臨泉縣某綜合管廊基坑施工監(jiān)測方案設(shè)計研究及應(yīng)用

趙 青，湛雅璇

(安徽建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

近幾年隨著我國工程建設(shè)的快速發(fā)展，建設(shè)和打造地下工程和空間，對提高土地資源利用和緩解城市交通問題有著重要意義。地下工程中的基坑開挖工程，不僅包含土力學(xué)中的穩(wěn)定性問題，同時還與護(hù)坡結(jié)構(gòu)和土體的相互作用密切相關(guān)[1]。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采用鋼板樁加鋼支撐的支護(hù)形式，目前這種形式在國內(nèi)管廊基坑支護(hù)中比較少見，同時在施工過程中會有各種不確定的因素發(fā)生，需要施工人員能及時發(fā)現(xiàn)并正確處理，為保證基坑開挖安全順利進(jìn)行，開展管廊基坑監(jiān)測工作就顯得十分重要。

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(jì)開發(fā)區(qū)范圍內(nèi)，規(guī)劃面積15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8.3 m×3.95 m，采用SP-Ⅳ型鋼板樁、H型鋼腰梁、Φ609×16鋼管支撐?；觽?cè)壁安全等級為1級，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)1.1。廬陽大道全部段鋼板樁支護(hù)先采用1:1放坡開挖2 m～3 m后打鋼板樁相結(jié)合支護(hù)形式。為保證基坑工程施工過程的安全可靠，基坑工程施工中對基坑的變形、地下水、坡頂位移等指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測。

2 工程地理位置及地質(zhì)條件

管廊施工周邊為平原地形，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(cè)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(biāo)高下穿方式，施工時基坑支護(hù)采用鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。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?xì)狻㈦娏?、通信等?/p>

根據(jù)廬陽大道管廊鉆探揭露分層，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗定名，該場地內(nèi)各巖土層地基自上而下分別描述如下[2]：

一層為耕填土，灰黑色，中密，沿線主要為農(nóng)田，以黏性土為主，含大量植物根莖，局部位置為碎填土，含碎石及砂土，層厚0.50 m～2.40 m，層頂標(biāo)高為34.1 m～37.85 m。

二層為粉質(zhì)黏土，褐灰、黃褐色、褐黃色，可塑，局部硬塑，稍濕,含少量鐵錳結(jié)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。層厚4.40 m～8.4 m，層頂標(biāo)高31.75 m～36.45 m，層頂埋深0.50 m～2.40 m。

三層為粉土夾粉質(zhì)黏土，褐黃色，局部為灰褐色,中密實度，濕度大，夾粉質(zhì)黏土薄層，局部混粉土與細(xì)砂，場地普遍分布。本層最大揭露厚度9.60 m，層頂標(biāo)高26.18 m～29.45 m，層頂埋深4.40 m～9.80 m。

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)黏土中的孔隙水。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)黏土中的孔隙水主要由地表水滲入和地下水滲流補給。枯水期靜止水位埋深一般在4.20 m～5.50 m,其地下水位年變化幅度在3.00 m左右。根據(jù)本地區(qū)的工程經(jīng)驗，結(jié)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，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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。

3 監(jiān)測設(shè)計方案

3.1 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25 m，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(jìn)行埋設(shè)，監(jiān)測周期為：在開挖土方時，每層開挖結(jié)束后需要監(jiān)測一次，遇到特殊天氣或者出現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)異常時需要加密監(jiān)測次數(shù)?；娱_挖至設(shè)計標(biāo)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[3]。

3.2 坡頂位移

坡頂豎向位移和水平位移使用同一個監(jiān)測點進(jìn)行監(jiān)測，水平位移檢測采用全站儀建立坐標(biāo)系統(tǒng)，通過直接觀測點位坐標(biāo)值來確定水平位移，適時測量地表沉降變化情況。

