深基坑在既有橋跨結構下的監(jiān)測技術

郭 俊 劉佳杰

(北京市政路橋股份有限公司 北京 100045)

引言

目前，關于深基坑監(jiān)測技術的討論研究已有一些成果。馬玉龍[1]討論了深基坑監(jiān)測技術方案時，在滿足監(jiān)測要求的前提下，確保監(jiān)測平面布置簡單，布設層次少，有利于監(jiān)測技術方案的執(zhí)行；胡燕平[2]及劉浩然等[3]將監(jiān)測重點放在了深基坑周圍建筑及地下管線，確保深基坑施工過程中，周圍建筑物及地下管線的安全性；劉志剛[4]在上海軌道交通地鐵站深基坑監(jiān)測分析中，通過數值分析發(fā)現基坑無支撐狀態(tài)暴露時間越長，基坑壁的變形越大；王杰光等[5]在對杭州地鐵青年路車站深基坑研究時發(fā)現深基坑開挖對地表沉降有較大的影響，應及時架設基坑內橫支撐；李芒原等[6]通過BIM技術模擬深基坑開挖，研究復雜深基坑的監(jiān)測。對于在既有橋跨結構下深基坑的監(jiān)測技術研究并不多，因此本文以北京新機場地下綜合管廊項目為例，討論在既有橋跨結構下深基坑的監(jiān)測技術。

1 概況

北京新機場連接線包含新機場高速、新機場軌道交通、新機場地下綜合管廊等。在滿足各項結構設計要求的前提下，部分段落采用共構結構進行設計施工，形成上為高速公路，中為軌道交通，下為市政道路及地下為綜合管廊的立體交通(圖1)，共構段全線長約8km。共構段設計可以節(jié)省大量空間和土地資源，將不同功能的運輸系統(公路、軌道、市政道路、地下管線等)疊加在一起，充分利用了地上及地下空間，減少了對農田林地的占用，降低了對環(huán)境的影響。

圖1 新機場共構段及綜合管廊深基坑斷面示意圖

在規(guī)劃和實施過程中，新機場高速及新機場軌道交通先于綜合管廊，導致了綜合管廊進場施工時，新機場線共構段下部結構已經基本完成，同時綜合管廊采用明開基坑方案進行施工，因此綜合管廊施工時，需要在共構段下部結構兩承臺之間進行基坑開挖，基坑開挖平均深度約6.5m，屬于深基坑開挖。綜合管廊深基坑開挖會導致共構段下部結構承臺及樁基外露(圖1)，改變了承臺及樁基受力狀態(tài)，特別是摩擦樁的摩阻力受到了較大的影響，嚴重影響共構段下部結構的穩(wěn)定性及安全性[7]。現場處理辦法是對外露樁基下一定范圍內的土體進行注漿加固加密，提高注漿范圍內樁基的摩阻力，確保共構段下部結構的穩(wěn)定性。綜合管廊深基坑邊坡采用錨桿土釘墻防護措施。

由于綜合管廊深基坑位于共構段下，基坑開挖后，整體結構復雜，又由于項目所在土層為砂性土，工程穩(wěn)定性差，因此在施工過程當中，有效的監(jiān)控尤為重要，可以為施工安全提供準確依據[8]，確保綜合管廊施工正常進行。

2 監(jiān)測點種類及現場設施設備

根據現場情況，采用分段布置監(jiān)測點及基準點。每120m為一個監(jiān)測段進行監(jiān)測點及基準點布置。為了確保監(jiān)測的穩(wěn)定性和準確性，基準點采用混凝土基柱形式(圖2)設置，這樣有利于基準點通視，使基準點醒目，便于識別，不易被破壞?；鶞庶c坐標及標高應根據設計單位提供的導線點確定?；鶞庶c主要用于測量監(jiān)測點處水平位移和豎向位移(沉降)，在一個監(jiān)測段落內，應設置不少于4個基準點，任意兩個基準點應做到通視并覆蓋整個監(jiān)測段落。

圖2 基準點柱基施作圖

在施工過程中，主要監(jiān)測對象是共構段下部結構承臺穩(wěn)定性，承臺外一定范圍內土體穩(wěn)定性，綜合管廊深基坑邊坡穩(wěn)定性，基坑外一定范圍內土體穩(wěn)定性及地下水位。根據現場情況和監(jiān)測要求，現場布置監(jiān)測點，監(jiān)測點主要包括：水平位移監(jiān)測點及豎向位移(沉降)監(jiān)測點。為了確保在綜合管廊從基坑開挖到回填整個施工過程中的監(jiān)測，監(jiān)測點應該堅固可靠，不易被破壞，便于識別，應有必要的保護措施，監(jiān)測點施作詳見圖3，根據具體的監(jiān)測目的，在外露的鋼筋頭上安裝相應的設備或裝置(單棱鏡底座或電子條形碼水準標尺基礎)。在承臺及下墩柱上設置監(jiān)測點時，應考慮成品保護。

