施工期安全監(jiān)測技術(shù)在蒙城樞紐基坑施工中的應(yīng)用

一、項目概況

1.工程概況

安徽渦河蒙城樞紐工程，是渦河流域一座集防洪、排澇、蓄水、灌溉、交通航運于一體的Ⅱ等大（2）型樞紐工程。擬建的主要建筑物由節(jié)制閘和船閘組成，節(jié)制閘為大（2）型水閘開敞式結(jié)構(gòu)，兩孔一聯(lián)共16孔，單孔凈寬10m，總過流寬度160m，設(shè)計流量為20年一遇2400m3/s，校核流量為50年一遇2900m3/s。新建船閘為Ⅲ級船閘，設(shè)計船型為1000t 級。

2.基坑主要參數(shù)

節(jié)制閘基坑最大長度約470m，最大寬度約200m，面積約7.6萬m2，最大開挖深度達到12.3m；船閘基坑最大長度約530m，最大寬度約90m，面積約3.5萬m2，最大開挖深度達到17m。降水前地下水埋深約在18.51～20.81m，開挖降水最大深度約為13.32m。根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ120-2012）屬于Ⅰ類基坑。

3.地層巖性

工程位于皖北（華北）地層區(qū)，屬于兩淮地層分區(qū)淮北地層小區(qū)。區(qū)內(nèi)第四系地層發(fā)育，分布廣泛，厚度達數(shù)十米至數(shù)百米，以沖積和洪積類型為主，地層具多元結(jié)構(gòu)：土性為粉質(zhì)粘土、粘土、粉細砂、細砂、粉土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等。

開挖深度范圍內(nèi)主要包括粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、粉細砂等，局部有灰黑色淤泥、淤泥質(zhì)土，具二元結(jié)構(gòu)，為典型的近代沖積地層。

二、監(jiān)測必要性分析

樞紐工程建設(shè)規(guī)模大，結(jié)構(gòu)物集中，建設(shè)工期長，主體結(jié)構(gòu)均在基坑內(nèi)施工。根據(jù)已批復(fù)的施工組織設(shè)計，高峰期基坑內(nèi)作業(yè)人員超過300 人，各種機械設(shè)備超過120臺套，基坑穩(wěn)定與否直接關(guān)系到參建人員、設(shè)備、材料的安全。且基坑兩側(cè)為渦河堤防，一旦因基坑開挖導(dǎo)致堤防失穩(wěn)，可能影響整個淮河流域防洪度汛。因此，采取科學(xué)、高效的方式方法對基坑進行監(jiān)測尤為必要。

三、監(jiān)測項目及布置

經(jīng)參建各方研究討論，確定基坑監(jiān)測項目主要包括基坑邊坡水平、垂直位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測。另外，根據(jù)經(jīng)驗，對基坑邊坡進行巡視檢查，觀察邊坡有無裂縫、局部坍塌等現(xiàn)象。

1.邊坡水平位移監(jiān)測

基坑邊坡水平位移采用測斜管監(jiān)測，安裝在基坑開挖較深的邊坡頂部附近，節(jié)制閘基坑開挖邊坡布置2 套，船閘基坑開挖邊坡布置3 套，測斜管鉆孔深度深入相應(yīng)基坑底高程3m左右，共布置5 套測斜管。水平位移測點平面布置詳見圖1。

測斜管通過滑動式測斜儀監(jiān)測，采用TL-06B型鉆孔測斜儀。

儀器參數(shù)：

（1）傳感器靈敏度：0.02mm/8″；

（2）標(biāo)度因素：2.5±0.01v/g；

（3）導(dǎo)輪間距：500mm；

（4）測頭尺寸：φ32mm×660mm；

（5）測量范圍：±53°；

（6）工作溫度：-20℃～70℃；

（7）耐水壓：1.2MPa。

圖1 測點布置圖

觀測時將測頭導(dǎo)輪沿測斜管導(dǎo)向槽滑入，放松監(jiān)測電纜將測頭緩慢滑至孔底，記錄深度標(biāo)志。將孔底位置作為監(jiān)測起點，每0.5m 測度一個讀數(shù)，直至管口位置，然后將測斜儀旋轉(zhuǎn)180°重復(fù)操作一次，以減少傳感器的偏值和軸對準(zhǔn)造成的誤差。

測斜管采用ABS 材質(zhì)專業(yè)管材鉆孔安裝，鉆孔孔徑130mm，測斜管逐根連接并密封后放入鉆孔，調(diào)整導(dǎo)槽方向后周圍用泥漿回填密實。

水平位移在基坑開挖過程中每周觀測2～3次，根據(jù)測點變形速率進行適當(dāng)調(diào)整?；娱_挖完成后待變形趨勢趨于穩(wěn)定后調(diào)整至1 周觀測1次。

2.邊坡垂直位移監(jiān)測

基坑邊坡垂直位移采用精密水準(zhǔn)測量法監(jiān)測，在節(jié)制閘和船閘開挖邊坡頂部布置垂直位移測點，測點盡量布置在陽角處或基坑邊坡中部，測點間距60m左右，開挖邊坡較緩的位置測點間距可適當(dāng)加大，在節(jié)制閘基坑開挖邊坡布置10個測點，船閘基坑開挖邊坡布置15個測點，共布置25個測點。垂直位移測點平面布置詳見圖1。

垂直位移按照二等水準(zhǔn)測量精度要求進行觀測，垂直位移測量監(jiān)測設(shè)備采用徠卡DNA03 電子水準(zhǔn)儀，水準(zhǔn)儀配合銦鋼條碼尺使用，儀器每千米往返誤差0.3mm。

