綜合管廊基坑施工監(jiān)測方案設(shè)計研究及應(yīng)用分析研究 土木工程專業(yè)

1、綜合管廊基坑施工監(jiān)測方案設(shè)計研究及應(yīng)用摘要：近幾年以來，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水平和緩解城市交通問題有著重要意義。在地下工程中，基坑工程是其最重要的基礎(chǔ)，在基坑開挖的同時，還需要對基坑工程進(jìn)行監(jiān)測，保障工程安全進(jìn)行。本文根據(jù)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案例，通過對施工過程中基坑的變形、地下水、坡頂位移等指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，總結(jié)和分析了監(jiān)測結(jié)果，為其他管廊的設(shè)計，施工和監(jiān)測提供了借鑒和參考。關(guān)鍵詞：管廊基坑；監(jiān)測；變形；坡頂位移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。其中，起步位

2、于臨泉經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)南部，面積5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8.3m3.95m，采用SP-型鋼板樁、H型鋼腰梁、60916鋼管支撐，450型液壓振動錘擊法沉樁，對于鋼板樁打不進(jìn)去的情況采用水刀引孔?；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2m3m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，根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（GB50497-2009）中有關(guān)規(guī)定，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。1.1工程地理位置及周邊環(huán)境管廊施工周

3、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)?、電力、通信等?.2工程地質(zhì)條件及水文特性根據(jù)廬陽大道管廊鉆探揭露分層，并結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)定名，該場

4、地內(nèi)各巖土層地基自上而下分別描述如下：一層為耕填土，灰黑色，中密，沿線主要為農(nóng)田，以粘性土為主，含大量植物根莖，局部位置為碎填土，含碎石及砂土，層厚0.50m2.40m，層頂標(biāo)高為34.137.85m。二層為粉質(zhì)黏土，褐灰、黃褐色、褐黃色，可塑，局部硬塑，稍濕至濕,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(qiáng)度中等，韌性中等。場地普分布。層厚4.40m8.4m；層頂標(biāo)高31.75m36.45m；層頂埋深0.50m2.40m。三層為粉土夾粉質(zhì)黏土，褐黃色，局部為灰褐色,中密密實(shí)，濕很濕，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

5、.60m；層頂標(biāo)高26.18m29.45m;層頂埋深4.40m9.80m。標(biāo)貫實(shí)測擊數(shù)26.032.0擊。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)粘土中的孔隙水。上層滯水主要由大氣降水、地表水滲入補(bǔ)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)粘土中的孔隙水主要由地表水滲入和地下水滲流補(bǔ)給?？菟陟o止水位埋深一般在4.205.50m。工程建設(shè)過程中地質(zhì)環(huán)境將發(fā)生變化，場地地下水補(bǔ)給、涇流、排泄等條件將隨之發(fā)生改變，其地下水位年變化幅度在3.00米左右。根據(jù)本地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，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

6、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。2 監(jiān)測設(shè)計方案2.1工程監(jiān)測測點(diǎn)布置 在基坑周邊布置監(jiān)測點(diǎn)，觀測點(diǎn)間距不大于25m，觀測點(diǎn)平面布置如圖2所示：圖2 觀測點(diǎn)平面布置圖各監(jiān)測點(diǎn)在施工開挖前進(jìn)行埋設(shè)，監(jiān)測周期為：每層土方開挖后監(jiān)測一次，雨后監(jiān)測一次，變形加速且不收斂時加密觀測次數(shù)，基坑開挖至設(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。2.2坡頂位移在坡頂設(shè)置豎向位移和水平位移監(jiān)測點(diǎn)，豎向位移和水平位移監(jiān)測點(diǎn)合二為一，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(diǎn)位坐標(biāo)值來確定水平位移。適時測量地表沉降變化情況。2.3軸力監(jiān)測鋼支撐

