市政管廊基坑施工監(jiān)測(cè)分析研究

孟昊博

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司吉林分公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

市政管廊基坑施工監(jiān)測(cè)分析研究

孟昊博

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司吉林分公司，吉林 長(zhǎng)春 130021）

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下建筑越來(lái)越多，而近些年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，地下綜合管廊建設(shè)逐漸提上日程，而基坑工程恰恰是地下綜合管廊施工的基礎(chǔ)，其安全、可靠常受周圍環(huán)境、天氣變化、施工技術(shù)等影響?，F(xiàn)通過(guò)概述市政管廊基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了市政管廊基坑工程施工及檢測(cè)技術(shù)，旨在為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)者及施工者就相關(guān)基坑監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

市政建設(shè)，管廊基坑，施工，監(jiān)測(cè)分析

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下建筑越來(lái)越多。近些年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，地下綜合管廊建設(shè)逐漸提上日程，而基坑工程恰恰是地下綜合管廊施工的基礎(chǔ)，需要開挖基坑的同時(shí)，也需對(duì)基坑周圍的建筑進(jìn)行監(jiān)測(cè)和維護(hù)?；庸こ逃肿鳛橐豁?xiàng)風(fēng)險(xiǎn)性、臨時(shí)性工程，能夠影響基坑工程的因素眾多，包括：天氣情況、地質(zhì)情況、施工順序等。因此，基坑的設(shè)計(jì)施工，首先要保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全、可靠，其次要保證周圍建筑環(huán)境的安全，最后還需在保證施工的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，需汲取以往施工的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)。

1 基坑工程內(nèi)涵

基坑工程屬于基礎(chǔ)工程，同時(shí)也屬于臨時(shí)性、服務(wù)性工程，因此人們通常把它稱為地下建筑的仙道工程。隨著建筑高度的增加，基坑的深度也隨之增大。國(guó)內(nèi)學(xué)者也將基坑工程稱為“基坑支護(hù)工程”，具體而言，基坑支護(hù)工程只是基坑工程的一部分，并未涵蓋土方開挖，但基坑工程的最終目標(biāo)是土方開挖，基坑工程包含的具體內(nèi)容如圖1所示。

2 基坑工程設(shè)計(jì)施工現(xiàn)狀

基坑工程作為巖土工程學(xué)科的一門來(lái)分析，其設(shè)計(jì)施工的成敗，與計(jì)算理論、施工方案、施工工況等密不可分?；釉O(shè)計(jì)的理論多樣，總的可概括為以下 3 種：經(jīng)典土壓力理論、等值梁法、有限元法?；庸こ淌┕げ荒芤勒栈釉O(shè)計(jì)要求完成，是引發(fā)施工事故的關(guān)鍵原因。例如，在水泥圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工工程中，水泥的攪拌、摻入量、搭接長(zhǎng)度等是否按符合設(shè)計(jì)要求，一旦與設(shè)計(jì)要求有出入，勢(shì)必影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、抗變性，而圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量的好壞，直接影響后期的施工質(zhì)量。

根據(jù)實(shí)際基坑設(shè)計(jì)和施工的經(jīng)驗(yàn)，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)常見的問(wèn)題如下：一是巖土參數(shù)的選取；二是冠梁剛度選?。蝗清^桿支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；四是角部?jī)?nèi)支撐設(shè)計(jì)。

圖1 基坑工程內(nèi)容圖示

2.1 選擇合理的巖土參數(shù)

在基坑設(shè)計(jì)中，巖土參數(shù)作為基坑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其精準(zhǔn)度直接影響到基坑土體壓力，而土壓力的大小直接決定了支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力。巖石參數(shù)包括：粘聚力力 c、內(nèi)摩擦角 φ、地基土水平抗力比例系數(shù)m等。其中粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ能夠直接測(cè)得，而地基土水平抗力比例系數(shù)m一般通過(guò)臨界實(shí)驗(yàn)負(fù)荷測(cè)得。根據(jù)臨界實(shí)驗(yàn)所測(cè)值m一般偏小，因此，可適當(dāng)調(diào)整使其合理化。

2.2 冠梁設(shè)計(jì)

