汛期深基坑施工監(jiān)測與實施效果分析

王二鋒

(中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200071)

1 引言

由于地下環(huán)境的多樣性，深基坑施工受周邊環(huán)境和水文地質(zhì)條件的影響顯著，理論預(yù)測和分析往往與實際差異較大。本項目深基坑由于是在汛期施工，且基坑深度較大，地質(zhì)條件相對較差，傳統(tǒng)的基坑施工經(jīng)驗不能完全適用。為保證基坑施工過程安全性以及施工質(zhì)量符合規(guī)范要求，基坑施工過程中需進(jìn)行實時監(jiān)測[1-3]。通過汛期深基坑施工過程監(jiān)測，可對出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)預(yù)警并及時采取相應(yīng)措施。

2 工程概況

新建鎮(zhèn)江鐵路京杭運河大橋位于江蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)諫壁鎮(zhèn)馬家村和蔡家村，上部結(jié)構(gòu)采用(76＋136＋76)m的大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁拱橋(見圖1)。主墩35＃墩位于航道東側(cè)，部分伸入航道內(nèi)；而36＃墩則位于航道西側(cè)的航道服務(wù)區(qū)內(nèi)，整個承臺均位于陸地上。

河道東側(cè)35＃主墩部分承臺位于河道范圍，承臺西北角位于駁岸邊河道范圍6.1 m處，該承臺底處基坑開挖深度約11.956 m。基坑圍護(hù)采用直徑1.0 m的鉆孔灌注樁，樁長為25.0 m，樁間距為1.2 m，四周環(huán)繞布置形成封閉。

河道西側(cè)36＃主墩樁基、承臺施工均位于駁岸上方，施工地域位于京杭運河鎮(zhèn)江服務(wù)區(qū)內(nèi)，該承臺處基坑開挖深度約9.251 m。由于離既有的綜合服務(wù)樓較近，而且占據(jù)現(xiàn)有部分鋼筋混凝土護(hù)壁式擋墻駁岸、護(hù)坡，故基坑圍護(hù)采用φ1.0 m鉆孔灌注樁，南側(cè)、西側(cè)滿布，北側(cè)和西側(cè)布置至既有護(hù)壁式擋墻墻踵板處，樁基中心距離承臺邊1.5 m，樁中心間距為1.2 m。

圖1 京杭運河大橋總體布置(單位:m)

3 監(jiān)測特點分析及基坑防護(hù)措施

3.1 監(jiān)測特點

本項目施工處地質(zhì)、地下水及周邊環(huán)境較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

(1)地質(zhì)條件:地貌屬長江階地，間夾低山丘陵，地勢起伏較大。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，在勘探深度范圍內(nèi)可分為9個工程地質(zhì)層，地質(zhì)條件復(fù)雜。

(2)地下水:根據(jù)地質(zhì)勘察報告，基坑開挖深度范圍內(nèi)的地下水為賦存于松散沉積物中的孔隙水和基巖裂縫水，含水介質(zhì)由7種土層構(gòu)成。其中①1和③41層是本次施工需要穿越的土層，其具有潛水性質(zhì)，透水性和富水性一般。由于潛水位隨著降水而變化，雨季水位上升，旱季水位下降，反應(yīng)敏感，水位變化大，平均水位變化2.0 m左右。地下水主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，排水方式以蒸發(fā)和徑流為主。但是由于本項目施工在6月～10月，正值汛期，將直接影響地下水位變化，對基坑開挖施工安全性影響較大。

綜上所述，本項目施工過程中，如何保證施工過程中基坑穩(wěn)定和安全，特別是汛期地下水位上升時，通過基坑持續(xù)觀測，及時預(yù)警異常情況是本項目監(jiān)測的重點和難點[4-6]。

3.2 汛期基坑施工防護(hù)措施

為避免汛期京杭運河漲水倒灌入基坑，將35＃墩基坑圍護(hù)混凝土圈梁頂標(biāo)高調(diào)整至臨近駁岸頂標(biāo)高，并在基坑外側(cè)5 m范圍外配備足夠的土袋，以便汛期河道水位高于駁岸時及時堆砌擋水墻[7]。