7、軸力監(jiān)測每隔3個支撐布置個監(jiān)測點(diǎn)，基坑支護(hù)頂監(jiān)測點(diǎn)采用鋼筋水泥加固法設(shè)置，鋼筋直徑不小于16毫米，鋼筋埋設(shè)深度不小于0.35米（或水泥加固至穩(wěn)固層）或在支護(hù)樁體打入鋼釘。本工程采用端頭軸力計進(jìn)行軸力測試。將軸力計安裝架與H型鋼支撐端頭對中并牢固焊接。在擬安裝軸力計位置的墻體鋼板上焊接一塊25025025mm的加強(qiáng)墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計陷入鋼板，影響測試結(jié)果；待焊接溫度冷卻后，將軸力計推入安裝架并用螺絲固定好；安裝過程中必須注意軸力計和鋼支撐在一直線上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過軸力計正常傳遞到支護(hù)結(jié)構(gòu)上?；娱_挖時用頻率儀測試鋼支撐的應(yīng)變，再用彈性原理即可計算鋼支撐的軸力。2

8、.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。用鉆機(jī)成孔，孔徑110，孔深15m，間距25m，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300mm，并用粗砂將孔壁和管之間填滿。 電測水位計由測量鋼尺、側(cè)頭、測讀訊響器等組成。當(dāng)側(cè)頭觸及到水位時訊響器發(fā)音，根據(jù)訊響聲讀取測量鋼尺的讀數(shù)，即可得到地下水位深度。水位管放入水位孔后，孔隙用砂填充，距地面約0.5m高度用水泥砂漿天使，避免地表水流入管里。3 施工過程中突發(fā)事件處理措施3.1地面沉降、坑底隆起 若地面沉降速率過大并有坑底隆起現(xiàn)象，應(yīng)迅速回填反壓，并采用靜壓注漿等措施迅速加固坑底，特別注意挖土?xí)r間和挖土順序，若有深層

9、土體流動跡象，應(yīng)立即停止挖土，隨后會同業(yè)主、監(jiān)理各方一起分析原因，制定下一步對策后方可施工，并應(yīng)立即加設(shè)基坑外沉降監(jiān)測點(diǎn)。3.2基底流砂、管涌 應(yīng)立即采用細(xì)石或綠豆砂將管涌口覆蓋以減少涌水口的砂土流失，同時在坑底挖臨時集水坑用水泵進(jìn)行明排水，對坑中土進(jìn)行搶挖。如果管涌點(diǎn)過多，則應(yīng)在坑底做細(xì)石墊層。當(dāng)集水井排水使坑中水位低于基坑底設(shè)計標(biāo)高時，立即進(jìn)行砼墊層的澆筑。3.3支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆 支護(hù)結(jié)構(gòu)傾覆是在支護(hù)變形失穩(wěn)后產(chǎn)生的，其可能產(chǎn)生的危害包括：下部結(jié)構(gòu)損壞、施工人員群死群傷等。其后果較嚴(yán)重，若發(fā)生此類事故，應(yīng)采取的措施包括： （1）迅速調(diào)用應(yīng)急設(shè)備，如挖掘機(jī)、起重機(jī)等，對未完全傾覆的板樁施加外力，

10、如拉住板樁頂部、扶正傾斜的內(nèi)撐等。延緩其傾覆的速度，為施工人員撤離現(xiàn)場、保護(hù)完工產(chǎn)品等爭取時間。 （2） 傾斜不太嚴(yán)重的板樁在人員撤離后用拉錨、加H型鋼斜撐的辦法阻止其過大變形，在變形穩(wěn)定后恢復(fù)其形狀。 （3）傾覆嚴(yán)重的基坑在人員撤離后迅速用土回填，使其不致產(chǎn)生進(jìn)一步的危害，再通知監(jiān)理、業(yè)主等相關(guān)部門，共同研究下一步的解決方案。3.4支護(hù)結(jié)構(gòu)變形 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形包括鋼板樁變形、H型鋼腰梁彎曲及扭轉(zhuǎn)、H型鋼支撐彎曲等情況，對于可能出現(xiàn)的情況其處理措施如下： （1）鋼板樁變形可能由于基坑側(cè)荷載集中或超限、內(nèi)支撐未頂緊鋼板樁等原因引起，應(yīng)采取的措施包括撤除基坑邊堆放的材料、設(shè)備，挖除基坑外的筑島頂部0

