深水基坑支護結構施工的監理控制技術

朱曙光

（長沙中核工程監理咨詢有限公司，湖南長沙410006）

0 引言

近年來，我國社會經濟發展迅猛，橋梁工程數量較多，大跨度橋梁建設水上基礎施工是風險最大的工程之一，監理如何控制是一個難點。同陸地的支護結構施工不同的是，一些跨越江河的橋梁在進行基礎施工時，會對維護結構的安全性、穩定性帶來一定程度上的影響，出現圍堰變形或圍堰外的江河水滲漏現象。由于橋梁基礎埋深不斷增加，水文地質條件也更為復雜。一些施工單位對深水基坑支護施工的重視程度遠遠低于建筑主體施工，進而影響了支護結構施工的質量，其安全性得不到有效保證[1]。地下結構的施工開挖會對圍護結構及圍堰外的水體產生擾動，若未對基坑施工的風險進行分析，則會增加意外事故發生的可能性，從而延誤施工進度，造成不必要的經濟損失。深水基坑的水文條件復雜，由于基坑工程與地下建筑及設施的距離較近，且基坑開挖緊湊，具有范圍大、深度高的特點。因此，如何保證深水基坑施工的穩定性和安全性，提高深水基坑施工的質量，是亟待解決的重要難題[2]。以驗收支護結構進行基坑監測等方式進行基坑工程施工的監理控制，為深水基坑支護施工的監理控制提供了重要的參考依據，對建筑工程加大地下空間開發和利用具有現實意義。

1 深水基坑支護結構施工的監理控制技術

1.1 圍堰支護結構定位

以某市深水基坑支護施工區域為例，根據該地區水文條件，結合現有的地質資料，綜合考慮基坑開挖深度及墩位承臺特點，進行圍堰支護結構施工與定位。該施工區域20～25＃墩位承臺埋深較深，其中20＃、25＃基坑埋深在10m 左右，距離河岸邊較近，具有較小的水流荷載和水流壓力，因此考慮鋼板樁圍堰做承臺。21～24＃基坑處水深12m，埋深在20m 左右，墩位承臺均位于水中，河中間水流速度較大，利用鋼箱圍堰做承臺。其中20＃、25＃及21～24＃的圍堰底標高分別為-15m和-21m，頂標高分別為6m和5m，圍堰壁厚1.3m，封底混凝土厚度分別為3m 和5m。圍堰材料進場后進行分類整理，并根據施工需要的型號進行切割與修正，參考圍堰設計尺寸，預先將圍堰導向框、支架及吊裝等配件制作完成，便于將鋼箱圍堰準確定位，利于對圍檁支撐的設置。為了控制圍堰支護結構的位置，圍堰澆筑的過程中時刻觀察重心的偏移情況，保證圍堰重心與支護結構的中心位置重合，避免圍堰結構出現嚴重的傾斜。在圍堰下沉至標高點后即停止澆筑，將圍堰著床情況和落床位置進行檢查和記錄[3]。

1.2 布設圍堰施工監測點

在完成圍堰拼接后，對圍堰支護結構進行動態監測，在圍堰內外壁設置控制點，焊接定位鋼板，主要對鋼圍堰頂位移，鋼圍堰下放的垂直度以及水位進行監測。對圍堰變形定期定時監測，將圍堰各時期的變化情況進行記錄，嚴格控制圍堰下放，保證下放過程達到施工精度要求。分別在圍堰內外側設置測點，在圍堰各轉角點分別設置1 個測點。由于圍堰四邊的中間位置具有較大的樁身變形量，因此，該位置的測點布設通過吊錘來實現，在圍堰下放各個環節，完成封底以及基坑抽水過程中運用吊錘下放測量，記錄圍堰的水平偏移量，使用黑白漆在鋼管外側設置刻度，鋼板樁內側設置標尺[4]，鋼箱內設置標尺。在基坑開挖期間的監測頻率在3 次左右，在開挖施工結束后的監測數值，保持為期7 天的穩定后，即可停止監測。由于基坑支護結構施工為深水基坑，若遇到降雨洪水，基坑出現滲漏水情況時，應繼續進行監測，記錄不同環境變化下的基坑圍堰支護的沉降變化以及異常情況，并根據實際工程情況進行定期監測。

1.3 深水基坑施工風險分析

深水基坑施工主要存在著水上作業、吊裝起重作業、基坑作業等風險。根據技術施工安全風險評價標準對研究區域基坑施工作業中的風險源點進行危害級別的評價，其中上下船舶的腳手板設置不合理、水上水下施工作業未用浮標劃定的水域、圍堰插打過程、鋼箱圍堰下放以及安裝操作不規范、焊接作業與降水作業的危害級別均為3 級，可能導致船舶撞壞圍堰、圍堰斷裂造成物體打擊，人員觸電以及墜落事故[5]。在作業時遇到惡劣天氣、河水上漲超過圍堰頂的危害等級為2 級，在作業過程中可能會發生作業人員溺水事故。綜合上述風險的危害級別，對各風險源點風險進行全面分析，在基坑抽水挖泥時若內支撐穩定性不佳，則會增加鋼圍堰變形坍塌的可能性，其基坑開挖風險多由施工人員的失誤與錯誤操作造成，因此需要采取相應的預防措施。按規定設置內支撐，實時跟蹤天氣變化情況，觀察河水水位焊接防浪板，并按照航標及規劃航路通行。在監測到鋼板樁發生變形時，及時停止插釘，鋼箱下沉時偏位及時糾偏，圍堰安裝時掛好防護網，焊接與降水作業前，檢查用電線路和水泵線路是否安全，并在周圍設置警示標牌。

