周 浩,黃 騰,令曉博,張文祥
(1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 210000)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,大型建筑的快速構(gòu)建,建筑物基坑朝著大面積、高深度的方向發(fā)展,周邊環(huán)境也變得愈加復(fù)雜[1]?;娱_(kāi)挖過(guò)程中將會(huì)引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移以及基坑內(nèi)外土體變形等,不僅會(huì)危及基坑本身安全,而且還會(huì)危及周?chē)ǎ?gòu))筑物,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[2]。為保證基坑開(kāi)挖的安全性,為后續(xù)基坑工程提供參考資料和設(shè)計(jì)方案,基坑監(jiān)測(cè)必不可少[3]。
每個(gè)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)都有其特點(diǎn),且深基坑作為一個(gè)整體,各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之間必然存在一定的客觀規(guī)律[4-5],分析各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)基坑施工階段是否合理也是保證基坑安全施工的必要環(huán)節(jié)[6-7]。本文以緯七路橋梁施工8#、9#水中墩鋼板樁圍堰基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為例,通過(guò)對(duì)其鋼板樁形變、支撐軸力和測(cè)斜等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)研究,總結(jié)了水中深基坑施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律以及基坑監(jiān)測(cè)工程需要注意的事項(xiàng)。
緯七路東進(jìn)二期工程橋梁施工(SG1標(biāo))為緯七路二期工程的一部分。設(shè)計(jì)起點(diǎn)為常家圩(樁號(hào)K7+235.08),終點(diǎn)為寧杭高速高橋門(mén)立交,線路途經(jīng)外秦淮河和友誼河路交叉口,全長(zhǎng)約1.08 km。工程監(jiān)測(cè)的鋼板樁圍堰為跨外秦淮河連續(xù)梁8#、9#墩,由C、A、J、B、D線5個(gè)橋墩基礎(chǔ)組成,8#墩基坑深度(水面至承臺(tái)底)為10.2 m,9#墩基坑深度(水面至承臺(tái)底)為7.7 m,其中8#墩為鋼板樁圍堰的控制性墩位。場(chǎng)地內(nèi)各土層工程地基土滲透性評(píng)價(jià)見(jiàn)表1。根據(jù)地下水的賦存、埋藏條件及其水理性質(zhì),本次勘察揭示的地下水類(lèi)型主要為孔隙潛水和微承壓水,由于多為低塑性土,因此滲透性較好,含水量較豐富。
表1 地基土滲透性評(píng)價(jià)一覽表/(cm/s)
1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移和沉降(共點(diǎn)):8#、9#墩圍堰基坑各布設(shè)圍護(hù)頂部水平位移和沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè),共計(jì)16個(gè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn),間距為10~15 m。
2)周邊地表沉降:8#、9#墩圍堰基坑于河岸側(cè)各布設(shè)周邊地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)6個(gè),共計(jì)12個(gè)點(diǎn)。
3)土體深層水平位移:9#墩基坑于河岸側(cè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置布設(shè)測(cè)斜管3根,監(jiān)測(cè)基坑的土體深層水平位移。
4)由于8#墩基坑無(wú)法布設(shè)測(cè)斜管,2016-03-06在8#墩鋼板樁近河側(cè)北部(XB3)和中部(XB2)各布設(shè)一列反射片,測(cè)點(diǎn)間距為1 m,每列6個(gè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)鋼板樁的形變。
基坑監(jiān)測(cè)各點(diǎn)位置如圖1、2所示。
圖1 9#墩基坑布點(diǎn)圖
圖2 8#墩基坑布點(diǎn)圖
1)監(jiān)測(cè)基準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)。本項(xiàng)目在圍堰基坑周邊選擇現(xiàn)有高程控制點(diǎn)作為監(jiān)測(cè)基準(zhǔn),并在兩側(cè)基坑周邊約60 m處分別布設(shè)了3個(gè)工作基點(diǎn)(J1~J3),基準(zhǔn)點(diǎn)與工作基點(diǎn)間布設(shè)成閉合水準(zhǔn)路線,每個(gè)月復(fù)測(cè)一次,遇到異常情況及時(shí)加密復(fù)測(cè)。由于基準(zhǔn)點(diǎn)JZ1與JZ2分別處于秦淮河兩岸,采用水準(zhǔn)路線觀測(cè)控制網(wǎng)法實(shí)施難度較大,故采用對(duì)象觀測(cè)法進(jìn)行兩岸高程基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測(cè),精度亦滿足二等水準(zhǔn)控制網(wǎng)要求。