11、.51m的土方來減荷，在圍囹與板樁的間隙打入木楔或鋼楔。 （2）內(nèi)支撐變形可能由于基坑側(cè)荷載集中或超限、內(nèi)撐未頂緊H型鋼腰、坑壁土壓力增大、對于內(nèi)撐失穩(wěn)原因引起的變形，則應(yīng)增加內(nèi)撐或撤換內(nèi)撐，撤換內(nèi)撐應(yīng)先換后撤。 （3）內(nèi)撐彎曲可能由于坑壁土壓力增大、內(nèi)撐安裝不穩(wěn)固、焊接質(zhì)量問題等引起。此時應(yīng)先對坑壁卸載，再撤換內(nèi)撐。3.5 地表裂縫在整個施工開挖過程中，應(yīng)連續(xù)觀察鄰近地表、地物的開裂、變形情況。當(dāng)基坑頂部的側(cè)向位移與當(dāng)時開挖深度之比超過3時，應(yīng)密切加強(qiáng)觀察并及時對支護(hù)采取加固措施，必要時增用其它支護(hù)方法。4 監(jiān)測結(jié)果及分析4.1地表沉降監(jiān)測對各測點(diǎn)按照計劃進(jìn)行監(jiān)測，至2017年10月3日，本

12、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:-2.11mm，位于DBC32-3，其平均變化速率為-2.11mm/d；地表沉降累計變化量最大值：-15.95mm，位于DBC46-3。各測點(diǎn)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。圖3 地表沉降累計變化量曲線4.2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。為確保管廊順利施工，使地下水位降至基底0.5m以下，以便在無水干燥的條件下開挖土方和進(jìn)行管廊施工，既可避免大量涌水、冒泥、翻漿和流沙對施工造成的影

13、響，又由于土中水分排除后，動水壓力減小，大大提高邊坡的穩(wěn)定性。在本次監(jiān)測中，測點(diǎn)SW20出現(xiàn)地下水位變化量最大值-233mm，其平均變化速率為-233mm/d；地下水位累計變化量最大值：472mm，位于測點(diǎn)SW18。各測點(diǎn)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：圖4地下水位累計變化量曲線4.3樁頂水平位移監(jiān)測廬陽大道段管廊基坑開挖采用SP-拉森鋼板樁支護(hù)，鋼板樁長度為15m，間距為0.9m。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： -1.40mm，位于ZQS9-1；其平均變化速率為-1.40mm/d；本期

14、樁頂水平位移累計變化量最大值：14.90mm，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。圖5 樁頂水平位移累計變化量曲線4.4鋼支撐軸力檢測本工程采用采用端頭軸力計對主要斷面進(jìn)行軸力測試，基坑開挖時用頻率儀測試鋼支撐的應(yīng)變，再用彈性原理即可計算鋼支撐的軸力。監(jiān)測點(diǎn)沿里程方向隔三撐（約20m）設(shè)置一個，各測點(diǎn)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(diǎn)中，軸力變化量最大值-8.3kN,位于ZCL91-1，其平均變化速率為-8.3kN/d；軸力累計變化量最大值：38.4KN，位于ZCL14-1。各測點(diǎn)均無發(fā)生異常，鋼支撐軸力日變化量及累計變化量均未

15、超過預(yù)警值。圖6 支撐軸力累計變化量曲線4.5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。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(diǎn)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(diǎn)為CQT22，累計位移為16.07mm，累計位移最小點(diǎn)為ZQT17，累計位移為12.90mm，兩測點(diǎn)累計水平位移曲線如圖7所示。圖7 累計水平位移曲線5 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：（1）由于本工程管廊基坑開挖較深，鋼板樁的垂直度及搭接十分重要，當(dāng)開挖過程中發(fā)現(xiàn)鋼板樁未貼靠