水利工程泵站基坑錨噴支護(hù)體系監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

官志龍

(廣東省源天工程有限公司，廣州 511340)

1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，水利工程建設(shè)發(fā)展迅速，泵站規(guī)模朝著大型化精細(xì)化發(fā)展的趨勢(shì)較為明顯，施工階段的基坑規(guī)模越來(lái)越龐雜[1-3]。長(zhǎng)期以來(lái)，水利工程基坑錨噴支護(hù)監(jiān)測(cè)流程均參考建筑工程基坑錨噴支護(hù)監(jiān)測(cè)進(jìn)行沒有成套的水利工程構(gòu)筑物檢測(cè)系統(tǒng)[4-6]。對(duì)于形制簡(jiǎn)單且場(chǎng)地空曠水利工程構(gòu)筑物而言，特別是小型水利工程深基坑，借鑒建筑工程基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行具有很高的的可行性[7-8]。對(duì)于大中型泵站基坑，由于基坑體量較大，采用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安全冗余過(guò)多，經(jīng)濟(jì)性差[9-10]，且沒有發(fā)揮水利泵站基坑自身所需監(jiān)測(cè)精度與監(jiān)測(cè)便宜性的優(yōu)勢(shì)[11-13]。

區(qū)別于工業(yè)民用建筑與交通工程，水利泵站所處環(huán)境決定了基坑監(jiān)測(cè)在保證基坑安全的前提下，周邊環(huán)境可允許沉降/位移值較為寬松[14-15]。本文基于水利工程泵站基坑特點(diǎn)，對(duì)該類型基坑錨噴支護(hù)體系監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行梳理總結(jié)，給出傳統(tǒng)儀器平面測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量與及碎部測(cè)量實(shí)用檢測(cè)方法。

2 試驗(yàn)方案

2.1 工程概況

公平泵站是廣東省汕尾市區(qū)供水節(jié)水改造工程的重要水利工程，該泵站位于公平水庫(kù)副壩下游，泵站樞紐由擋水水閘、生產(chǎn)生活區(qū)等低層建(構(gòu))筑物組成。公平泵站施工開挖基坑的坑底高程為6.2～8.3 m，岸頂高程為12.5 m，基坑最長(zhǎng)邊為15 m，最短邊為3 m，最大挖深約6.3 m。基坑一次開挖到底，左右岸坡比為1∶1.5，邊坡采用自然放坡(見圖1)。基坑支護(hù)形式整體采用錨噴支護(hù)，噴射混凝土為C25，厚為100 mm，整體噴射支護(hù)510 m3，掛Φ8鋼筋網(wǎng)26 t，錨桿直徑為22 mm，錨桿長(zhǎng)度為1 m，共2 315根。

圖1 典型開挖坡面示意

在施工過(guò)程中，公平泵站的錨噴支護(hù)施工與土方開挖交叉進(jìn)行，施工開挖完成后，錨噴支護(hù)體系完全形成。

根據(jù)勘探資料揭露(見表1)，公平泵站場(chǎng)地內(nèi)從上到下分布地層有：第四系人工填土，侵入巖有燕山三期黑云母花崗巖。

表1 泵站基坑土層參數(shù)

2.2 監(jiān)測(cè)方案

研究基于公平泵站基坑開挖流程與基坑形制，利用基坑周圍視線通透且無(wú)需要嚴(yán)格控制沉降與位移的建/構(gòu)筑物是管線，采用全站儀進(jìn)行水利泵站監(jiān)測(cè)流程優(yōu)化監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。

本工程基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要對(duì)基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、邊坡穩(wěn)定以及施工邊線外10 m范圍的周邊構(gòu)筑物與其附屬管線沉降變形穩(wěn)定的監(jiān)測(cè)。