施工期垂直位移測點采用帶底座的鋼管標(biāo)形式，底座尺寸0.8m×0.8m，埋深1.0m，測點頂部焊接沉降標(biāo)點，并設(shè)保護裝置。

垂直位移在基坑開挖過程中每周觀測2～3次，根據(jù)測點變形速率進行適當(dāng)調(diào)整?；娱_挖完成后待變形趨勢趨于穩(wěn)定后調(diào)整至1 周觀測1次。

圖2 水平位移典型測點測值曲線圖

圖3 垂直位移典型測點測值過程線圖

圖4 地下水位典型測點變化過程線圖

圖5 截滲墻內(nèi)外水位變化相關(guān)過程線圖

3.地下水位監(jiān)測

地下水位采用測壓管監(jiān)測，測壓管布置在基坑中央和兩個相鄰的降水井中間位置，在節(jié)制閘基坑中央布置2個測點，基坑邊坡降水井中間布置4個測點；船閘基坑中央布置3個測點，基坑邊坡降水井中間布置13個測點，在節(jié)制閘截滲墻外側(cè)分別布置2個測點，在船閘截滲墻外側(cè)布置4個測點，測點與截滲墻內(nèi)側(cè)的測點對應(yīng)布置。測壓管安裝深度比相鄰的降水井深2m左右。共布置測壓管28 根，具體平面布置詳見圖1。

地下水位通過電測水位計觀測。采用HY.SWJ-1型電測水位計，儀器分辨率1mm，重復(fù)性誤差0.2mm。首次觀測時應(yīng)測量測壓管管口高程，并根據(jù)電測水位計監(jiān)測結(jié)果計算地下水位高程。

測壓管采用鍍鋅鋼管鉆孔安裝，鉆孔孔徑110mm，透水段鋼管鉆孔后包裹無紡布，周圍回填中粗砂，地面以下3m范圍內(nèi)回填粘土球封孔。

地下水位觀測與降水工作同步進行，基坑地下水測壓管在降水未達到設(shè)計要求水位前，每天觀測2次，觀測時間應(yīng)盡量與排水井水位同步觀測。當(dāng)水位達到設(shè)計要求水位且水位穩(wěn)定后，每1～2 天觀測1次，基坑回填停止降水后停止觀測。

4.巡視檢查

主要內(nèi)容包括對邊坡周邊有無塌陷、裂縫和滑坡，邊坡表面有無裂縫、滑坡和滲水點，基坑底部有無隆起和滲水點，監(jiān)測設(shè)施的是否完好等情況進行巡視檢查。該項工作每周巡視1次。日常參建各方發(fā)現(xiàn)問題均可直接向項目部提出。

四、監(jiān)測資料整編與分析

1.水平位移監(jiān)測資料分析

基坑邊坡水平位移監(jiān)測自2019年4月4日開始進行監(jiān)測，并及時進行資料整編分析，上報監(jiān)測結(jié)果，指導(dǎo)基坑開挖和施工。基坑開挖施工以來水平位移測值變幅整體相對較小，累計變化量最大值為11.4mm，發(fā)生在船閘基坑開挖邊坡中間部位。測值沒有明顯突變和不收斂的趨勢性變化，水平位移測值低于規(guī)范要求的30mm 警戒值要求，表明基坑邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)?；舆吰滤轿灰频湫蜏y點曲線見圖2。

2.垂直位移監(jiān)測資料分析

基坑邊坡垂直位移監(jiān)測自2019年4月26日開始觀測，目前垂直位移測點變幅相對較小，沒有明顯的趨勢性變化，測值累計變化量最大值為13.4mm，發(fā)生在節(jié)制閘靠河床側(cè)基坑邊坡頂部，各個垂直位移測點變幅值均低于規(guī)范要求的30mm 警戒值要求，基坑邊坡整體穩(wěn)定?；舆吰麓怪蔽灰频湫蜏y點變化過程線見圖3。

3.地下水位監(jiān)測資料分析

基坑降水工作開始前，基坑內(nèi)地下水位初始高程在18.51～20.81m范圍內(nèi)，截止到2020年4月20日，各測壓管地下水位高程在5.70～16.51m范圍內(nèi)，地下水位最大降幅13.32m。截滲墻內(nèi)外水頭差為2.52～5.79m，表明截滲墻防滲效果良好。

在基坑開挖過程中，通過計算基坑各個典型開挖高程的測壓管水位警戒值指導(dǎo)施工開挖，有效保證了施工安全。目前基坑開挖已達到設(shè)計最大深度，基坑地下水位基本趨于穩(wěn)定，未發(fā)生突涌、管涌等危害工程的異常情況。地下水位典型測點變化過程線見圖4，截滲墻內(nèi)外水位變化相關(guān)性見圖5。

五、結(jié)語

渦河蒙城樞紐工程在基坑開挖施工過程中，對基坑開挖的安全監(jiān)測工作進行全面、系統(tǒng)的事前策劃和過程控制，采用測斜管、高精度水準(zhǔn)測量、測壓管水位量測和巡視檢查結(jié)合的方式，通過監(jiān)測反饋和指導(dǎo)施工，有效預(yù)防了基坑內(nèi)突發(fā)涌水、邊坡坍塌等險情的發(fā)生，為保障基坑施工期安全發(fā)揮了重要作用，可為同類工程施工提供參考和借鑒■