贛州大橋東錨碇地下連續(xù)墻施工監(jiān)控研究

余立志

(1.長(zhǎng)沙理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410000;2.廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東廣州 511430)

0 引言

為保證連續(xù)墻施工及錨碇基坑開挖過(guò)程的安全有序進(jìn)行，根據(jù)設(shè)計(jì)文件提出的監(jiān)測(cè)要求，在地連墻開挖和錨碇施工期間需要對(duì)連續(xù)墻及其附屬結(jié)構(gòu)的重要部位進(jìn)行安全警告監(jiān)測(cè)，監(jiān)控地連墻在施工過(guò)程中由于車輛、土壓力、水壓力等各種因素產(chǎn)生的變化進(jìn)行觀測(cè)，做好信息化施工，為工程順利實(shí)施提供有利條件，達(dá)到安全施工的目的。

1 工程概況

東錨碇底面最低點(diǎn)高程+78.304 m，進(jìn)入弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖約5.8 m，原地面標(biāo)高約為 +99.5 m，最大開挖深度約21.2 m。開挖深度內(nèi)存在較厚的卵石層(最大約10 m)，為透水層，且與贛江河床相連通，綜合東錨碇范圍內(nèi)地質(zhì)和水文資料，為了施工的方便性和安全性，決定采用地下連續(xù)墻作為支護(hù)結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻采用圓形結(jié)構(gòu)，外徑60.6 m，內(nèi)徑58.6 m，墻厚1 m，頂面標(biāo)高為+99.5 m，液壓抓斗和沖擊鉆機(jī)作為主要成槽機(jī)械，采用“鉆抓法”成槽。

2 監(jiān)控網(wǎng)建立

2.1 獨(dú)立相對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)的建立

贛州大橋前進(jìn)方向?yàn)檎龞|方向偏19°31'48″，為便于現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)過(guò)程中更好地計(jì)算地連墻變形數(shù)值和方向，確?，F(xiàn)場(chǎng)能夠直接提供測(cè)量觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果，達(dá)到高效率高質(zhì)量的觀測(cè)要求，需對(duì)地連墻觀測(cè)建立獨(dú)立相對(duì)坐標(biāo)系。鑒于主橋主塔建立了相對(duì)坐標(biāo)系，且J4，J5點(diǎn)在主塔相對(duì)坐標(biāo)系里，故直接采用主橋已建立獨(dú)立坐標(biāo)系，以大橋前進(jìn)方向?yàn)檎?，以K1+000為原點(diǎn)建立獨(dú)立坐標(biāo)系統(tǒng)。

2.2 控制網(wǎng)點(diǎn)布置

大橋東岸地連墻施工所用點(diǎn)主要為J4，J5，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素考慮觀測(cè)方便和滿足施工觀測(cè)要求，在排澇站旁邊路邊增加Z1點(diǎn)，以滿足觀測(cè)需要。對(duì)于地連墻墻體觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)，采用地連墻帽梁上埋設(shè)好觀測(cè)點(diǎn)，在觀測(cè)地連墻位移變化時(shí)需要除去觀測(cè)點(diǎn)本身的位移增量。東岸地連墻觀測(cè)控制網(wǎng)布設(shè)點(diǎn)位如圖1所示。

2.3 監(jiān)測(cè)頻率與預(yù)警控制

監(jiān)測(cè)工作貫穿整個(gè)地連墻的施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)內(nèi)容的不同，制定相應(yīng)監(jiān)測(cè)頻率:1)在測(cè)點(diǎn)設(shè)置完成后測(cè)量基準(zhǔn)值;2)在開挖每層基坑前與開挖后各測(cè)量一次;3)基坑開挖完后三日內(nèi)每天測(cè)量一次;4)在錨碇基礎(chǔ)施工過(guò)程中每3天測(cè)量一次;5)在贛江水位突漲期間加強(qiáng)觀測(cè)，水位較高期間加強(qiáng)觀測(cè);6)下雨等惡劣天氣可能對(duì)基坑安全產(chǎn)生影響時(shí)也應(yīng)及時(shí)觀測(cè)。