1.4 起重吊裝作業安全管理

鋼圍堰的下放、墩位承臺基坑開挖與支護施工主要涉及起重吊裝作業問題。著重對起重吊裝作業進行安全管理，從而實現安全生產。對于起重吊裝的施工人員進行嚴格管理，所有人員需要經過專業的職能訓練，具備操作機械設備的合格資質，基坑施工中使用的起重吊機設備需要經過安全質檢，具備產品合格證。且船舶需要按規定配備通信、消防、救生等各類合格船員，船舶設備應通過地區海事局的安全檢查[6]。其中，起吊所用的吊鉤吊環、鋼絲繩、吊車起重制動輪等安全保護裝置，需要符合國家安全標準，機械進場后進行現場驗收，每日定時進行機械檢修，避免施工作業時機械出現故障，防止意外事故的發生。施工作業前進行安全技術交底，保留交底記錄，作業人員穿戴防護用品。在起重區域設置施工警示標志，并對主要通道進行監護，嚴禁其他無關人員進入作業區。在進行起重吊裝的施工時按照起重吊裝工程安全技術規范進行，工具取用安全系數范圍內的并定期檢查，起吊作業中，保證指揮信號統一，口令與手勢清晰。為了避免因天氣與環境等客觀因素對施工安全產生影響，遇雨霧霾等較為惡劣的天氣則應停止作業。

2 實驗論證分析

為驗證方法對某市深水基坑工程項目支護結構施工的監理控制效果，對圍堰支護結構變形情況、坑頂位移情況以及周圍環境沉降等項目進行了監測，并對各監測項目的最大位移值進行匯總。從而對監理控制方法的有效性進行客觀的評價。根據深水基坑支護結構施工實際情況，利用全站儀、高精度水準儀等監測設備進行監測，記錄每天各監測項目的位移數據，直到施工完成后監測數據，穩定3 天后結束監測。研究區域內的深水基坑支護結構施工通過監理控制方法進行施工，其工程施工過程中未發生意外事故。將對主要監測內容進行具體分析說明。各監測點次明細如表1所示。

表1 深水基坑支護結構施工監測點次明細

由表1 可知各監測項目的點次，其實際監測點次遠高于合同要求點次，使監測數據更具有代表性。選取23＃墩3 號測點的支護結構中的圍護側向變形結果進行分析，具體側向變形量監測結果如圖1所示。

圖1 23＃墩3 號測點側向變形

由圖1 可知，深水基坑抽水到-4m和第二層抽水到-8m施作第一道支撐和第二道支撐，第一道支撐施工完成后，其支護結構的側向變形未發生明顯變化。在第二道施工完成后的支護結構變形較快，這可能是由于支護結構剛度變小進而導致變形量的增加，在進行素混凝土墊層施工后，支護結構的變形量逐漸減小，其變形形狀未見明顯的反彎點，說明設置內支撐對剛度較小的支護結構變形具有較好的控制效果。在底層土開挖完成后嵌固底板，基坑深度達到20m處的變形量接近于0，說明該方法對支護結構的側向變形具有較好的監理控制作用。對坑頂水平位移的監測結果如表2所示。

表2 坑頂水平位移實測匯總

由表2 可知，坑頂水平位移隨抽水和挖泥深度的增加而逐漸增大，表中較為客觀地展示了施工過程中坑頂水平位移的變化規律，在坑頂水平位移隨底板加固完成后，位移量逐漸穩定。經檢驗，支護結構水平位移均在30mm 以內，且內支撐彎曲正應力均在預警值范圍內，結構穩定，證明通過對深水基坑支護施工的監理控制后，施工質量得到了有效保證，該方法具有可行性。在工程中的支護結構監測中，對支撐軸力進行分析，其施工工況與上文荷載工況一致，其21＃墩的支護結構的支撐軸力在不同荷載施工工序下的內力監測結果如表3所示。

表3 支撐軸力監測結果與分析

由表3 可知，在工程中，對撐內力大約為角撐內力的2 倍，由此可知支護結構中場邊重點的變形量高于短邊變形量，監測結果與實際支護結構施工情況相符。同時，不同層的支撐內力存在著一定的差異，其中對撐具有較大差異。因此，監理部門可以在設計中就此進行優化，進行監測指標的校核，根據支撐軸力監測結果及時了解支護結構的受力情況，確保支護結構安全工作。

3 結語

通過圍堰支護結構定位，布設圍堰施工監測點，分析深水基坑施工風險，管理起重吊裝作業安全，控制支護結構施工質量，實現了對深水基坑支護結構施工的監理控制，取得了一定的研究成果。同時，由于時間和條件的限制，研究還存在著諸多不足，有待于在今后的研究中深入探討，如未對圍堰抽水以及圍堰拆除進行相關的監理控制研究，對封底施工涉及較少，未來還將繼續擴大深水基坑支護結構施工的監理控制范圍，不斷優化監理控制技術，實現經濟效益和社會效益的最大化。