3.3 軸力監(jiān)測

采用端頭軸力計進(jìn)行軸力測試，每隔3個支撐布置一個監(jiān)測點，基坑支護(hù)頂監(jiān)測點采用鋼筋水泥加固法設(shè)置，鋼筋直徑不小于16 mm，鋼筋埋設(shè)深度不小于0.35 m(或水泥加固至穩(wěn)固層)或在支護(hù)樁體打入鋼釘。基坑開挖時，通過彈性原理，利用頻率儀測試得到的鋼支撐應(yīng)變計算出鋼支撐的軸力。

3.4 基坑周邊的地下水位監(jiān)測

采用水位管和水位計進(jìn)行監(jiān)測。先用鉆機成孔，孔徑?110，孔深15 m，間距25 m，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300 mm，水位管放入水位孔后，孔隙用砂填充，距地面約0.5 m高度用水泥砂漿填實，避免地表水流入管里。最后將電測水位計放入水位管中，通過側(cè)頭觸碰水位引起訊響器發(fā)音讀取得到地下水位深度。

4 施工過程中突發(fā)事件處理措施

4.1 地面沉降、坑底隆起

回填反壓常用于地面沉降加劇并伴有坑底隆起狀況下，使用靜壓注漿等方法保持坑底穩(wěn)定，施工中嚴(yán)格按照操作要求進(jìn)行挖土，如果出現(xiàn)深層土體流動，暫停施工[4]。隨后增加基坑沉降觀測點密度，分析原因，制定相應(yīng)的解決方法，最后才可以繼續(xù)施工。

4.2 基底流砂、管涌

使用細(xì)石或綠豆砂覆蓋住管涌口，避免流砂大量流失，同時采取應(yīng)急排水措施，做好坑底排水工作，搶挖坑中土[5]。如果出現(xiàn)大面積管涌，應(yīng)該在坑底鋪設(shè)細(xì)砂層。如果集水井排水造成水位高度達(dá)不到基坑底設(shè)計標(biāo)高，應(yīng)該立刻進(jìn)行混凝土墊層澆筑。

4.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆

支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆通常發(fā)生在支護(hù)結(jié)構(gòu)形變之后，具有下面幾點危害：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受損、造成大面積的人員傷亡等。事故造成的后果嚴(yán)重，一旦出現(xiàn)類似事故，應(yīng)該立即啟動下面的應(yīng)對方案：

1)立即啟用應(yīng)急設(shè)備，如挖掘機、起重機等，對沒有傾覆的板樁進(jìn)行提拉，扶正等處理，避免出現(xiàn)二次傾覆，同時做好現(xiàn)場人員設(shè)備疏散工作。

2)傾斜程度不大的，可以在疏散人員設(shè)備結(jié)束后，使用拉錨、加H型鋼斜撐對傾覆部位進(jìn)行加固處理，利用應(yīng)急設(shè)備逐步將傾覆板樁恢復(fù)到原始位置。

3)基坑出現(xiàn)嚴(yán)重傾覆應(yīng)該在安全疏散人員設(shè)備之后，立即用土回填，防止出現(xiàn)二次危害。同時通知相關(guān)部門就如何解決險情進(jìn)行協(xié)商，為接下來的工作制定方案。

4.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形

支護(hù)結(jié)構(gòu)變形是指鋼板樁結(jié)構(gòu)變化、H型鋼腰梁彎曲變形、H型鋼支撐結(jié)構(gòu)彎曲等，應(yīng)對措施如下所示：

4.4.1 鋼板樁變形

基坑內(nèi)部受力不均造成局部受力過大、內(nèi)支撐沒有緊貼鋼板樁等造成鋼板樁變形，此時應(yīng)該將基坑周圍堆放的設(shè)備材料進(jìn)行移除，減少對于基坑的壓力，將基坑外的筑島土方進(jìn)行部分清除，使用木楔或鋼楔對圍囹與板樁的間隙進(jìn)行填充。

