施工期安全監測技術在蒙城樞紐基坑施工中的應用

一、項目概況

1.工程概況

安徽渦河蒙城樞紐工程，是渦河流域一座集防洪、排澇、蓄水、灌溉、交通航運于一體的Ⅱ等大（2）型樞紐工程。擬建的主要建筑物由節制閘和船閘組成，節制閘為大（2）型水閘開敞式結構，兩孔一聯共16孔，單孔凈寬10m，總過流寬度160m，設計流量為20年一遇2400m3/s，校核流量為50年一遇2900m3/s。新建船閘為Ⅲ級船閘，設計船型為1000t 級。

2.基坑主要參數

節制閘基坑最大長度約470m，最大寬度約200m，面積約7.6萬m2，最大開挖深度達到12.3m；船閘基坑最大長度約530m，最大寬度約90m，面積約3.5萬m2，最大開挖深度達到17m。降水前地下水埋深約在18.51～20.81m，開挖降水最大深度約為13.32m。根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012）屬于Ⅰ類基坑。

3.地層巖性

工程位于皖北（華北）地層區，屬于兩淮地層分區淮北地層小區。區內第四系地層發育，分布廣泛，厚度達數十米至數百米，以沖積和洪積類型為主，地層具多元結構：土性為粉質粘土、粘土、粉細砂、細砂、粉土、淤泥質粉質黏土等。

開挖深度范圍內主要包括粉質粘土、粘質粉土、粉細砂等，局部有灰黑色淤泥、淤泥質土，具二元結構，為典型的近代沖積地層。

二、監測必要性分析

樞紐工程建設規模大，結構物集中，建設工期長，主體結構均在基坑內施工。根據已批復的施工組織設計，高峰期基坑內作業人員超過300 人，各種機械設備超過120臺套，基坑穩定與否直接關系到參建人員、設備、材料的安全。且基坑兩側為渦河堤防，一旦因基坑開挖導致堤防失穩，可能影響整個淮河流域防洪度汛。因此，采取科學、高效的方式方法對基坑進行監測尤為必要。

三、監測項目及布置

經參建各方研究討論，確定基坑監測項目主要包括基坑邊坡水平、垂直位移監測、地下水位監測。另外，根據經驗，對基坑邊坡進行巡視檢查，觀察邊坡有無裂縫、局部坍塌等現象。

1.邊坡水平位移監測

基坑邊坡水平位移采用測斜管監測，安裝在基坑開挖較深的邊坡頂部附近，節制閘基坑開挖邊坡布置2 套，船閘基坑開挖邊坡布置3 套，測斜管鉆孔深度深入相應基坑底高程3m左右，共布置5 套測斜管。水平位移測點平面布置詳見圖1。

測斜管通過滑動式測斜儀監測，采用TL-06B型鉆孔測斜儀。

儀器參數：

（1）傳感器靈敏度：0.02mm/8″；

（2）標度因素：2.5±0.01v/g；

（3）導輪間距：500mm；

（4）測頭尺寸：φ32mm×660mm；

（5）測量范圍：±53°；

（6）工作溫度：-20℃～70℃；

（7）耐水壓：1.2MPa。

圖1 測點布置圖

觀測時將測頭導輪沿測斜管導向槽滑入，放松監測電纜將測頭緩慢滑至孔底，記錄深度標志。將孔底位置作為監測起點，每0.5m 測度一個讀數，直至管口位置，然后將測斜儀旋轉180°重復操作一次，以減少傳感器的偏值和軸對準造成的誤差。

測斜管采用ABS 材質專業管材鉆孔安裝，鉆孔孔徑130mm，測斜管逐根連接并密封后放入鉆孔，調整導槽方向后周圍用泥漿回填密實。

水平位移在基坑開挖過程中每周觀測2～3次，根據測點變形速率進行適當調整。基坑開挖完成后待變形趨勢趨于穩定后調整至1 周觀測1次。

2.邊坡垂直位移監測

基坑邊坡垂直位移采用精密水準測量法監測，在節制閘和船閘開挖邊坡頂部布置垂直位移測點，測點盡量布置在陽角處或基坑邊坡中部，測點間距60m左右，開挖邊坡較緩的位置測點間距可適當加大，在節制閘基坑開挖邊坡布置10個測點，船閘基坑開挖邊坡布置15個測點，共布置25個測點。垂直位移測點平面布置詳見圖1。

