復雜環(huán)境深基坑開挖監(jiān)測技術研究

寧連冰,蔣登平,崔文樂

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610021)

城市內(nèi)澇問題一直是困擾大多數(shù)城市的一個難題,隨著城市內(nèi)澇排洪的水利設施需求日漸增多,大部分排洪設施出水口位于城區(qū)附近江、河,周邊與城市現(xiàn)場建筑物存在交叉干擾,大范圍放坡開挖困難,需要采用基坑支護結構以減少土地占用,減少對周邊環(huán)境的干擾。本文結合福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程東線工程(Ⅰ標段)魁岐出水口泵室段及箱涵段工程復雜環(huán)境下基坑圍護支撐結構開挖監(jiān)測,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析研究。

1 工程概況

福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程位于福州市閩江北港北岸城區(qū),西起閩江北港北岸淮安大橋邊,東至鼓山魁岐。其中,魁岐出水口位于東線隧洞出口,主要由箱涵、分流室、檢修閘泵室、消力池及外江拋石護底等組成。永久性主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級。魁岐出水口基坑最大開挖深度約20.1 m。

1.1 周邊環(huán)境情況

魁岐出口箱涵、泵室段位于福州江濱公園內(nèi)閩江邊,外側基坑圍護樁位于駁岸擋墻中心線附近,內(nèi)側距離福州市江濱東大道高架邊1～9 m,距離最近橋墩邊緣約5 m,基坑周邊有電纜、城市管道、江濱公園景觀道、管理房等,周邊環(huán)境極其復雜。

1.2 工程地質(zhì)概況

魁岐出口箱涵、泵室段地層上部為人工堆積,中部為中細砂,下部為全風化、強風化堿性花崗巖。

1.3 水文氣象概況

工程區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風氣侯,年平均氣溫19.5℃,最高氣溫37.8℃,最低氣溫-1.1℃,無霜期長達340 d。多年平均風速2.9 m/s,年最大風速26 m/s,臺風登陸或過境時,風速可達40 m/s,臺風引起的增水達1.0～1.5 m。本地區(qū)雨水充沛多年平均降水約1450 mm,一年中以10月-2月為少雨季,占全年的19%;5-6月為梅雨季,雨量占全年的27%～32%,7-9月為臺風雷陣雨季,雨量占全年的30%～37%?？鏊谖挥陂}江邊,魁岐出水口1-3月多年平均最高高潮位5.95 m,多年平均最低低潮位0.60 m。

1.4 基坑支護結構

采用的主要支護方案為:D1000鉆孔灌注樁+D600高壓旋噴樁+混凝土支撐+鋼支撐。

2 基坑監(jiān)測內(nèi)容

2.1 土體深層水平位移監(jiān)測(測斜)

基坑開挖過程中對土體的整體穩(wěn)定性會造成一定的破壞,土體穩(wěn)定性破壞后產(chǎn)生的水平位移需要通過該方式進行監(jiān)測[1]。通過進行水平位移的監(jiān)測,可以有效地避免因為應力的突然釋放導致的超限形變帶來的安全事故,同時,也能及時監(jiān)測應力釋放對支護結構的破壞,切實保護基坑的開挖作業(yè)安全,并保護受基坑開挖影響的建(構)筑物等。本基坑開挖采用的儀器是℃X-03D測斜儀。

2.2 基坑坡頂沉降觀測

本工程基坑開挖時受到潮汐影響,開挖過程中的應力變化更加復雜,因此,需要對基坑坡頂產(chǎn)生的沉降進行觀測,為相對精準地對沉降變形進行監(jiān)測,采用儀器為瑞士徠卡NA2+GPM3,根據(jù)二等水準觀測精度要求進行觀測[2]。

2.3 基坑坡頂水平位移觀測

基坑開挖過程中,隨著坑體中土體的逐步挖除,基坑坡頂部分的土體會失去一側支撐力,在自身重力和另一側土體的側壓力下容易產(chǎn)生側邊位移,乃至發(fā)生基坑失穩(wěn),造成基坑生產(chǎn)過程中的隱患,對基坑周邊地表和建筑物造成危害。該處監(jiān)測和其余監(jiān)測結果進行交叉檢查,互相驗算,采用全站儀根據(jù)二等觀測精度進行觀測。

2.4 支撐內(nèi)力監(jiān)測

隨著基坑開挖,支撐內(nèi)力開始發(fā)生變化,受力超過設計值時,便可能會導致支撐系統(tǒng)及支護結構失效。了解支撐內(nèi)力變化情況,必要時采取相應的措施,確保支撐系統(tǒng)和支護結構的安全[3-4]。支撐內(nèi)力監(jiān)測,使用傳感器、頻率計等儀器進行數(shù)據(jù)收集。

2.5 周邊地表沉降觀測

在基坑地下室施工過程中,由于土層應力釋放、支護結構的變形、地下水位變化等因素,可能導致周邊地表沉降變形。采用精密水準儀瑞士徠卡NA2+GPM3,根據(jù)二等水準觀測精度要求進行觀測[4-5]。

