臨泉縣某綜合管廊基坑施工監測方案設計研究及應用

趙 青，湛雅璇

(安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230601)

近幾年隨著我國工程建設的快速發展，建設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，不僅包含土力學中的穩定性問題，同時還與護坡結構和土體的相互作用密切相關[1]。臨泉廬陽現代產業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形式，目前這種形式在國內管廊基坑支護中比較少見，同時在施工過程中會有各種不確定的因素發生，需要施工人員能及時發現并正確處理，為保證基坑開挖安全順利進行，開展管廊基坑監測工作就顯得十分重要。

1 工程概況

臨泉廬陽現代產業園選址于臨泉縣單橋鎮和臨泉經濟開發區范圍內，規劃面積15平方公里。廬陽大道(白溝西路-外環東路)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。基坑側壁安全等級為1級，結構重要系數1.1。廬陽大道全部段鋼板樁支護先采用1:1放坡開挖2 m～3 m后打鋼板樁相結合支護形式。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、坡頂位移等指標進行科學監測。

2 工程地理位置及地質條件

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高下穿方式，施工時基坑支護采用鋼板樁進行支護。工程范圍內主要施工障礙物有民房、線桿、樹木、溝溏等，現在大部分已拆遷遷移處理完畢，經調查在鋼板樁施工范圍內沒有燃氣、電力、通信等。

根據廬陽大道管廊鉆探揭露分層，并結合室內土工試驗定名，該場地內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，層頂標高為34.1 m～37.85 m。

二層為粉質黏土，褐灰、黃褐色、褐黃色，可塑，局部硬塑，稍濕,含少量鐵錳結核，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。

三層為粉土夾粉質黏土，褐黃色，局部為灰褐色,中密實度，濕度大，夾粉質黏土薄層，局部混粉土與細砂，場地普遍分布。本層最大揭露厚度9.60 m，層頂標高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條件比較簡單，地下水類型主要為上層滯水和粉質黏土中的孔隙水。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。根據本地區的工程經驗，結合環境水文地質資料及參考附近水質分析報告，擬建場地土及地下水對砼有微侵蝕性，對鋼筋混凝土結構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 監測設計方案

3.1 工程監測測點布置

在基坑周邊布置監測點，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

各監測點在施工開挖前進行埋設，監測周期為：在開挖土方時，每層開挖結束后需要監測一次，遇到特殊天氣或者出現檢測數據異常時需要加密監測次數。基坑開挖至設計標高后，2～5天監測一次，半個月后5天監測一次，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測點進行監測，水平位移檢測采用全站儀建立坐標系統，通過直接觀測點位坐標值來確定水平位移，適時測量地表沉降變化情況。

3.3 軸力監測

采用端頭軸力計進行軸力測試，每隔3個支撐布置一個監測點，基坑支護頂監測點采用鋼筋水泥加固法設置，鋼筋直徑不小于16 mm，鋼筋埋設深度不小于0.35 m(或水泥加固至穩固層)或在支護樁體打入鋼釘。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變計算出鋼支撐的軸力。

3.4 基坑周邊的地下水位監測

采用水位管和水位計進行監測。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，通過側頭觸碰水位引起訊響器發音讀取得到地下水位深度。

4 施工過程中突發事件處理措施

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定，施工中嚴格按照操作要求進行挖土，如果出現深層土體流動，暫停施工[4]。隨后增加基坑沉降觀測點密度，分析原因，制定相應的解決方法，最后才可以繼續施工。

4.2 基底流砂、管涌

使用細石或綠豆砂覆蓋住管涌口，避免流砂大量流失，同時采取應急排水措施，做好坑底排水工作，搶挖坑中土[5]。如果出現大面積管涌，應該在坑底鋪設細砂層。如果集水井排水造成水位高度達不到基坑底設計標高，應該立刻進行混凝土墊層澆筑。

4.3 支護結構傾覆

支護結構傾覆通常發生在支護結構形變之后，具有下面幾點危害：基礎結構受損、造成大面積的人員傷亡等。事故造成的后果嚴重，一旦出現類似事故，應該立即啟動下面的應對方案：

1)立即啟用應急設備，如挖掘機、起重機等，對沒有傾覆的板樁進行提拉，扶正等處理，避免出現二次傾覆，同時做好現場人員設備疏散工作。

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

3)基坑出現嚴重傾覆應該在安全疏散人員設備之后，立即用土回填，防止出現二次危害。同時通知相關部門就如何解決險情進行協商，為接下來的工作制定方案。

4.4 支護結構變形

支護結構變形是指鋼板樁結構變化、H型鋼腰梁彎曲變形、H型鋼支撐結構彎曲等，應對措施如下所示：

4.4.1 鋼板樁變形

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

4.4.2 內支撐變形

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

4.4.3 內撐彎曲

可能因為坑壁土方堆放過高、內撐結構穩定性不高、焊接點出現松動等。此時需要及時卸載坑壁，安裝新的內支撐。

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。如果基坑頂部側向位移和基坑深度比值超過3‰時，應該采取必要措施進行加固，保證基坑內部結構穩定，可以采取增加支護等方式。

5 監測結果及分析

5.1 地表沉降監測

對各測點按照計劃進行監測，至2017年10月3日，本段地表沉降累計變化量監測曲線如圖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警值。

5.2 地下水位監測

基坑周邊的地下水位對基坑結構的穩定性有著重要作用，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行監測[5]。在本次監測中，測點SW20出現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，監測結果表明，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警值。地下水位累計變化量監測曲線如圖4所示。

5.3 樁頂水平位移監測

廬陽大道段管廊基坑開挖采用SP-Ⅳ拉森鋼板樁支護，鋼板樁長度為15 m，間距為0.9 m。本次監測結果如圖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行軸力測試，監測點沿里程方向隔三撐(約20 m)設置一個，各測點按照計劃進行監測，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。各測點均無發生異常，鋼支撐軸力日變化量及累計變化量均未超過預警值。

5.5 測斜

在基坑監測中國，測斜能夠反映圍護結構在水土壓力作用下連續性變形特征，對圍護結構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測，其中本次監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 結論與分析

通過對臨泉廬陽現代產業園廬陽大道綜合管廊深基坑工程施工過程的監測分析，可以得出以下結論：

圖7 累計水平位移曲線

1)為防止支撐撓曲變形過大，保證鋼支撐受力穩定，在施工時應加強監測，對基坑回彈導致豎向支撐位移而產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)本文以基坑圍護結構的累積變形量大小作為參考手段的監測方法，直接反映了基坑在開挖中圍護結構與土體之間互相作用，對預防各種坊塌事故的發生有積極作用，對保證基坑安全施工有著重要意義。

3)在變形監測過程中，如果發生變形量或變形速率出現異常變化、變形量達到或超出預警值的現象，對發生異常的部分，應立刻停止施工，增加監測頻率，控制基坑變形，保證施工的順利進行。