涉水墩基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

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_挖過程中將會引起支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和位移以及基坑內(nèi)外土體變形等，不僅會危及基坑本身安全，而且還會危及周圍建（構(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)測必不可少[3]。

每個(gè)基坑監(jiān)測項(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)測項(xiàng)目為例，通過對其鋼板樁形變、支撐軸力和測斜等監(jiān)測項(xiàng)目的數(shù)據(jù)研究，總結(jié)了水中深基坑施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化規(guī)律以及基坑監(jiān)測工程需要注意的事項(xiàng)。

1 工程概況與地質(zhì)條件

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K7+235.08），終點(diǎn)為寧杭高速高橋門立交，線路途經(jīng)外秦淮河和友誼河路交叉口，全長約1.08 km。工程監(jiān)測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（水面至承臺底）為10.2 m，9#墩基坑深度（水面至承臺底）為7.7 m，其中8#墩為鋼板樁圍堰的控制性墩位。場地內(nèi)各土層工程地基土滲透性評價(jià)見表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 地基土滲透性評價(jià)一覽表/(cm/s)

2 基坑監(jiān)測方案

2.1 測點(diǎn)布置

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)測點(diǎn)對應(yīng)位置布設(shè)測斜管3根，監(jiān)測基坑的土體深層水平位移。

4）由于8#墩基坑無法布設(shè)測斜管，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，測點(diǎn)間距為1 m，每列6個(gè)點(diǎn)，監(jiān)測鋼板樁的形變。

基坑監(jiān)測各點(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

2.2 監(jiān)測方法

1）監(jiān)測基準(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)測一次，遇到異常情況及時(shí)加密復(fù)測。由于基準(zhǔn)點(diǎn)JZ1與JZ2分別處于秦淮河兩岸，采用水準(zhǔn)路線觀測控制網(wǎng)法實(shí)施難度較大，故采用對象觀測法進(jìn)行兩岸高程基準(zhǔn)點(diǎn)聯(lián)測，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。由于施工場地內(nèi)環(huán)境條件一般較差，考慮現(xiàn)場情況，項(xiàng)目采用極坐標(biāo)法觀測監(jiān)測點(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回測角程序?qū)Ω鞅O(jiān)測點(diǎn)進(jìn)行角度和距離測量，平差后計(jì)算各監(jiān)測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，求得各監(jiān)測點(diǎn)在垂直和水平基坑方向上的變化量。監(jiān)測示意圖見圖3。

3）鋼支撐軸力。鋼支撐軸力量測選擇端頭軸力計(jì)進(jìn)行軸力測試。將軸力計(jì)安裝在鋼支撐的端點(diǎn)，通過頻率接收儀測得軸力計(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)測量的自振頻率。

圖3 鋼板樁水平位移與豎向沉降監(jiān)測示意圖

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 地表沉降數(shù)據(jù)分析

地表沉降監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線如圖4所示。通過分析各期地表沉降觀測數(shù)據(jù)可知，T9-D1和T8-D1點(diǎn)波動明顯，由于這兩點(diǎn)位于施工路口處，經(jīng)常受車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T9-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)測數(shù)據(jù)也均處于平穩(wěn)狀態(tài)，所以監(jiān)測數(shù)據(jù)也能如實(shí)反映施工過程中的基坑變化。

圖4 地表沉降累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線圖

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)沉降觀測

圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(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)測頻率。

圖5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)累計(jì)沉降量—時(shí)間曲線圖

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移觀測

圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移觀測點(diǎn)累計(jì)變化量—時(shí)間曲線如圖6所示。通過分析各期數(shù)據(jù)可知，基坑開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分水平位移觀測點(diǎn)極不穩(wěn)定，其中在2016-03-02～2016-03-12，由于基坑開挖影響累計(jì)變化較大，T8-S1、T8-S3在動土階段一直向坑外移動，與之對應(yīng)的T8-S7、T8-S5也一直向坑內(nèi)移動，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，后期隨著底板的澆筑完成，各監(jiān)測點(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

3.4 鋼支撐軸力監(jiān)測

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)測數(shù)據(jù)顯示，第一道鋼支撐軸力T9-ZL2-1、T9-ZL3-1在基坑開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)，其對應(yīng)的T9-S2、T9-S6向坑內(nèi)移動，T9-S3、T9-S5向坑外移動，結(jié)果與鋼板樁水平位移一致。其余鋼支撐軸力對應(yīng)監(jiān)測點(diǎn)位情況也基本一致。監(jiān)測后期，隨著鋼支撐的拆除，軸力變化略有波動，如T8-ZL2-1軸力值在2016-05- 04出現(xiàn)突變，其對應(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)測力度。

圖7 基坑鋼支撐軸力累計(jì)變化量—時(shí)間曲線圖

3.5 土體深層水平位移（測斜）觀測

土體深層水平位移曲線如圖8所示?；舆x取CX2和CX3號孔數(shù)據(jù)作為代表分析。CX2號孔位為典型的中間寬、兩端窄樣式，測斜孔對應(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，兩端呈波動性減小趨勢，約在10 m深度處位移量急劇減小。反觀CX3號孔位，為典型的上口大、下端小樣式，孔位對應(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影響測斜情況，尤其在降水頻繁的季節(jié)更為明顯。

圖8 測斜曲線圖

3.6 8#墩基坑近河側(cè)形變監(jiān)測

8#墩基坑近河側(cè)形變監(jiān)測如圖9所示。由于8#墩基坑無法布設(shè)測斜管，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)相對距離的方法來監(jiān)測鋼板樁的形變。截止2016-05-17，XB3監(jiān)測斷面在樁頂以下約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，說明監(jiān)測數(shù)據(jù)符合工況，監(jiān)測方法可行。

圖9 8#墩近河側(cè)監(jiān)測圖

4 結(jié) 語

1）在深基坑開挖初期，鋼支撐軸力值易受外界影響發(fā)生突變；在基坑開挖后期，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，建議在基坑開挖初期重點(diǎn)監(jiān)測軸力，開挖后期重點(diǎn)監(jiān)測測斜。由于軸力的穩(wěn)定性和監(jiān)測的便捷性，加強(qiáng)鋼支撐軸力的監(jiān)測是提高基坑安全簡單可行的方法。

2）在基坑開挖過程中，地下水位的變動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)注意基坑周圍水位變化情況，而且要注意對地表沉降的監(jiān)測，防止出現(xiàn)異常。

3）基坑開挖階段鋼板樁的水平位移監(jiān)測也是監(jiān)測重點(diǎn)，尤其要分析鋼板樁向坑內(nèi)移動還是向坑外移動，當(dāng)?shù)贸鼋Y(jié)論與以往基坑監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)相悖時(shí)，需重點(diǎn)關(guān)注。

4）施工單位應(yīng)提高對監(jiān)測數(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)測單位分析討論應(yīng)對方案；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)測信息反饋路徑暢通。

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