4 監(jiān)測方案

為保證基坑工程及周邊服務(wù)設(shè)施、地下管線等的安全，對該基坑工程進(jìn)行監(jiān)測工作。監(jiān)測主要內(nèi)容包括:(1)水平位移監(jiān)測；(2)豎向位移監(jiān)測；(3)深層水平位移監(jiān)測；(4)地下水水位；(5)支撐內(nèi)力監(jiān)測[8-10]。測點布置如圖2和圖3所示。

為便于施工過程中及時發(fā)現(xiàn)異常情況，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，結(jié)合設(shè)計方提供的理論值，最終確定本項目監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)、頻率及設(shè)備，見表1～表3。基坑各項監(jiān)測預(yù)警值以變化速率與累計變化值進(jìn)行雙控[11-12]。

圖2 35＃墩承臺深基坑測點布置

圖3 36＃墩承臺深基坑測點布置

表1 _監(jiān)測項目預(yù)警值

表2 監(jiān)測頻率

表3 監(jiān)測設(shè)備

基坑開挖及下部結(jié)構(gòu)施工過程中，若出現(xiàn)以下情況時，應(yīng)加強監(jiān)測、提高監(jiān)測頻率，同時現(xiàn)場應(yīng)暫停施工，并根據(jù)后續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化趨勢，確定后續(xù)工作計劃，必要時應(yīng)對基坑進(jìn)行加固，防止工程事故及人員傷亡出現(xiàn):(1)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到報警值；(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化量較大或者速率加快；(3)出現(xiàn)漏水、剝落等情況；(4)上方地面突然出現(xiàn)較大沉降或嚴(yán)重開裂等情況。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 水平位移分析

35＃和36＃主墩基坑圍護(hù)墻頂部水平向位移時程曲線見圖4和圖5。從圖中可以看出:從圍護(hù)結(jié)構(gòu)開始施工到下部結(jié)構(gòu)基本施工完成，圍護(hù)墻頂部水平向變形逐漸增大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前期變形增長較快，隨著施工進(jìn)展，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移逐漸趨于穩(wěn)定。35＃墩基坑圍護(hù)墻各測點時程曲線變化趨勢基本一致，且各測點最大水平向位移基本分布在2.5～3.8 mm之間，靠近運河測變形較大，靠近岸側(cè)變形較小。36＃墩基坑圍護(hù)墻各測點時程曲線變化趨勢基本一致，但是各測點累計變形差異較大，其主要分為3種類型:測點P9、P11變形較大，累計變形約3.7 mm；P10、P10-1、P10-2最小累計變形約1.4 mm；其他測點累計變形均在2.5 mm左右，其差異主要是由于36＃墩基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不對稱引起。

圖4 35＃主墩基坑圍護(hù)墻頂部水平向位移時程曲線

圖5 36＃主墩基坑圍護(hù)墻頂部水平向位移時程曲線

5.2 豎向位移分析

對35＃和36＃基坑施工過程中圍護(hù)墻頂部豎向位移進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果見圖6～圖7。監(jiān)測結(jié)果表明，35＃墩和36＃墩圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向變形較小，最大累計變形均未超過8 mm。35＃墩各測點變形分布較均勻，測點變形主要分布在6.5～7.3 mm之間。36＃基坑測點變形差異較大，其中采用1∶1護(hù)坡處基坑豎向變形較小，累計最大變形2.2 mm；采用φ1.0 m鉆孔樁圍護(hù)處基坑豎向變形較大，累計最大變形7.0 mm。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，本項目對35＃基坑和36基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置合理。