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，如發(fā)生數(shù)據(jù)變化超過(guò)規(guī)定的相應(yīng)預(yù)警值，應(yīng)立即進(jìn)行預(yù)警方案，分析其原因，并采取有效措施控制。監(jiān)測(cè)預(yù)警值見表1。

圖1 監(jiān)控控制網(wǎng)及帽梁監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)布局圖

表1 地下連續(xù)墻監(jiān)測(cè)內(nèi)容預(yù)警值

3 施工監(jiān)測(cè)方案

3.1 帽梁的監(jiān)測(cè)

帽梁的豎向和水平位移的監(jiān)測(cè)可以有效地反映地連墻整體的沉降和變形，為此，需在帽梁表面設(shè)置測(cè)量觀測(cè)點(diǎn)對(duì)帽梁的豎向和水平位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1)測(cè)點(diǎn)設(shè)置。為觀測(cè)帽梁整體位移均值和局部位移值，在帽梁澆筑過(guò)程中在路線軸線和夾45°角處埋設(shè)強(qiáng)制對(duì)中螺絲。觀測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。2)觀測(cè)方法。對(duì)帽梁位移監(jiān)控測(cè)量方法采用坐標(biāo)測(cè)量，直接測(cè)量出觀測(cè)點(diǎn)位坐標(biāo)X數(shù)值為路線前進(jìn)方向，Y數(shù)值為路線橫軸向。高程監(jiān)測(cè)采用四等水準(zhǔn)測(cè)量。為保證測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確性和觀測(cè)精度，觀測(cè)過(guò)程中必須保證后視對(duì)中的準(zhǔn)確性。

3.2 地連墻的水平位移和測(cè)斜

地連墻的水平變位是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過(guò)測(cè)斜來(lái)計(jì)算地連墻的水平變位。

1)測(cè)點(diǎn)布置。連續(xù)墻施工時(shí)在墻體鋼筋籠內(nèi)埋設(shè)測(cè)斜管，采用美國(guó)Geokon-603測(cè)斜儀測(cè)試測(cè)斜管各深度位置的傾角，然后根據(jù)傾角變化量計(jì)算連續(xù)墻墻身水平變位。測(cè)試原理如圖2所示。

圖2 斜測(cè)原理與測(cè)斜管布置圖

由于墻底深入基巖，故可認(rèn)為墻底是一個(gè)穩(wěn)定不動(dòng)點(diǎn)。設(shè)墻底測(cè)點(diǎn)編號(hào)為1，沿高度方向依次增加。測(cè)斜管第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的傾角變化量為 θi，第 i段的傾角為，則第i段產(chǎn)生的水平位移Δi為:

Δi=Li×sinα。

第i個(gè)測(cè)點(diǎn)(i＞1)位置處的水平位移Xi為:

測(cè)斜管管徑為70 mm，長(zhǎng)度略大于墻深。測(cè)斜管內(nèi)壁有2組互成90°的縱向?qū)Р?，?dǎo)槽控制了測(cè)試方位。測(cè)斜埋設(shè)時(shí)，要保證管內(nèi)壁一組導(dǎo)槽垂直于墻體，另一組平行于基坑墻體。且在測(cè)斜管長(zhǎng)度方向與連續(xù)墻深度方向基本平行，不允許出現(xiàn)明顯彎曲。測(cè)斜管一般露出地面100 mm～200 mm左右，埋設(shè)后應(yīng)在其周圍設(shè)置明顯標(biāo)志，并用磚及水泥做一個(gè)方形保護(hù)臺(tái)。地連墻內(nèi)共埋設(shè)四組測(cè)斜管，均勻分布在連續(xù)墻圓周上，長(zhǎng)度同墻深，具體布置如圖2所示。

