降水干開挖工藝板樁碼頭原型監測技術淺析

1.引言

在大型基坑降水開挖過程中，有效進行邊坡和結構物的穩定性監測是預防項目風險，保證項目成功關鍵之一。本文依托埃及蘇赫納集裝箱碼頭，通過對采用港池干開挖工藝的板樁碼頭施工過程中的原型監測數據分析論證，為今后類似項目提供參考。

2.工程概況

埃及蘇赫納項目碼頭長約1400m，采用單跨長6m，厚1.2m地連墻板樁結構作為下部基礎，港池長約1350m，底寬約250m，底標高-17.0m，開挖深度20m，邊坡坡比為1：2和1：2.5，與傳統疏浚工藝成型的港池開挖形式不同，本項目港池采用降水干開挖模式，港池四周根據降水試驗方案布置降水井，以獲得港池干環境施工條件。

3.場地地質條件

場地巖土層大體分可為3層，地面標高+1m以上為細砂層或砂夾泥層，松散地層；+1m至-8.5為較密實細砂層，中間偶爾會遇到1-2m黏土層；-8.5m至-22m為較為密實的砂卵石層，地質滲透系數約為35m/天。

4.原型監測方法及周期

監測內容為以下幾個部分：沉降位移觀測、深層土體位移觀測、地連墻外側土壓力觀測、地連墻鋼筋應力監測及水位監測。項目監測一覽表見表1。

根據施工監測內容繪制施工監測平面布置圖，見圖1。

5.監測結果分析

5.1 圍堰沉降位移監測說明及結果

布點位置及方式見表1及圖1。

取東邊圍堰上某單點（C1）全施工周期內監測數據分析：

18年8月15日首次監測，港池內水位-15m，地面標高-2m；

9月15日，港池開挖至-7.0m；

10月20日，開挖至標高-12.0m；

11月30日，開挖至標高-17.0m；

18年12月1日至19年2月28日開挖暫停；

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19年3月1日開始圍堰削坡；

6月10日，停止監測。C1點全施工周期內沉降位移觀測圖如圖2所示。

5.2 圍堰變形觀測監測說明及結果

布點位置及方式見表1及圖1。以i-1-1 號測斜孔（東側圍堰上）為例進行分析，每0.5m處取一組數據，東西向位移（A面）和南北向位移（B面）進行觀測。監測期間開挖情況與C1點一樣，至6月10日，停止該點變形監測。

表1 監測項目表

5.3 地連墻土壓力監測說明及結果

布點位置及方式見表1及圖1。以D140號點為例，土壓力計于19年2月12日埋設完成，2月13日初測，初測時墻后拉桿已安裝完畢，此時地連墻前土體標高+3m，港池內地下水位標高約-23.5m，監測頻率2次/天。19年3月20日，測點處墻外土體開挖至-4.30m；4月2日，墻外土體開挖至-9.12m；4月16日，墻外土體開挖至-17.0m；5月21日逐步關閉水泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢復至海面標高，停止監測。D140各測點應力～時間曲線如下圖4，側向壓力理論值與實測值見表3。

5.4 鋼筋應力監測說明及結果

布點位置及方式見表1及圖1。以D-244數據進行分析，標高-1m、-11.0m、-24.0m三處應力計采用與主筋對接連接方式，19年2月8日埋設完成，2月9日初測，初測時墻前土層標高+3.5m，港池內地下水位標高-23.5m，監測頻率2次/天。

19年4月2日，測點處墻外土體開挖至-5.30m；

4月14日，墻外土體開挖至-11.12m；

5月21日逐步關閉水泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢復至海面標高，停止監測。

應力～時間曲線圖如下圖5：

5.5 水位監測說明及結果

布點位置及方式見表1及圖1，其監測主要目的如下：

（1）預防施工過程中水位突然上升造成的結構物破壞；

（2）通過墻后水頭差監測對后期的關井回水順序進行指導，防止水頭差過大對碼頭地連墻結構造成破壞；

圖1 施工監測平面布置圖

圖2 邊坡沉降位移觀測圖

圖3 i-1-1孔全周期位移情況

（3）通過水位監測結果與理論計算降水結果對比從而對降水井位進行優化。

18年7月24日初次監測，M1內水位標高-20m；19年5月21日逐步停泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢復至海面標高，停止監測。

本文僅對水位監測結果與理論計算降水結果對比，指導降水系統運營優化。

施工過程中通過港池降水井布置進行港池內地下水位模擬與現場觀測井水位值進行分析；見圖6：地下水位等值線分布圖及表5：地下水位計算值與觀測井水位實測值比較表

6.監測結論與建議

（1）通過沉降、位移和變形監測數據分析在開挖過程中，早期沉降、位移變化值較小，隨著開挖深度增加沉降、位移及變形值加劇，在圍堰進行開挖時沉降、位移、變形波動一直較頻繁。施工過程中隨著開挖深度應有目標性地、分階段性加大沉降、位移、變形監測頻率。

（2）通過土壓力監測數據分析，在有約束條件下，前墻土體開挖對墻后土壓力值的影響變化較小，土壓力變化情況主要出現在港池回水過程中，因此監測過程中需重點關注港池回水過程土壓力變化。

（3）通過鋼筋應力計監測數據分析，結構物受壓情況較穩定，拉應力變化主要出現在開挖、回水過程中，因此監測過程中要重點關注開挖過程中結構物拉應力情況，防止應力過大影響結構物安全。

（4）通過觀測井監測，可保證降水系統及結構物穩定，同時可指導降水井優化和后期井位關閉順序。

圖4 D140各測點時間～土壓力變化曲線

表3 D140號監測孔側向壓力理論值與實測值對比

圖5 D244各測點時間～應力曲線圖

圖6 地下水位等值線分布圖

表5 地下水位計算值與觀測井水位實測值比較

7.結語

本文主要以埃及蘇赫納第二集裝箱碼頭項目為實例，通過對降水開挖施工過程中圍堰的穩定性和地連墻的穩定性監測數據分析，為今后類似采用港池干開挖工藝的碼頭項目設計、施工監測提供參考。