垂直位移按照二等水準測量精度要求進行觀測，垂直位移測量監測設備采用徠卡DNA03 電子水準儀，水準儀配合銦鋼條碼尺使用，儀器每千米往返誤差0.3mm。

施工期垂直位移測點采用帶底座的鋼管標形式，底座尺寸0.8m×0.8m，埋深1.0m，測點頂部焊接沉降標點，并設保護裝置。

垂直位移在基坑開挖過程中每周觀測2～3次，根據測點變形速率進行適當調整。基坑開挖完成后待變形趨勢趨于穩定后調整至1 周觀測1次。

圖2 水平位移典型測點測值曲線圖

圖3 垂直位移典型測點測值過程線圖

圖4 地下水位典型測點變化過程線圖

圖5 截滲墻內外水位變化相關過程線圖

3.地下水位監測

地下水位采用測壓管監測，測壓管布置在基坑中央和兩個相鄰的降水井中間位置，在節制閘基坑中央布置2個測點，基坑邊坡降水井中間布置4個測點；船閘基坑中央布置3個測點，基坑邊坡降水井中間布置13個測點，在節制閘截滲墻外側分別布置2個測點，在船閘截滲墻外側布置4個測點，測點與截滲墻內側的測點對應布置。測壓管安裝深度比相鄰的降水井深2m左右。共布置測壓管28 根，具體平面布置詳見圖1。

地下水位通過電測水位計觀測。采用HY.SWJ-1型電測水位計，儀器分辨率1mm，重復性誤差0.2mm。首次觀測時應測量測壓管管口高程，并根據電測水位計監測結果計算地下水位高程。

測壓管采用鍍鋅鋼管鉆孔安裝，鉆孔孔徑110mm，透水段鋼管鉆孔后包裹無紡布，周圍回填中粗砂，地面以下3m范圍內回填粘土球封孔。

地下水位觀測與降水工作同步進行，基坑地下水測壓管在降水未達到設計要求水位前，每天觀測2次，觀測時間應盡量與排水井水位同步觀測。當水位達到設計要求水位且水位穩定后，每1～2 天觀測1次，基坑回填停止降水后停止觀測。

4.巡視檢查

主要內容包括對邊坡周邊有無塌陷、裂縫和滑坡，邊坡表面有無裂縫、滑坡和滲水點，基坑底部有無隆起和滲水點，監測設施的是否完好等情況進行巡視檢查。該項工作每周巡視1次。日常參建各方發現問題均可直接向項目部提出。

四、監測資料整編與分析

1.水平位移監測資料分析

基坑邊坡水平位移監測自2019年4月4日開始進行監測，并及時進行資料整編分析，上報監測結果，指導基坑開挖和施工。基坑開挖施工以來水平位移測值變幅整體相對較小，累計變化量最大值為11.4mm，發生在船閘基坑開挖邊坡中間部位。測值沒有明顯突變和不收斂的趨勢性變化，水平位移測值低于規范要求的30mm 警戒值要求，表明基坑邊坡整體處于穩定狀態。基坑邊坡水平位移典型測點曲線見圖2。

2.垂直位移監測資料分析

基坑邊坡垂直位移監測自2019年4月26日開始觀測，目前垂直位移測點變幅相對較小，沒有明顯的趨勢性變化，測值累計變化量最大值為13.4mm，發生在節制閘靠河床側基坑邊坡頂部，各個垂直位移測點變幅值均低于規范要求的30mm 警戒值要求，基坑邊坡整體穩定。基坑邊坡垂直位移典型測點變化過程線見圖3。

3.地下水位監測資料分析

基坑降水工作開始前，基坑內地下水位初始高程在18.51～20.81m范圍內，截止到2020年4月20日，各測壓管地下水位高程在5.70～16.51m范圍內，地下水位最大降幅13.32m。截滲墻內外水頭差為2.52～5.79m，表明截滲墻防滲效果良好。

在基坑開挖過程中，通過計算基坑各個典型開挖高程的測壓管水位警戒值指導施工開挖，有效保證了施工安全。目前基坑開挖已達到設計最大深度，基坑地下水位基本趨于穩定，未發生突涌、管涌等危害工程的異常情況。地下水位典型測點變化過程線見圖4，截滲墻內外水位變化相關性見圖5。

五、結語

渦河蒙城樞紐工程在基坑開挖施工過程中，對基坑開挖的安全監測工作進行全面、系統的事前策劃和過程控制，采用測斜管、高精度水準測量、測壓管水位量測和巡視檢查結合的方式，通過監測反饋和指導施工，有效預防了基坑內突發涌水、邊坡坍塌等險情的發生，為保障基坑施工期安全發揮了重要作用，可為同類工程施工提供參考和借鑒■