圖3 監(jiān)測點施作結構圖

由于監(jiān)測精度要求較高，在一個監(jiān)測段內中間部分，基坑兩側各設置一個監(jiān)測儀器柱基(圖4)，在采集監(jiān)測數據時，起到監(jiān)測儀器支架作用。首先儀器柱基穩(wěn)定性好，且位置固定，每次監(jiān)測數據可以進行算前原始數據對比，監(jiān)測數據誤差穩(wěn)定性強，監(jiān)測數據穩(wěn)定且可以有效減少監(jiān)測數據錯誤；另外儀器柱基在砌筑時，可以事先調平，可以免去監(jiān)測階段，架設調平支架工作，提高工作效率。儀器柱基不使用時，應用塑料保護套保護。

圖4 監(jiān)測儀器柱基施作圖

所有已布監(jiān)測點、基準點及儀器柱基均應設置明顯的標識標牌，標明編號、用途、設置時間等信息；采取必要措施保護，確保監(jiān)測過程中監(jiān)測點、基準點及儀器柱基的完整性及可用性；定期檢查監(jiān)測點、基準點及儀器柱基，發(fā)現破損且不影響使用的，應及時修補，發(fā)現破損且不能使用的，應及時聯系第三方監(jiān)測單位、業(yè)主單位及監(jiān)理單位，共同確定處理方案。

水平位移監(jiān)測所用儀器為拓普康GTS-332N電子全站儀，根據現場情況采用坐標相對距離法進行監(jiān)測，按照二級位移觀測精度進行觀測[9]。豎向位移(沉降)監(jiān)測采用天寶DiNi03電子精密水準儀，配合 LD12電子條碼水準標尺，豎向位移(沉降)監(jiān)測等級為二等[9]。施工單位及第三方監(jiān)測單位應各自使用不同的符合要求的監(jiān)測儀器。

監(jiān)測人員應具備相應的測量技術，在項目監(jiān)測前期應熟悉監(jiān)測方案及監(jiān)測設備。在監(jiān)測過程中，應固定監(jiān)測人員、監(jiān)測設備、監(jiān)測方法和監(jiān)測時間，以保證數據成果的系統性、可靠性、精確性及穩(wěn)定性[10]。

3 監(jiān)測點布置

根據綜合管廊基坑開挖經過的段落，監(jiān)測點布置分為兩個方案，承臺段監(jiān)測點布置及非承臺段監(jiān)測點布置。根據現場基坑變化及基坑變化可能對共構段下部結構穩(wěn)定性的影響，確定承臺段及非承臺段需要監(jiān)測的位置及內容，承臺段及非承臺段監(jiān)測點種類詳見表1。

表1 承臺段及非承臺段監(jiān)測點種類

監(jiān)測點總體平面布置詳見圖5。承臺段及非承臺段監(jiān)測點均布在相應段落的中線上。地下水位監(jiān)測管僅布置在非承臺段?；鶞庶c要根據實際情況布置，確?；鶞庶c之間相互通視，如遇到地形復雜或施工場地狹小的監(jiān)測段，可以根據實際情況增加基準點。監(jiān)測儀器柱基應設在兩承臺(順橋方向)之間中間位置且不能影響監(jiān)測點布置。應確保布置的監(jiān)測儀器柱基可以測量監(jiān)測段內所有監(jiān)測點，可以根據實際情況增加監(jiān)測儀器柱基。

圖5 承臺段及非承臺段監(jiān)測點總體平面布置

圖6和圖7為承臺段就非承臺段監(jiān)測點布置立面圖。布置在坡頂處的監(jiān)測點應距坡頂邊緣不少于0.2m。承臺上監(jiān)測點布置時，采用在承臺上澆筑混凝土臺安裝監(jiān)測點；在下墩柱上采用粘貼的方式安裝紙質電子條碼尺并塑封保護，避免對外露承臺及下墩柱造成外觀破壞。

圖6 承臺段監(jiān)測點布置立面圖

圖7 非承臺段監(jiān)測點布置立面圖

對于基坑兩側8m范圍內的地下管線，采用測量地表沉降的間接方法進行監(jiān)測。監(jiān)測點應順著地下管線，布置在地下管線的正上方(監(jiān)測點結構見圖3)，對于剛性管線，監(jiān)測點應布置在管線節(jié)點、豎井等易破損處。