整體來(lái)看，公平泵站基坑巖土情況良好，基坑為一次性開挖，地下水在基坑開挖完成以后對(duì)本基坑影響較為微弱，通過(guò)基坑開挖階段的水位觀察井水位變化數(shù)據(jù)得知，基坑開挖完成后，水位變化即為較小(日均極差小于30 m)，基于此，本次基坑優(yōu)化監(jiān)測(cè)的試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)分為3類，分別分布在邊坡各部位與周圍構(gòu)筑物，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表2所示，監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖2所示。

表2 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意

本次試驗(yàn)研究基于基坑形成后的長(zhǎng)時(shí)間不間斷監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，利用全站儀、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)儀器特點(diǎn)與水利泵站基坑形制簡(jiǎn)單、場(chǎng)地空曠且自身所需監(jiān)測(cè)精度寬松等優(yōu)點(diǎn)[16-19]，通過(guò)較少的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行基坑坑頂位移控制測(cè)量，形成的代表性指標(biāo)為基坑坡頂水平累計(jì)位移、坡頂豎向累計(jì)位移與周圍建筑物沉降累計(jì)位移等維護(hù)基坑施工安全的基礎(chǔ)指標(biāo)。根據(jù)研究所得出相應(yīng)基礎(chǔ)指標(biāo)數(shù)據(jù)，形成水利工程泵站基坑錨噴支護(hù)體系監(jiān)測(cè)關(guān)鍵性指標(biāo)控制體系，以保證水利工程泵站基坑影響范圍內(nèi)的周邊建(構(gòu))筑物、管線的安全穩(wěn)定。

3 對(duì)比分析

研究基于試驗(yàn)方案對(duì)基坑進(jìn)行了300 h的位移連續(xù)監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)，基坑監(jiān)測(cè)在244 h后累計(jì)沉降值穩(wěn)定(見圖3)，所增加的累計(jì)位移值無(wú)工程意義。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中可以明顯看出，基坑坡頂豎向累計(jì)沉降在6～10 mm，基坑坡頂水平累計(jì)位移在16～28 mm，基坑周邊建筑物及其附屬管道沉降累計(jì)為6～8 mm，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移均在設(shè)計(jì)與規(guī)范的容許范圍內(nèi)。

從圖3可以看出，水利工程泵站基坑錨噴支護(hù)體系整體性較好，不論對(duì)于基坑坑頂位移，還是對(duì)周圍建筑物的擾動(dòng)，前期均未出現(xiàn)“陡增現(xiàn)象”，基坑監(jiān)測(cè)中坡頂位移與基坑整體幾何特征有較為明顯的關(guān)聯(lián)性，在同一基坑臨界，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化波動(dòng)較小，不同側(cè)基坑邊界，基坑監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)。

水利工程由于區(qū)位的特殊性，其位于空曠場(chǎng)地的概率比較大，監(jiān)測(cè)導(dǎo)線易于閉合，水準(zhǔn)精度提升空間較大，碎部測(cè)量通透性較好，利用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行基坑監(jiān)測(cè)可較好完成施工基坑控制。水利泵站基坑錨噴支護(hù)體系由于周遭建筑物較少，基坑各項(xiàng)土體土側(cè)壓力均勻，在錨桿正常工作期間支護(hù)體系整體性較好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，傳統(tǒng)手段基坑監(jiān)測(cè)即可滿足保證基坑穩(wěn)定性需求。

比較各監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)監(jiān)控各點(diǎn)位移變化趨勢(shì)具有較強(qiáng)的相關(guān)性。從圖3中可以看出，在0～64 h時(shí)間內(nèi)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)較為一直的線性增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)率可視為定值；在64～163 h時(shí)間內(nèi)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)也為線性增長(zhǎng)，但其增長(zhǎng)率均減緩；在163～244 h時(shí)間內(nèi)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)線性增長(zhǎng)率減緩至0；在244 h時(shí)間后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所增加的累計(jì)沉降位移值較小，基本無(wú)工程意義。

