综合管廊基坑施工监测方案设计研究及应用

综合管廊基坑施工监测方案设计研究及应用

赵青1，湛雅璇1

（1.安徽建筑大学土木工程学院）

摘要：近几年以来，随着我国工程建设的快速发展，建设和打造地下工程和空间，对提高土地资源利用水平和缓解城市交通问题有着重要意义。在地下工程中，基坑工程是其最重要的基础，在基坑开挖的同时，还需要对基坑工程进行监测，保障工程安全进行。本文根据临泉庐阳现代产业园庐阳大道综合管廊深基坑工程案例，通过对施工过程中基坑的变形、地下水、坡顶位移等指标进行科学监测，总结和分析了监测结果，为其他管廊的设计，施工和监测提供了借鉴和参考。

关键词：管廊基坑；监测；变形；坡顶位移

1 工程概况

临泉庐阳现代产业园选址于临泉县单桥镇和临泉经济开发区范围内，规划面积15平方公里。其中，起步位于临泉经济开发区南部，面积5平方公里。庐阳大道（白沟西路-外环东路）支线型地下综合管廊，长度为2.88公里，采用双舱断面，断面外尺寸采用8.3m×3.95m，采用SP-Ⅳ型钢板桩、H型钢腰梁、Φ609×16钢管支撑，450型液压振动锤击法沉桩，对于钢板桩打不进去的情况采用水刀引孔。基坑侧壁安全等级为1级，结构重要系数1.1。庐阳大道全部段钢板桩支护先采用1:1放坡开挖2m～3m后打钢板桩相结合支护形式。为保证基坑工程施工过程的安全可靠，根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）中有关规定，基坑工程施工中对基坑的变形、地下水、坡顶位移等指标进行科学监测。

1.1工程地理位置及周边环境

管廊施工周边为平原地形，主要位于在霞光大道与姜尚大道西南方向位置，大部分为耕田用地。在汇泉路和霞光大道交口西南侧有在建公投，施工时需注意对建筑物的影响；汇泉路和金城路交口有个自然村庄，经拆迁一部分，满足金城路施工要求。周边有白沟、汇泉河、临艾河3条水系，具体如图1所示。

图1 工程地理位置及周边环境图

庐阳大道管廊穿越临艾河，管廊穿越水系时采用降低标高下穿方式，施工时基坑支护采用钢板桩进行支护。工程范围内主要施工障碍物有民房、线杆、树木、沟溏等，现在大部分已拆迁迁移处理完毕，经调查在钢板桩施工范围内没有燃气、电力、通信等。

1.2工程地质条件及水文特性

根据庐阳大道管廊钻探揭露分层，并结合室内土工试验定名，该场地内各岩土层地基自上而下分别描述如下：

一层为耕填土，灰黑色，中密，沿线主要为农田，以粘性土为主，含大量植物根茎，局部位置为碎填土，含碎石及砂土，层厚0.50m～2.40m，层顶标高为34.1～37.85m。

二层为粉质黏土，褐灰、黄褐色、褐黄色，可塑，局部硬塑，稍湿至湿,含少量铁锰结核，底部含少量姜石，局部位置下部夹薄层粉土。断面粗糙，切面光滑稍有光泽，干强度中等，韧性中等。场地普分布。层厚4.40m～8.4m；层顶标高31.75m～36.45m；层顶埋深0.50m～2.40m。

三层为粉土夹粉质黏土，褐黄色，局部为灰褐色,中密～密实，湿～很湿，夹粉质黏土薄层，局部混粉土与细砂，场地普遍分布。本层最大揭露厚度9.60m；层顶标高26.18m～29.45m;层顶埋深4.40m～9.80m。标贯实测击数26.0～32.0击。

庐阳大道沿线水文地质条件比较简单，地下水类型主要为上层滞水和粉质粘土中的孔隙水。上层滞水主要由大气降水、地表水渗入补给，受天气、人工因素和地势影响较大，易在低洼处聚集。粉质粘土中的孔隙水主要由地表水渗入和地下水渗流补给。枯水期静止水位埋深一般在4.20～5.50m。工程建设过程中地质环境将发生变化，场地地下水补给、泾流、排泄等条件将随之发生改变，其地下水位年变化幅度在3.00米左右。

根据本地区的工程经验，结合环境水文地质资料及参考附近水质分析报告，拟建场地土及地下水对砼有微侵蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有微侵蚀性。地下水位以上场地土对建筑材料有微侵蚀性。