聯(lián)系支護(hù)樁間的冠梁，在基坑施工過(guò)程中，容易彎曲變形。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)要準(zhǔn)確計(jì)算其剛度，注意選擇正確的冠梁計(jì)算跨度。一般的基坑平面尺寸的變長(zhǎng)從幾十米到幾百米，而冠梁的截面尺寸普遍偏小，冠梁的寬度與基坑跨度之比達(dá)到了幾十分之一，幾乎可以忽略，如果基坑的邊長(zhǎng)小，冠梁的跨度也隨之減小，冠梁的抗彎剛度增大，所以基坑設(shè)計(jì)時(shí)須準(zhǔn)確計(jì)算冠梁跨度，以得出合理的冠梁剛度。

2.3 加強(qiáng)腰梁和樁身之間的連接

在樁與錨桿形成的支護(hù)體系中，錨桿一般與水平方向成 12°～45°的方向插入巖土層中，以此借助錨與巖層之間摩擦力，從而對(duì)抗拔力和承載力。在錨桿插入巖土中時(shí)，錨桿會(huì)產(chǎn)生垂直向下的分離，造成腰梁與樁身之間的滑動(dòng)，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮錨桿向下產(chǎn)生的分力的影響，保證腰梁與支護(hù)樁之間的穩(wěn)定。

2.4 角部支撐設(shè)計(jì)

在各種支護(hù)結(jié)構(gòu)中，角部?jī)?nèi)支撐受力相對(duì)復(fù)雜，角撐一般與冠梁成 45°角。沿角撐的軸向壓力可分解為垂直于冠梁的壓力和平行于冠梁的剪力，因此，設(shè)計(jì)者一定要充分考慮剪力對(duì)角撐的影響。

3 基坑工程監(jiān)測(cè)分析

3.1 基坑工程監(jiān)測(cè)目的

基坑工程監(jiān)測(cè)的目的可以簡(jiǎn)單概括為以下三方面：（1）通過(guò)對(duì)比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值，防止支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生意外；（2）通過(guò)時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以便信息化施工，優(yōu)化施工環(huán)境；（3）通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，還可以保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性、合理性。

3.2 基坑工程監(jiān)測(cè)內(nèi)容

隨著社會(huì)信息化程度的加深，信息化施工亦然成為當(dāng)今基坑工程的重要手段，基坑施工不僅需保證自身支護(hù)體系的穩(wěn)定，而且要避免對(duì)周圍環(huán)境造成不良影響，因此基坑施工的監(jiān)測(cè)內(nèi)容也包括兩部分：圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)、周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)（見表1）。

3.3 基坑施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置

基坑施工監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置，主要是根據(jù)開挖的應(yīng)力，以及以往經(jīng)驗(yàn)，分清主次，做到重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，使監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確地反應(yīng)基坑的變形、受力情況等。如是分段開挖，首先應(yīng)進(jìn)行開挖段的監(jiān)測(cè)，做到及時(shí)反饋，準(zhǔn)確地反應(yīng)基坑的安全度，如有意外應(yīng)及時(shí)采取措施應(yīng)對(duì)。

表1 基坑工程監(jiān)測(cè)內(nèi)容一覽表

3.4 基坑工程監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)方法

在實(shí)際基坑工程中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)主要是依據(jù)基坑周圍的環(huán)境設(shè)施，以及支護(hù)結(jié)構(gòu)而確立的，主要包括傳感器的選擇與埋設(shè)，常用埋設(shè)參照標(biāo)準(zhǔn)如表2所列。而通過(guò)測(cè)點(diǎn)的埋設(shè)方式包括：直接測(cè)得和間接測(cè)點(diǎn)兩點(diǎn)。直接測(cè)得主要是采用捆綁的方式將測(cè)點(diǎn)置于管線上的一種方式，而間接測(cè)點(diǎn)主要是將測(cè)點(diǎn)置于管線地表軸線上的一種方式。直接測(cè)點(diǎn)雖能準(zhǔn)確、客觀地反應(yīng)測(cè)試值，但是操作技術(shù)難度大，在實(shí)際施工監(jiān)測(cè)過(guò)程中，通常兼顧兩種測(cè)點(diǎn)埋設(shè)方式，首先進(jìn)行直接測(cè)點(diǎn)，然后再進(jìn)行間接測(cè)點(diǎn)。除此之外，測(cè)點(diǎn)管線還需進(jìn)行各類不同的編號(hào)。