2)測(cè)試方法。測(cè)量以孔底為基準(zhǔn)點(diǎn)，從下往上每間距0.5 m測(cè)一個(gè)點(diǎn)，不得漏測(cè)。測(cè)試時(shí)，測(cè)斜儀探頭沿導(dǎo)槽緩緩沉至孔底，穩(wěn)定一段時(shí)間后，自下而上以0.5 m為間隔，逐段測(cè)試傾角并采用底部推算法計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的水平位移。

3.3 地連墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)

地連墻的水平變位是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過(guò)測(cè)斜來(lái)計(jì)算地連墻的水平變位。

與方形地連墻相比，本項(xiàng)目的圓形地連墻具有明顯的拱效應(yīng)來(lái)抵抗一部分墻體由于豎向彎矩產(chǎn)生的變形，可明顯提高連續(xù)墻的豎向抗彎剛度。但由于拱效應(yīng)會(huì)在連續(xù)墻內(nèi)產(chǎn)生沿連續(xù)墻周向的軸力，所以，地連墻的應(yīng)力監(jiān)測(cè)應(yīng)包含由豎向彎矩產(chǎn)生的豎向應(yīng)力和由于拱效應(yīng)產(chǎn)生的沿連續(xù)墻周向的環(huán)向應(yīng)力。

1)測(cè)點(diǎn)布置。由于連續(xù)墻不同位置承受的地基土壓力不同，所以其不同位置承受的彎矩和軸力也不同，為了有效監(jiān)測(cè)連續(xù)墻的受力狀態(tài)，沿地連墻周向平均設(shè)置4個(gè)測(cè)試位置分別監(jiān)測(cè)混凝土豎向和環(huán)向應(yīng)力。這四組應(yīng)力測(cè)試位置與測(cè)斜管的位置一一對(duì)應(yīng)，以便于分析連續(xù)墻的受力狀態(tài)，具體測(cè)點(diǎn)位置見圖3。

圖3 地連墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm）

在每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置上，沿連續(xù)墻高度方向選取9個(gè)截面進(jìn)行連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)，其中包括七個(gè)開挖層的各底面處、嵌巖層面以下2 m處和地連墻底端面，具體布置見圖3。

應(yīng)變計(jì)綁扎在鋼筋上并安裝牢固，且不能發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，以保證測(cè)試質(zhì)量。在應(yīng)變計(jì)安裝時(shí)，與應(yīng)變計(jì)連接的電纜應(yīng)保證一定的蛇形狀，以使其在受到意外拉伸時(shí)有充足的長(zhǎng)度儲(chǔ)備，保證電纜不被拉斷。應(yīng)變計(jì)測(cè)試接頭及露出混凝土的電纜應(yīng)合理布置，設(shè)置明顯標(biāo)志并告知相關(guān)施工人員，保證其在施工過(guò)程中不被破壞。

2)測(cè)試方法。地連墻的應(yīng)力測(cè)試通過(guò)振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)進(jìn)行:在連續(xù)墻同一截面兩側(cè)分別沿連續(xù)墻豎向布置一個(gè)應(yīng)變計(jì)，用以測(cè)試該位置處由豎向彎矩產(chǎn)生的豎向拉應(yīng)變和壓應(yīng)變;在連續(xù)墻周向布置一個(gè)應(yīng)變計(jì)，用以測(cè)試該位置處的環(huán)向應(yīng)變，通過(guò)混凝土的試驗(yàn)彈性模量計(jì)算混凝土應(yīng)力。