4 監(jiān)測過程

在監(jiān)測工作開始前，監(jiān)測儀器和現場工具設施必須提前準備且校驗合格，并根據工期進展適時增加或減少。監(jiān)測過程詳見圖8。在基坑開挖前，必須完成監(jiān)測點布置且驗收合格。監(jiān)測點的布置，數量和質量均應符合使用要求，應能反映工程實際狀態(tài)。在監(jiān)測點布置施工過程中，監(jiān)理單位及第三方監(jiān)測單位需要旁站監(jiān)督。

圖8 綜合管廊深基坑及共構段下部結構監(jiān)測流程

驗收合格后的監(jiān)測點需要在基坑開挖前，采集初始值。初始值應在監(jiān)測點布置穩(wěn)定后進行采集，施工單位與第三方監(jiān)測單位應分別采用相同基準點進項采集工作，應連續(xù)獨立觀測3次，取平均值作為各自所采集的初始值。施工單位及第三方監(jiān)測單位所監(jiān)測初始值的平均值作為最終初始值。

自基坑開挖至完成綜合管廊施工回填完成，應按要求進行監(jiān)測。施工單位和第三方監(jiān)測單位采用相同的基準點及檢測儀器柱基分別監(jiān)測，各監(jiān)測點監(jiān)測頻率及控制值見表2，監(jiān)測精度見表3[9]。表2所示監(jiān)測頻率不作為實際監(jiān)測頻率的絕對依據，應根據工程進程確定，當變形超過設計要求值或施工現場條件變化較大時，應加密監(jiān)測；當有危險事故征兆時，應進行連續(xù)監(jiān)測。當出現下雨天施工、監(jiān)測點數據異常變化、基坑附近有突增的異常荷載等時，監(jiān)測頻率應加大到正常頻率的2倍以上。

表2 各監(jiān)測點監(jiān)測頻率及控制值

表3 各監(jiān)測精度要求

監(jiān)測人員必須準確、真實地記錄監(jiān)測施工數據，及時地為施工提供依據。監(jiān)測頻率應根據控制值及施工不同階段綜合考慮。定時開展現場巡視工作，確定支護體系的完整性、既有橋跨結構的完整性、基坑周圍地表是否出現嚴重沉降等，及時上報現場情況，并根據巡視工作調整監(jiān)測頻率[11]。

監(jiān)測過程中，是以監(jiān)測點的累計變形值和變形速率兩個指標進行控制(雙控指標)，發(fā)布預警的，預警標準見表4。雙控指標結果和現場巡視結果相結合，最終確定預警等級。施工單位監(jiān)測結果達到預警標準時，應及時調整現場施工，采取有效措施或暫停施工控制雙可控指標的增長，并及時通知第三方監(jiān)測單位、監(jiān)理單位及業(yè)主單位；第三監(jiān)測單位監(jiān)測結果達到預警標準時，應第一時間通知施工單位及監(jiān)理單位及時做好現場防護工作。待預警狀態(tài)解除或現場問題處理完畢后，第三方監(jiān)測單位及施工單位應出具預警報告，總結預警狀態(tài)出現的原因、現場處理措施及經驗總結等。未達到預警標準時，應按要求及時發(fā)布監(jiān)測報告。

表4 監(jiān)測預警標準

有效落實監(jiān)測方案是現場監(jiān)測的重點，校驗合格的監(jiān)測儀器及合格的監(jiān)測人員素質是監(jiān)測方案落實的必要條件，施工單位及監(jiān)理單位應安排專人監(jiān)督督促現場落實監(jiān)測工作。根據監(jiān)測反饋的數據分析現場基坑及共構段下部結構的穩(wěn)定性，確定基坑開挖速度及開挖方法。

5 總結

有效的監(jiān)測技術方案和及時反饋的監(jiān)測數據是判斷深基坑及既有橋跨結構穩(wěn)定性的重要依據。本文研究討論確定了在既有橋跨結構下，管廊深基坑的監(jiān)測點布置與制作，同時討論了監(jiān)測技術方案執(zhí)行的過程。在實際執(zhí)行過程中，及時、有效地檢驗了深基坑及既有橋跨結構的穩(wěn)定性和安全性。本文僅討論了具體監(jiān)測技術方案，如何根據檢測數據調整施工進度或施工方案也是確保深基坑及既有橋跨結構穩(wěn)定性的重要研究內容，這也是下一階段要討論的問題。