表2 基坑常用埋設(shè)參照表

3.5 基坑工程監(jiān)測(cè)測(cè)試儀器及其精度

基坑工程監(jiān)測(cè)有專門的測(cè)試儀器，根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目的，監(jiān)測(cè)儀器不同，詳見表3 所列。像所有的物理測(cè)量一樣，基坑工程監(jiān)測(cè)的所有儀器、設(shè)備都有相應(yīng)的精準(zhǔn)度。所有的相關(guān)儀器，都應(yīng)遵循有關(guān)的規(guī)定，做好校準(zhǔn)，保證測(cè)量的精準(zhǔn)度。還有基坑工程監(jiān)測(cè)屬于信息化工程，所采集的數(shù)據(jù)，都應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤地上傳至計(jì)算機(jī)，以便進(jìn)行輔助管理的同時(shí)，加快監(jiān)測(cè)速度，做到及時(shí)反饋。

表3 基坑工程監(jiān)測(cè)儀器一覽表

3.6 監(jiān)測(cè)時(shí)間安排

不同的施工階段、不同的施工項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)頻率有所不同。一般而言，基坑項(xiàng)目的地線、管線需要每天進(jìn)行檢測(cè)，特殊原因，可降低監(jiān)測(cè)頻率，但應(yīng)保證每周三次以上，地下室回填土階段，可適當(dāng)?shù)亟档捅O(jiān)測(cè)頻率。總而言之，兩個(gè)階段的監(jiān)測(cè)，第一階段為開挖到基礎(chǔ)底板階段，監(jiān)測(cè)頻率稍高，而第二階段從基礎(chǔ)底板階段地下室回填土階段，監(jiān)測(cè)頻率稍低。針對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，需當(dāng)天提交測(cè)量成果（不超過(guò)第二天），及時(shí)繪制監(jiān)測(cè)曲線，每月撰寫監(jiān)測(cè)報(bào)告，最終形成監(jiān)測(cè)成果報(bào)告。

3.7 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的預(yù)警值

一般而言，監(jiān)測(cè)前應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)及施工環(huán)境，確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的預(yù)警值，時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)在預(yù)警值所允許的范圍內(nèi)，如果超出預(yù)警值，應(yīng)及時(shí)地調(diào)整施工方案，做出預(yù)防措施，防止安全事故的發(fā)生。在實(shí)際施工過(guò)程中，確定預(yù)警值的方法如下：（1）根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)理計(jì)算，設(shè)計(jì)值大于監(jiān)測(cè)值；（2）應(yīng)滿足保護(hù)對(duì)象的主管部門提出的相關(guān)要求；（3）應(yīng)根據(jù)相關(guān)建筑的抗變力，提出相關(guān)值；（4）應(yīng)符合有關(guān)行業(yè)規(guī)范、規(guī)程。

3.8 基坑信息化施工技術(shù)

基坑信息化施工技術(shù)涵蓋有三方面內(nèi)容：數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)的數(shù)理分析、數(shù)據(jù)的反饋。其中，數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)是基礎(chǔ)，包含有測(cè)試方案的制定、測(cè)試的設(shè)施等。數(shù)據(jù)的處理是根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理方法，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并繪制曲線圖。最后是數(shù)據(jù)的反饋，是對(duì)分析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，了解支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)情況。信息化施工最注重的是數(shù)據(jù)的反饋，因此，不僅要準(zhǔn)確地獲得原始數(shù)據(jù)，更重要的是利用計(jì)算機(jī)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到各種參數(shù)，為后期施工提供參考。

4 結(jié)語(yǔ)

基坑工程作為地下綜合管廊的基礎(chǔ)，影響其施工的因素眾多，而基坑施工監(jiān)測(cè)作為一種監(jiān)理手段，能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)基坑施工過(guò)程中的誤差。本文首先概述了基坑施工的內(nèi)涵及施工設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，而后概述了基坑施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)途徑、方法，旨在為基坑支護(hù)設(shè)計(jì)者及施工者就相關(guān)基坑監(jiān)測(cè)提供理論依據(jù)。

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.05.065

TU990.3

:B

:1009-7716（2017）05-0233-03

2017-02-22

孟昊博（1983-），男，吉林長(zhǎng)春人，工程師，研究方向：橋梁及地下結(jié)構(gòu)。