圖6 35＃主墩基坑圍護(hù)墻頂部豎向位移時程曲線

圖7 36＃主墩基坑圍護(hù)墻頂部豎向位移時程曲線

5.3 深層水平位移監(jiān)測

35＃和 36＃主墩基坑內(nèi)深層水平位移時程曲線見圖8～圖9。從圖中可以看出:基坑施工過程中，基坑內(nèi)壁水平向變形逐漸增大并逐漸趨于穩(wěn)定，其中35＃基坑變形主要發(fā)生在兩個階段，6月底至7月上旬變形增大至2.0 mm，7月中旬至8月中旬變形較穩(wěn)定，8月中旬到9月中旬變形增長趨勢加劇，9月中旬至10月中旬變形趨于穩(wěn)定，其主要是由于6月底至7月初、8月中旬至9月中旬地下水位逐步升高引起的；36＃基坑變形主要發(fā)生在8月中旬至9月中旬，9月中旬至10月底變形趨勢減小并趨于穩(wěn)定，其主要是由于36＃基坑周邊地下水位在8月中旬至9月中旬變化較劇烈，隨后地下水位逐漸穩(wěn)定。

圖8 35＃主墩基坑測斜TX02時程曲線

圖9 36＃主墩基坑測斜TX03時程曲線

5.4 地下水位監(jiān)測

35＃主墩基坑外地下水水位跟蹤監(jiān)測結(jié)果見圖10。基坑水位從2016年6月21日采集第一次數(shù)據(jù)至2016年8月16日水位監(jiān)測結(jié)束期間，基坑外地下水水位SW01超過預(yù)警值1 000 mm，其主要是由于汛期大量降水所致。汛期過后，隨著降水量減少，基坑外地下水水位SW01恢復(fù)至正常水位。整個施工期間，35＃墩基坑周圍地下水位基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖10 35＃主墩基坑外地下水水位累計變化量時程曲線

36＃主墩基坑外地下水水位跟蹤監(jiān)測結(jié)果見圖11。基坑水位從2016年8月19日采集第一次數(shù)據(jù)至2016年9月8日水位監(jiān)測結(jié)束期間，基坑外地下水水位隨著基坑開挖逐漸減小，基坑墊層混凝土澆筑完成后，地下水位基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖11 36＃主墩基坑外地下水水位累計變化量時程曲線

5.5 支撐內(nèi)力監(jiān)測

35＃和36＃主墩基坑混凝土支撐軸力時程曲線見圖12～圖13。從圖中可以看出:隨著基坑開挖施工，35＃墩基坑混凝土支撐軸力逐漸增大，當(dāng)基坑底板澆筑完成后支撐軸力漸趨穩(wěn)定，施工過程中混凝土支撐最大軸力約105 kN；36＃墩基坑鋼支撐由于基坑開挖施工，致使鋼支撐軸力逐漸增大，當(dāng)基坑墊層澆筑完成后支撐軸力漸趨穩(wěn)定，施工過程中鋼支撐最大軸力280 kN。

圖12 35＃主墩基坑支撐內(nèi)力時程曲線

圖13 36＃主墩基坑支撐內(nèi)力時程曲線

6 結(jié)束語

本文以京杭大運河基坑施工過程為依托，結(jié)合項目結(jié)構(gòu)特點和水文地質(zhì)條件，詳細(xì)闡述了汛期深基坑施工防護(hù)措施及監(jiān)測方法以及汛期基坑監(jiān)測預(yù)警方法。通過對基坑開挖監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下:

(1)汛期深基坑變形、地下水位、受力等均受到一定程度的影響，采用汛期防水措施后，各項指標(biāo)均未超過限值，滿足施工過程安全控制要求。表明本項目采用的防護(hù)措施合理，可保證汛期基坑周邊水位穩(wěn)定。

(2)汛期施工的深基坑，可通過建立基坑監(jiān)測系統(tǒng)，對基坑水平位移、垂直位移、深層水平位移、地下水水位、支撐內(nèi)力等進(jìn)行跟蹤監(jiān)測，有效保證基坑工程及周邊服務(wù)設(shè)施、地下管線等的安全。可見，本項目所采用監(jiān)測系統(tǒng)完善，預(yù)警值設(shè)置合理，可為同類工程施工提供了借鑒。