2)鋼板樁水平位移和沉降監(jiān)測(cè)。由于施工場(chǎng)地內(nèi)環(huán)境條件一般較差,考慮現(xiàn)場(chǎng)情況,項(xiàng)目采用極坐標(biāo)法觀測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移,將儀器架設(shè)在能通視后視點(diǎn)的任意位置上。觀測(cè)8#墩圍堰基坑時(shí),以BS1、JZ2、BS2、BS3、JZ3為后視點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站;觀測(cè)9#墩圍堰基坑時(shí),以BS1、JZ1、JZ2、BS2、BS3為后視點(diǎn)進(jìn)行設(shè)站。利用儀器自帶的多測(cè)回測(cè)角程序?qū)Ω鞅O(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行角度和距離測(cè)量,平差后計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo),求得各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在垂直和水平基坑方向上的變化量。監(jiān)測(cè)示意圖見(jiàn)圖3。
3)鋼支撐軸力。鋼支撐軸力量測(cè)選擇端頭軸力計(jì)進(jìn)行軸力測(cè)試。將軸力計(jì)安裝在鋼支撐的端點(diǎn),通過(guò)頻率接收儀測(cè)得軸力計(jì)在某一荷載下的自振頻率。鋼支撐軸力的計(jì)算公式為:
式中,K為傳感器的標(biāo)定系數(shù);f0為傳感器在支撐受力前的初始自振頻率;fi為軸力計(jì)在某一荷載時(shí)測(cè)量的自振頻率。
圖3 鋼板樁水平位移與豎向沉降監(jiān)測(cè)示意圖
地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線如圖4所示。通過(guò)分析各期地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)可知,T9-D1和T8-D1點(diǎn)波動(dòng)明顯,由于這兩點(diǎn)位于施工路口處,經(jīng)常受車(chē)輛碾壓以及施工器材放置影響,所以數(shù)據(jù)失真,排除這兩點(diǎn)。除此之外,變化量最大的點(diǎn)位為T(mén)9-D2和T8-D2,分別位于兩基坑中心側(cè)。由于基坑中心側(cè)存在坑中坑,挖掘深度也在整個(gè)基坑中處于最深位置,所以該處地表沉降量最大與工況一致?;佑?016-03-26底板澆筑完成,后期基坑處于穩(wěn)定狀態(tài),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也均處于平穩(wěn)狀態(tài),所以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也能如實(shí)反映施工過(guò)程中的基坑變化。
圖4 地表沉降累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線圖
圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線如圖5所示。由于2016-03-01~2016-03-06基坑開(kāi)挖到第二道鋼支撐處,導(dǎo)致鋼板樁豎向變化速率較大。T8-C6位于基坑靠河側(cè)中心,因施工影響,暫未安裝鋼支撐,所以該處沉降速率急劇增加,安裝鋼支撐和加固防護(hù)措施后逐漸趨于穩(wěn)定。由于2016-03-20~2016-03-26基坑開(kāi)挖至第三道鋼支撐處,導(dǎo)致鋼板樁沉降速率再一次急劇加大,與預(yù)計(jì)一致。截止2016-03-26,基坑底板澆筑完成,后期數(shù)據(jù)基本處于平穩(wěn)狀態(tài)。由圖5可知,基坑在動(dòng)土階段極不穩(wěn)定,在架設(shè)鋼支撐和防護(hù)措施前需要加大基坑監(jiān)測(cè)頻率。
圖5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線圖
圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量—時(shí)間曲線如圖6所示。通過(guò)分析各期數(shù)據(jù)可知,基坑開(kāi)挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分水平位移觀測(cè)點(diǎn)極不穩(wěn)定,其中在2016-03-02~2016-03-12,由于基坑開(kāi)挖影響累計(jì)變化較大,T8-S1、T8-S3在動(dòng)土階段一直向坑外移動(dòng),與之對(duì)應(yīng)的T8-S7、T8-S5也一直向坑內(nèi)移動(dòng),其原因是由于挖土機(jī)在河岸側(cè)施工作業(yè)一直向河岸側(cè)方向挖土所致。2016-03-16前基坑中第二道鋼支撐尚未架設(shè)完成,導(dǎo)致T8-S2、T8-S6均向坑外移動(dòng),后期隨著底板的澆筑完成,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)也都恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)。9#墩基坑與8#墩基坑情況大致相同,所以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可大致反映施工工況。