4.4.2 內(nèi)支撐變形

可能因為基坑側(cè)荷載受力過大、內(nèi)撐沒有緊貼H型鋼腰、坑壁承載超限、針對內(nèi)撐受力不均造成的形變，應(yīng)該對受力過大的地方增加支撐，或者按照先撤后換的原則，使用強度更高的內(nèi)支撐。

4.4.3 內(nèi)撐彎曲

可能因為坑壁土方堆放過高、內(nèi)撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不高、焊接點出現(xiàn)松動等。此時需要及時卸載坑壁，安裝新的內(nèi)支撐。

4.5 地表裂縫

圖3 地表沉降累計變化量曲線

施工過程應(yīng)該時刻主要對周圍地表地面開裂情況的觀察。如果基坑頂部側(cè)向位移和基坑深度比值超過3‰時，應(yīng)該采取必要措施進(jìn)行加固，保證基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以采取增加支護(hù)等方式。

5 監(jiān)測結(jié)果及分析

5.1 地表沉降監(jiān)測

對各測點按照計劃進(jìn)行監(jiān)測，至2017年10月3日，本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：-2.11 mm，位于DBC32-3，其平均變化速率為-2.11 mm/d；地表沉降累計變化量最大值：-15.95 mm，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(yù)警值。

5.2 地下水位監(jiān)測

基坑周邊的地下水位對基坑結(jié)構(gòu)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(jìn)行監(jiān)測[5]。在本次監(jiān)測中，測點SW20出現(xiàn)地下水位變化量最大值-233 mm，其平均變化速率為-233 mm/d；地下水位累計變化量最大值：472 mm，位于測點SW18。各測點均無異常，監(jiān)測結(jié)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(yù)警值。地下水位累計變化量監(jiān)測曲線如圖4所示。

5.3 樁頂水平位移監(jiān)測

廬陽大道段管廊基坑開挖采用SP-Ⅳ拉森鋼板樁支護(hù)，鋼板樁長度為15 m，間距為0.9 m。本次監(jiān)測結(jié)果如圖5所示。樁頂水平位移變化量最大值：-1.40 mm，位于ZQS9-1；其平均變化速率為-1.40 mm/d；本期樁頂水平位移累計變化量最大值：14.90 mm，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(yù)警值。

5.4 鋼支撐軸力檢測

圖4 地下水位累計變化量曲線

圖5 樁頂水平位移累計變化量曲線

圖6 支撐軸力累計變化量曲線

本工程采用端頭軸力計對主要斷面進(jìn)行軸力測試，監(jiān)測點沿里程方向隔三撐(約20 m)設(shè)置一個，各測點按照計劃進(jìn)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-8.3 kN,位于ZCL91-1，其平均變化速率為-8.3 kN/d；軸力累計變化量最大值：38.4 kN，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超過預(yù)警值。

5.5 測斜

在基坑監(jiān)測中國，測斜能夠反映圍護(hù)結(jié)構(gòu)在水土壓力作用下連續(xù)性變形特征，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全顯得尤為重要[6]。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16.07 mm，累計位移最小點為ZQT17，累計位移為12.90 mm，兩測點累計水平位移曲線如圖7所示。

6 結(jié)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(jié)論：

圖7 累計水平位移曲線

1)為防止支撐撓曲變形過大，保證鋼支撐受力穩(wěn)定，在施工時應(yīng)加強監(jiān)測，對基坑回彈導(dǎo)致豎向支撐位移而產(chǎn)生的橫向支撐豎向撓曲變形在接近允許值時，必須及時采取措施。

2)本文以基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的累積變形量大小作為參考手段的監(jiān)測方法，直接反映了基坑在開挖中圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體之間互相作用，對預(yù)防各種坊塌事故的發(fā)生有積極作用，對保證基坑安全施工有著重要意義。

3)在變形監(jiān)測過程中，如果發(fā)生變形量或變形速率出現(xiàn)異常變化、變形量達(dá)到或超出預(yù)警值的現(xiàn)象，對發(fā)生異常的部分，應(yīng)立刻停止施工，增加監(jiān)測頻率，控制基坑變形，保證施工的順利進(jìn)行。