圖3 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降位移量

通過(guò)上述分析可知，水利工程泵站施工期基坑錨噴支護(hù)體系監(jiān)測(cè)中平面控制累計(jì)位移最大，監(jiān)測(cè)中可主要進(jìn)行泵站基坑錨噴支護(hù)體系平面控制測(cè)量。基坑錨噴支護(hù)體系豎向沉降、周圍建筑沉降與基坑水平累計(jì)位移相比整體較小，但高程水準(zhǔn)測(cè)量與碎部測(cè)量可以確保施工期水利工程泵站基坑影響范圍內(nèi)的周邊建(構(gòu))筑物、管線的安全穩(wěn)定。

基于0～300 h的檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出水利工程泵站基坑錨噴支護(hù)體系可以采用傳統(tǒng)量測(cè)技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控的，特別是對(duì)于形制簡(jiǎn)單、場(chǎng)地空曠且自身所需監(jiān)測(cè)精度寬松的水利泵站來(lái)說(shuō)，利用傳統(tǒng)儀器進(jìn)行指標(biāo)性控制以保證基坑的安全性是可行且經(jīng)濟(jì)的。當(dāng)前，工程測(cè)量技術(shù)正隨著工程測(cè)量的儀器的改善得到進(jìn)一步優(yōu)化提升，對(duì)于場(chǎng)地狹小且基坑位移要求較為嚴(yán)格的建筑基坑，基于GPS、北斗等智能檢測(cè)技術(shù)快速發(fā)展，其雖然對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)技術(shù)人員整體要求較低，但對(duì)于取電困難的水利泵站工程基坑來(lái)說(shuō)，開展此類監(jiān)測(cè)所產(chǎn)生的的附加成本無(wú)法忽視，研究針對(duì)水利工程實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景與基坑監(jiān)測(cè)需求所進(jìn)行地傳統(tǒng)測(cè)量試驗(yàn)，驗(yàn)證了基于傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，進(jìn)行多指標(biāo)化基坑安全監(jiān)測(cè)在水利工程基坑監(jiān)測(cè)中仍能滿足實(shí)用性要求。

不論是水利工程還是其他類型的土木工程，在施工過(guò)程中，全站儀、水準(zhǔn)儀等傳統(tǒng)工程監(jiān)測(cè)設(shè)備的使用是施工環(huán)節(jié)中不可避免的施工流程，而基于GPS、北斗等智能基坑監(jiān)測(cè)設(shè)備是基坑穩(wěn)定性檢測(cè)的專用設(shè)備，智能基坑監(jiān)測(cè)設(shè)備其所需運(yùn)營(yíng)時(shí)間、儀器數(shù)量與相應(yīng)配套在施工期間將增加施工成本，且由于施工過(guò)程環(huán)境的復(fù)雜性、設(shè)備配套所需供電裝置的穩(wěn)定性等綜合性影響因素會(huì)直接影響水利泵站基坑安全監(jiān)測(cè)的經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

研究基于汕尾市公平泵站基坑開挖完成后300 h的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，分析了泵站基坑錨噴支護(hù)體系平面控制測(cè)量、沉降控制測(cè)及碎部測(cè)量實(shí)際監(jiān)測(cè)指標(biāo)認(rèn)為：

1) 水利工程由于區(qū)位的特殊性，其位于空曠場(chǎng)地的概率比較大，傳統(tǒng)量測(cè)技術(shù)可及時(shí)地反映其變化情況，確保基坑施工期間基坑及附屬設(shè)施的安全穩(wěn)定，且相比較來(lái)說(shuō)更加經(jīng)濟(jì)可行。

2) 對(duì)于水利工程泵站基坑監(jiān)測(cè)而言，在0～64 h時(shí)間內(nèi)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)較為一直的線性增長(zhǎng)，64 h增長(zhǎng)趨緩，244 h后變形相對(duì)穩(wěn)定。

3) 水利工程泵站基坑監(jiān)測(cè)體系中平面控制累計(jì)位移最大，可作為主控指標(biāo)之一。