圖6 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移累計(jì)變化量—時(shí)間曲線圖
鋼支撐軸力累計(jì)變化量—時(shí)間曲線如圖7所示。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,第一道鋼支撐軸力T9-ZL2-1、T9-ZL3-1在基坑開(kāi)挖初期變化速率較大,而在第二道鋼支撐架設(shè)完成后,數(shù)值恢復(fù)平穩(wěn),其對(duì)應(yīng)的T9-S2、T9-S6向坑內(nèi)移動(dòng),T9-S3、T9-S5向坑外移動(dòng),結(jié)果與鋼板樁水平位移一致。其余鋼支撐軸力對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位情況也基本一致。監(jiān)測(cè)后期,隨著鋼支撐的拆除,軸力變化略有波動(dòng),如T8-ZL2-1軸力值在2016-05- 04出現(xiàn)突變,其對(duì)應(yīng)施工階段為第二道鋼支撐拆除,由此可知,基坑施工階段與拆撐階段均為基坑不穩(wěn)定期,應(yīng)加大監(jiān)測(cè)力度。
圖7 基坑鋼支撐軸力累計(jì)變化量—時(shí)間曲線圖
土體深層水平位移曲線如圖8所示?;舆x取CX2和CX3號(hào)孔數(shù)據(jù)作為代表分析。CX2號(hào)孔位為典型的中間寬、兩端窄樣式,測(cè)斜孔對(duì)應(yīng)位置處于9#墩基坑正中心側(cè);數(shù)值正值向坑內(nèi),負(fù)值向坑外;最大位移量約在5 m深度位置,兩端呈波動(dòng)性減小趨勢(shì),約在10 m深度處位移量急劇減小。反觀CX3號(hào)孔位,為典型的上口大、下端小樣式,孔位對(duì)應(yīng)位置處于9#墩基坑最北側(cè)。二者差異可能與地質(zhì)報(bào)告中描述的第四層和第五層的粉質(zhì)黏土(深度約為 20~30 m)在東西兩側(cè)的分布不均有關(guān)。所以,基坑測(cè)斜數(shù)據(jù)可在一定程度上反映局部土質(zhì)好壞情況。此外,土質(zhì)的透水性也在一定程度上會(huì)影響測(cè)斜情況,尤其在降水頻繁的季節(jié)更為明顯。
圖8 測(cè)斜曲線圖
8#墩基坑近河側(cè)形變監(jiān)測(cè)如圖9所示。由于8#墩基坑無(wú)法布設(shè)測(cè)斜管,所以在8#墩基坑鋼板樁近河側(cè)北部(XB3)和中部(XB2)各布設(shè)一列反射片,采用距離后視點(diǎn)相對(duì)距離的方法來(lái)監(jiān)測(cè)鋼板樁的形變。截止2016-05-17,XB3監(jiān)測(cè)斷面在樁頂以下約7 m位置累計(jì)向坑內(nèi)位移約為35.7 mm,XB2監(jiān)測(cè)斷面在樁頂以下約8 m處累計(jì)向坑內(nèi)位移約為19.3 mm。該變化與基坑鋼板樁水平位移方向完全一致,說(shuō)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)符合工況,監(jiān)測(cè)方法可行。
圖9 8#墩近河側(cè)監(jiān)測(cè)圖
1)在深基坑開(kāi)挖初期,鋼支撐軸力值易受外界影響發(fā)生突變;在基坑開(kāi)挖后期,土體深層位移受局部土質(zhì)、降水等因素影響,累計(jì)位移值較大。鑒于此,建議在基坑開(kāi)挖初期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)軸力,開(kāi)挖后期重點(diǎn)監(jiān)測(cè)測(cè)斜。由于軸力的穩(wěn)定性和監(jiān)測(cè)的便捷性,加強(qiáng)鋼支撐軸力的監(jiān)測(cè)是提高基坑安全簡(jiǎn)單可行的方法。
2)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,地下水位的變動(dòng)和基坑周邊地表沉降密切相關(guān),施工時(shí)保持地下水位平穩(wěn)是防止周邊沉降過(guò)大的有效措施;且在降水較頻繁的梅雨季節(jié),不但應(yīng)注意基坑周?chē)蛔兓闆r,而且要注意對(duì)地表沉降的監(jiān)測(cè),防止出現(xiàn)異常。
3)基坑開(kāi)挖階段鋼板樁的水平位移監(jiān)測(cè)也是監(jiān)測(cè)重點(diǎn),尤其要分析鋼板樁向坑內(nèi)移動(dòng)還是向坑外移動(dòng),當(dāng)?shù)贸鼋Y(jié)論與以往基坑監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)相悖時(shí),需重點(diǎn)關(guān)注。
4)施工單位應(yīng)提高對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的敏感性,在數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡視情況及時(shí)查明原因,并結(jié)合數(shù)據(jù)及時(shí)與監(jiān)測(cè)單位分析討論應(yīng)對(duì)方案;根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和管理辦法,建立快速有效的信息反饋機(jī)制,確保監(jiān)測(cè)信息反饋路徑暢通。
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