2 监测设计方案

2.1工程监测测点布置

在基坑周边布置监测点，观测点间距不大于25m，观测点平面布置如图2所示：

图2 观测点平面布置图

各监测点在施工开挖前进行埋设，监测周期为：每层土方开挖后监测一次，雨后监测

一次，变形加速且不收敛时加密观测次数，基坑开挖至设计标高后，2-5天监测一次，半个月后5天监测一次，以后每15天观测一次。

2.2坡顶位移

在坡顶设置竖向位移和水平位移监测点，竖向位移和水平位移监测点合二为一，水平位移检测采用全站仪建立坐标系统，通过直接观测点位坐标值来确定水平位移。适时测量地表沉降变化情况。

2.3轴力监测

钢支撑轴力监测每隔3个支撑布置个监测点，基坑支护顶监测点采用钢筋水泥加固法设置，钢筋直径不小于16毫米，钢筋埋设深度不小于0.35米（或水泥加固至稳固层）或在支护桩体打入钢钉。本工程采用端头轴力计进行轴力测试。将轴力计安装架与H型钢支撑端头对中并牢固焊接。在拟安装轴力计位置的墙体钢板上焊接一块250×250×25mm的加强垫板，以防止钢支撑受力后轴力计陷入钢板，影响测试结果；待焊接温度冷却后，将轴力计推入安装架并用螺丝固定好；安装过程中必须注意轴力计和钢支撑在一直线上，各接触面平整，确保钢支撑受力状态通过轴力计正常传递到支护结构上。基坑开挖时用频率仪测试钢支撑的应变，再用弹性原理即可计算钢支撑的轴力。

2.4基坑周边的地下水位监测

采用水位管和水位计进行监测。用钻机成孔，孔径φ110，孔深15m，间距25m，呈梅花形布置。在孔内放置φ80PVC管做水位管，管顶露出地面约300mm，并用粗砂将孔壁和管之间填满。电测水位计由测量钢尺、侧头、测读讯响器等组成。当侧头触及到水位时讯响器发音，根据讯响声读取测量钢尺的读数，即可得到地下水位深度。水位管放入水位孔后，孔隙用砂填充，距地面约0.5m高度用水泥砂浆天使，避免地表水流入管里。

3 施工过程中突发事件处理措施

3.1地面沉降、坑底隆起

若地面沉降速率过大并有坑底隆起现象，应迅速回填反压，并采用静压注浆等措施迅速加固坑底，特别注意挖土时间和挖土顺序，若有深层土体流动迹象，应立即停止挖土，随后会同业主、监理各方一起分析原因，制定下一步对策后方可施工，并应立即加设基坑外沉降监测点。

3.2基底流砂、管涌

应立即采用细石或绿豆砂将管涌口覆盖以减少涌水口的砂土流失，同时在坑底挖临时集水坑用水泵进行明排水，对坑中土进行抢挖。如果管涌点过多，则应在坑底做细石垫层。当集水井排水使坑中水位低于基坑底设计标高时，立即进行砼垫层的浇筑。

3.3支护结构倾覆

支护结构倾覆是在支护变形失稳后产生的，其可能产生的危害包括：下部结构损坏、施工人员群死群伤等。其后果较严重，若发生此类事故，应采取的措施包括：

（1）迅速调用应急设备，如挖掘机、起重机等，对未完全倾覆的板桩施加外力，如拉住板桩顶部、扶正倾斜的内撑等。延缓其倾覆的速度，为施工人员撤离现场、保护完工产品等争取时间。