應(yīng)變計(jì)及測(cè)試儀應(yīng)具備溫測(cè)功能以考慮溫度對(duì)混凝土應(yīng)變的影響，以便更加精確的測(cè)量混凝土應(yīng)力，因此每次測(cè)量應(yīng)變時(shí)應(yīng)同時(shí)測(cè)量溫度。測(cè)試混凝土應(yīng)變應(yīng)該在測(cè)試儀顯示應(yīng)變值穩(wěn)定后才能讀數(shù)，如果在讀數(shù)過(guò)程中應(yīng)變值變化大于3個(gè)微應(yīng)變則應(yīng)重新讀數(shù)。測(cè)試儀應(yīng)具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，并在每次讀數(shù)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，但測(cè)試記錄應(yīng)以手工記錄為主。

3.4 地連墻外側(cè)水壓力

基坑開挖施工中進(jìn)行井底降水，降低水壓，保持基坑內(nèi)土體相對(duì)干燥，達(dá)到便于開挖操作的目的。對(duì)孔隙水壓力的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可有依據(jù)地控制降水速率，達(dá)到施工安全的目的。

同樣，在基坑開挖施工中，由于坑內(nèi)土體卸載，導(dǎo)致墻體內(nèi)外土壓力失衡。對(duì)土壓力的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可了解基坑周邊土體的狀況，校驗(yàn)圍護(hù)墻體的變形特征，并據(jù)此控制開挖速率、開挖方量及內(nèi)襯澆筑控制時(shí)間，達(dá)到施工安全的目的。

1)測(cè)點(diǎn)布置?？紫端畨毫τ?jì)和振弦式土的設(shè)置位置相鄰，均在距墻體外圍0.5 m處布設(shè)。振弦式孔隙水壓力計(jì)和土壓力盒布設(shè)在同一斷面處，如圖4所示，分4組斷面，每組8個(gè)測(cè)點(diǎn)，沿高度方向均勻布置，土壓力傳感器與孔隙水壓力計(jì)相鄰并排布置，共計(jì)振弦式孔隙水壓力計(jì)32件和振弦式土壓力盒32件，用頻率計(jì)測(cè)量。根據(jù)出廠時(shí)標(biāo)定的頻率—壓力率定值，分別求得孔隙水壓力值和土壓力值。

圖4 地連墻外側(cè)水、土壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖(單位：cm)

2)測(cè)試方法。測(cè)量水土壓力時(shí)分別采用振弦式孔隙水壓力計(jì)和振弦式土壓力盒，沿地下連續(xù)墻外圍布置，根據(jù)出廠時(shí)標(biāo)定的頻率—壓力率定值，分別求得孔隙水壓力值和土壓力值。

3.5 其他監(jiān)測(cè)方案

在基坑開挖過(guò)程中，隨著每個(gè)開挖區(qū)逐層往下開挖，由于沒有坑內(nèi)土體與坑外土體受力相平衡，地連墻受到的坑外水土側(cè)壓力隨著開挖深度逐漸增大，并對(duì)墻體產(chǎn)生一定量的變形和徑向水平位移，進(jìn)而坑外土體也隨之發(fā)生一定量的變形和位移。為了準(zhǔn)確地計(jì)算墻外水土側(cè)壓力，需要準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)坑外土體水平位移和沉降。

此外，根據(jù)拱效應(yīng)，為抵抗坑外側(cè)土壓力，除了地連墻墻體本身承受大部分軸力外，作為附屬結(jié)構(gòu)，圍囹和內(nèi)襯也受到一部分軸力，提高了連續(xù)墻的剛度和整體性，故圍囹和內(nèi)襯的應(yīng)力和軸力也是監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。

4 結(jié)語(yǔ)

贛州大橋東錨碇地下連續(xù)墻在施工過(guò)程中通過(guò)以上幾項(xiàng)監(jiān)控方案，有效的對(duì)連續(xù)墻構(gòu)造物各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警與控制，保證了施工的安全性，并為后來(lái)地下連續(xù)墻施工監(jiān)控提供了借鑒。

[1] 交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè)橋涵手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社，1999.

[2] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 曾紹炳.地下連續(xù)墻施工變形監(jiān)測(cè)與結(jié)果分析[J].桂林工學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(4):37-38.