曲線4.2地下水位監(jiān)測基坑周邊的地下水位對基坑結構的穩(wěn)定性有著重要作用，深基坑位于地下水位以下，在開挖時需要降低地下水位并進行監(jiān)測。為確保管廊順利施工，使地下水位降至基底0.5m以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進行管廊施工，既可避免大量涌水、冒泥、翻漿和流沙對施工造成的影

13、響，又由于土中水分排除后，動水壓力減小，大大提高邊坡的穩(wěn)定性。在本次監(jiān)測中，測點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；地下水位累計變化量最大值：472mm，位于測點SW18。各測點均無異常，監(jiān)測結果表明，施工過程中，本次地下水位日變化量及累計變化量未超過預警值。地下水位累計變化量監(jiān)測曲線如圖4所示：圖4地下水位累計變化量曲線4.3樁頂水平位移監(jiān)測廬陽大道段管廊基坑開挖采用SP-拉森鋼板樁支護，鋼板樁長度為15m，間距為0.9m。本次監(jiān)測結果如圖5所示。樁頂水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

14、樁頂水平位移累計變化量最大值：14.90mm，位于ZQS120-1。本次樁頂水平位移日變化量及累計變化量未超過預警值。圖5 樁頂水平位移累計變化量曲線4.4鋼支撐軸力檢測本工程采用采用端頭軸力計對主要斷面進行軸力測試，基坑開挖時用頻率儀測試鋼支撐的應變，再用彈性原理即可計算鋼支撐的軸力。監(jiān)測點沿里程方向隔三撐（約20m）設置一個，各測點按照計劃進行監(jiān)測，支撐軸力累計變化量曲線如圖6所示。本次所有測點中，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；軸力累計變化量最大值：38.4KN，位于ZCL14-1。各測點均無發(fā)生異常，鋼支撐軸力日變化量及累計變化量均未

15、超過預警值。圖6 支撐軸力累計變化量曲線4.5測斜在基坑監(jiān)測中國，測斜能夠反映圍護結構在水土壓力作用下連續(xù)性變形特征，對圍護結構的安全顯得尤為重要。本工程使用測斜儀測量各種不同深度的土體的水平位移，各測點按照計劃在正常條件下完成監(jiān)測，其中本次監(jiān)測中累計位移最大點為CQT22，累計位移為16.07mm，累計位移最小點為ZQT17，累計位移為12.90mm，兩測點累計水平位移曲線如圖7所示。圖7 累計水平位移曲線5 結論與分析通過對臨泉廬陽現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園廬陽大道綜合管廊深基坑工程施工過程的監(jiān)測分析，可以得出以下結論：（1）由于本工程管廊基坑開挖較深，鋼板樁的垂直度及搭接十分重要，當開挖過程中發(fā)現(xiàn)鋼板樁未貼靠