（2）倾斜不太严重的板桩在人员撤离后用拉锚、加H型钢斜撑的办法阻止其过大变形，在变形稳定后恢复其形状。

（3）倾覆严重的基坑在人员撤离后迅速用土回填，使其不致产生进一步的危害，再通知监理、业主等相关部门，共同研究下一步的解决方案。

3.4支护结构变形

支护结构变形包括钢板桩变形、H型钢腰梁弯曲及扭转、H型钢支撑弯曲等情况，对于

可能出现的情况其处理措施如下：

（1）钢板桩变形

可能由于基坑侧荷载集中或超限、内支撑未顶紧钢板桩等原因引起，应采取的措施包

括撤除基坑边堆放的材料、设备，挖除基坑外的筑岛顶部0.5~1m的土方来减荷，在围囹与板桩的间隙打入木楔或钢楔。

（2）内支撑变形

可能由于基坑侧荷载集中或超限、内撑未顶紧H型钢腰、坑壁土压力增大、对于内撑

失稳原因引起的变形，则应增加内撑或撤换内撑，撤换内撑应先换后撤。

（3）内撑弯曲

可能由于坑壁土压力增大、内撑安装不稳固、焊接质量问题等引起。此时应先对坑壁

卸载，再撤换内撑。

3.5地表裂缝

在整个施工开挖过程中，应连续观察邻近地表、地物的开裂、变形情况。当基坑顶部

的侧向位移与当时开挖深度之比超过3‰时，应密切加强观察并及时对支护采取加固措施，必要时增用其它支护方法。

4 监测结果及分析

4.1地表沉降监测

对各测点按照计划进行监测，至2017年10月3日，本段地表沉降累计变化量监测曲

线如图3所示，可以看出，地表沉降量变化均匀并趋于缓和，地表沉降变化量最大值:-2.11mm，位于DBC32-3，其平均变化速率为-2.11mm/d；地表沉降累计变化量最大值：-15.95mm，位

于DBC46-3。各测点均无异常，地表沉降日变化量及累计变化量均未超过预警值。

图3 地表沉降累计变化量曲线

4.2地下水位监测

基坑周边的地下水位对基坑结构的稳定性有着重要作用，深基坑位于地下水位以下，

在开挖时需要降低地下水位并进行监测。为确保管廊顺利施工，使地下水位降至基底0.5m

以下，以便在无水干燥的条件下开挖土方和进行管廊施工，既可避免大量涌水、冒泥、翻浆和流沙对施工造成的影响，又由于土中水分排除后，动水压力减小，大大提高边坡的稳定性[]。在本次监测中，测点SW20出现地下水位变化量最大值-233mm，其平均变化速率为

-233mm/d；地下水位累计变化量最大值：472mm，位于测点SW18。各测点均无异常，监测结果表明，施工过程中，本次地下水位日变化量及累计变化量未超过预警值。地下水位累计变化量监测曲线如图4所示：

图4地下水位累计变化量曲线

4.3桩顶水平位移监测

庐阳大道段管廊基坑开挖采用SP-Ⅳ拉森钢板桩支护，钢板桩长度为15m，间距为0.9m。本次监测结果如图5所示。桩顶水平位移变化量最大值： -1.40mm，位于ZQS9-1；其平均变化速率为-1.40mm/d；本期桩顶水平位移累计变化量最大值：14.90mm，位于ZQS120-1。本次桩顶水平位移日变化量及累计变化量未超过预警值。

图5 桩顶水平位移累计变化量曲线

4.4钢支撑轴力检测

本工程采用采用端头轴力计对主要断面进行轴力测试，基坑开挖时用频率仪测试钢支撑的应变，再用弹性原理即可计算钢支撑的轴力。监测点沿里程方向隔三撑（约20m）设置

一个，各测点按照计划进行监测，支撑轴力累计变化量曲线如图6所示。本次所有测点中，轴力变化量最大值-8.3kN,位于ZCL91-1，其平均变化速率为-8.3kN/d；轴力累计变化量最大值：38.4KN，位于ZCL14-1。各测点均无发生异常，钢支撑轴力日变化量及累计变化量均未超过预警值。

图6 支撑轴力累计变化量曲线

4.5测斜

在基坑监测中国，测斜能够反映围护结构在水土压力作用下连续性变形特征，对围护结构的安全显得尤为重要。本工程使用测斜仪测量各种不同深度的土体的水平位移，各测点按照计划在正常条件下完成监测，其中本次监测中累计位移最大点为CQT22，累计位移为16.07mm，累计位移最小点为ZQT17，累计位移为12.90mm，两测点累计水平位移曲线如图7所示。

图7 累计水平位移曲线

5 结论与分析

通过对临泉庐阳现代产业园庐阳大道综合管廊深基坑工程施工过程的监测分析，可以得出以下结论：

（1）由于本工程管廊基坑开挖较深，钢板桩的垂直度及搭接十分重要，当开挖过程中发现钢板桩未贴靠在H型钢腰梁上部分，需作加垫处理，使钢板桩的压力传到腰梁及支撑上，支撑的材料、制作、焊接必须严格按图施工。

（2）本文以基坑围护结构的累积变形量大小作为参考手段的监测方法，直接反映了基坑在开挖中围护结构与土体之间互相作用，对预防各种坊塌事故的发生有积极作用，对保证基坑安全施工有着重要意义。

（3）在变形监测过程中，如果发生变形量或变形速率出现异常变化、变形量达到或超出预警值的现象，对发生异常的部分，应立刻停止施工，增加监测频率，控制基坑变形，保证施工的顺利进行。

参考文献：