3 監(jiān)測點的布置、監(jiān)測頻率及預警指標

3.1 監(jiān)測點布置

根據(jù)福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程魁岐出水口基坑監(jiān)測點平面布置圖進行監(jiān)測點埋設。監(jiān)測設施均做了明顯標記。監(jiān)測點是監(jiān)測工作的重要標志,在現(xiàn)場各方的共同保護下,保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性并能夠及時準確地獲得數(shù)據(jù),確保了施工過程的順利進行[4-5]?？鏊诨又ёo監(jiān)測點布置在混凝土支撐梁、鋼支撐、混凝土冠梁及基坑周圍,土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測共埋設7個點(C1-C7),孔深為25～26 m;基坑坡頂沉降觀測沿著支護結構邊緣埋設23個沉降觀測點(J1-J23);基坑坡頂?shù)乃轿灰朴^測沿著支護結構邊緣埋設23個水平位移觀測點(S1-S23);在混凝土支撐上共埋設監(jiān)測點13組(每組監(jiān)測點埋設2個應變計,共26個應變計);在鋼支撐上共埋設監(jiān)測點6個;在基坑周邊埋設21個地表沉降觀測點(D1-1-D7-3)。

3.2 監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率參照表1進行,監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預警值時,監(jiān)測頻率為1次/1d。

表1 監(jiān)測頻率

3.3 監(jiān)測預警指標

基坑監(jiān)測預警指標按表2進行。

表2 基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容及報警值

4 監(jiān)測結果匯總分析

4.1 土體深層水平位移監(jiān)測(測斜)

土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測共埋設7個點(C1-C7),孔深為25～26 m。監(jiān)測工作從2022年6月6日至2022年10月17日,其中:累計位移最大值為 26.32 mm(C2測斜孔-9 m處)。土體深層水平位移過程曲線(C2監(jiān)測點)如圖1所示。

圖1 土壤深層水平位移過程曲線(C2監(jiān)測點)

4.2 基坑坡頂沉降觀測

基坑坡頂沉降觀測是為了監(jiān)測基坑開挖期間基坑支護結構周邊的坡頂沉降變形情況[6]。沿著支護結構邊緣埋設23個沉降觀測點(J1-J23)。監(jiān)測工作從2022年5月30日至2023年1月13日,其中:最大累計沉降為11.62 mm(J10)?；悠马敵两颠^程曲線如圖2所示。

圖2 基坑坡頂沉降過程曲線

4.3 基坑坡頂水平位移觀測

基坑坡頂?shù)乃轿灰朴^測是為了監(jiān)測基坑開挖期間支護結構頂部的水平位移情況。沿著支護結構邊緣埋設23個水平位移觀測點(S1-S23)。監(jiān)測工作從2022年6月1日至2023年1月13日,其中:最大累計位移為22 mm(S13)。基坑坡頂水平位移過程曲線如圖3所示。

圖3 基坑坡頂水平位移過程曲線

4.4 混凝土支撐內(nèi)力及鋼支撐軸力監(jiān)測

(1)混凝土支撐內(nèi)力監(jiān)測是為了監(jiān)測基坑開挖期間混凝土支撐的受力變化情況。在混凝土支撐上共埋設監(jiān)測點13組(每組監(jiān)測點埋設2個應變計,共26個應變計)。監(jiān)測工作從2022年6月1日至2023年1月13日。其中:最大內(nèi)力為199.89 kN[Y6(3394)]?；炷林螒^程曲線如圖4所示。

圖4 混凝土支撐應力過程曲線

(2)鋼支撐軸力監(jiān)測是為了監(jiān)測基坑開挖期間鋼支撐的受力變化情況。在鋼支撐上共埋設監(jiān)測點6個。監(jiān)測工作從2022年6月27日至2022年10月28日。其中:最大內(nèi)力為1033.88 kN(G2-1)。鋼支撐軸力過程曲線如圖5所示。

圖5 鋼支撐軸力過程曲線

4.5 周邊地表沉降觀測

地表沉降觀測是為了監(jiān)測基坑開挖期間基坑周邊地表的沉降變形情況。在基坑周邊埋設21個地表沉降觀測點(D1-1-D7-3)。監(jiān)測工作從2022 年5月30日至2023年1月13日,其中:最大累計沉降為12.20 mm(D2-1)。地表沉降過程曲線見圖6所示。

圖6 地表沉降過程曲線

5 結論

(1)對土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,變形曲線基本呈上升趨,后期曲線緩慢收斂,最終未達到設定的預警值。

(2) 基坑坡頂水平位移觀測累計位移量,得出基坑周邊向基坑內(nèi)變形的位移量,本工程基坑支護結構形式對基坑開挖起到了很好保護作用,對基坑開挖有較好的指導意義和內(nèi)支撐設定提供依據(jù)。

(3) 混凝土支撐梁及鋼管撐內(nèi)力隨著開挖和內(nèi)支撐作用不斷變化,受力變化圖近一步驗證了基坑坡頂水平位移和豎向位移變形特征。

(4) 通過對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,本工程基坑開挖過程中漲潮落潮對基坑臨江側支護結構帶來一定影響,但未超過警戒值,施工過程中要加強監(jiān)測。

(5) 本工程監(jiān)測工作自2022年5月30日至2023年1月13日,通過7個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:在魁岐出水口基坑工程施工期間,各監(jiān)測項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)超過預警值的情況,基坑施工順利完成,基坑的支護結構和監(jiān)測形式可以為類似工程提供參考。