市政管廊基坑施工监测分析研究

2017-06-07孟昊博

城市道桥与防洪 2017年5期

关键词：冠梁管廊测点

孟昊博

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司吉林分公司，吉林长春 130021）

市政管廊基坑施工监测分析研究

孟昊博

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司吉林分公司，吉林长春 130021）

随着城市建设的不断发展，地下建筑越来越多，而近些年来，随着城市化进程的推进，地下综合管廊建设逐渐提上日程，而基坑工程恰恰是地下综合管廊施工的基础，其安全、可靠常受周围环境、天气变化、施工技术等影响。现通过概述市政管廊基坑支护设计及施工现状，并在此基础上，详细论述了市政管廊基坑工程施工及检测技术，旨在为基坑支护设计者及施工者就相关基坑监测提供理论依据。

市政建设，管廊基坑，施工，监测分析

0 引言

随着城市建设的不断发展，地下建筑越来越多。近些年来，随着城市化进程的推进，地下综合管廊建设逐渐提上日程，而基坑工程恰恰是地下综合管廊施工的基础，需要开挖基坑的同时，也需对基坑周围的建筑进行监测和维护。基坑工程又作为一项风险性、临时性工程，能够影响基坑工程的因素众多，包括：天气情况、地质情况、施工顺序等。因此，基坑的设计施工，首先要保证支护结构的安全、可靠，其次要保证周围建筑环境的安全，最后还需在保证施工的经济性的同时，需汲取以往施工的经验与教训。

1 基坑工程内涵

基坑工程属于基础工程，同时也属于临时性、服务性工程，因此人们通常把它称为地下建筑的仙道工程。随着建筑高度的增加，基坑的深度也随之增大。国内学者也将基坑工程称为“基坑支护工程”，具体而言，基坑支护工程只是基坑工程的一部分，并未涵盖土方开挖，但基坑工程的最终目标是土方开挖，基坑工程包含的具体内容如图1所示。

2 基坑工程设计施工现状

基坑工程作为岩土工程学科的一门来分析，其设计施工的成败，与计算理论、施工方案、施工工况等密不可分。基坑设计的理论多样，总的可概括为以下 3 种：经典土压力理论、等值梁法、有限元法。基坑工程施工不能依照基坑设计要求完成，是引发施工事故的关键原因。例如，在水泥围护结构的设计与施工工程中，水泥的搅拌、掺入量、搭接长度等是否按符合设计要求，一旦与设计要求有出入，势必影响围护结构的稳定性、抗变性，而围护结构质量的好坏，直接影响后期的施工质量。

根据实际基坑设计和施工的经验，基坑支护设计常见的问题如下：一是岩土参数的选取；二是冠梁刚度选取；三是锚杆支护结构的设计；四是角部内支撑设计。

图1 基坑工程内容图示

2.1 选择合理的岩土参数

在基坑设计中，岩土参数作为基坑设计的关键环节，其精准度直接影响到基坑土体压力，而土压力的大小直接决定了支护结构内力。岩石参数包括：粘聚力力 c、内摩擦角 φ、地基土水平抗力比例系数m等。其中粘聚力c和内摩擦角φ能够直接测得，而地基土水平抗力比例系数m一般通过临界实验负荷测得。根据临界实验所测值m一般偏小，因此，可适当调整使其合理化。

2.2 冠梁设计

联系支护桩间的冠梁，在基坑施工过程中，容易弯曲变形。因此，在设计时要准确计算其刚度，注意选择正确的冠梁计算跨度。一般的基坑平面尺寸的变长从几十米到几百米，而冠梁的截面尺寸普遍偏小，冠梁的宽度与基坑跨度之比达到了几十分之一，几乎可以忽略，如果基坑的边长小，冠梁的跨度也随之减小，冠梁的抗弯刚度增大，所以基坑设计时须准确计算冠梁跨度，以得出合理的冠梁刚度。

2.3 加强腰梁和桩身之间的连接

在桩与锚杆形成的支护体系中，锚杆一般与水平方向成 12°～45°的方向插入岩土层中，以此借助锚与岩层之间摩擦力，从而对抗拔力和承载力。在锚杆插入岩土中时，锚杆会产生垂直向下的分离，造成腰梁与桩身之间的滑动，因此，在设计过程中，应充分考虑锚杆向下产生的分力的影响，保证腰梁与支护桩之间的稳定。

2.4 角部支撑设计

在各种支护结构中，角部内支撑受力相对复杂，角撑一般与冠梁成 45°角。沿角撑的轴向压力可分解为垂直于冠梁的压力和平行于冠梁的剪力，因此，设计者一定要充分考虑剪力对角撑的影响。

3 基坑工程监测分析

3.1 基坑工程监测目的

基坑工程监测的目的可以简单概括为以下三方面：（1）通过对比监测数据与设计值，防止支护结构发生意外；（2）通过时时监测数据，以便信息化施工，优化施工环境；（3）通过监测数据，优化设计的同时，还可以保证支护结构的经济性、合理性。

3.2 基坑工程监测内容

随着社会信息化程度的加深，信息化施工亦然成为当今基坑工程的重要手段，基坑施工不仅需保证自身支护体系的稳定，而且要避免对周围环境造成不良影响，因此基坑施工的监测内容也包括两部分：围护结构监测、周围环境监测（见表1）。

3.3 基坑施工监测点的布置

基坑施工监测点的布置，主要是根据开挖的应力，以及以往经验，分清主次，做到重点监测，使监测数据能够准确地反应基坑的变形、受力情况等。如是分段开挖，首先应进行开挖段的监测，做到及时反馈，准确地反应基坑的安全度，如有意外应及时采取措施应对。

表1 基坑工程监测内容一览表

3.4 基坑工程监测点的埋设方法

在实际基坑工程中，监测点的埋设主要是依据基坑周围的环境设施，以及支护结构而确立的，主要包括传感器的选择与埋设，常用埋设参照标准如表2所列。而通过测点的埋设方式包括：直接测得和间接测点两点。直接测得主要是采用捆绑的方式将测点置于管线上的一种方式，而间接测点主要是将测点置于管线地表轴线上的一种方式。直接测点虽能准确、客观地反应测试值，但是操作技术难度大，在实际施工监测过程中，通常兼顾两种测点埋设方式，首先进行直接测点，然后再进行间接测点。除此之外，测点管线还需进行各类不同的编号。

表2 基坑常用埋设参照表

3.5 基坑工程监测测试仪器及其精度

基坑工程监测有专门的测试仪器，根据不同的监测目的，监测仪器不同，详见表3 所列。像所有的物理测量一样，基坑工程监测的所有仪器、设备都有相应的精准度。所有的相关仪器，都应遵循有关的规定，做好校准，保证测量的精准度。还有基坑工程监测属于信息化工程，所采集的数据，都应准确无误地上传至计算机，以便进行辅助管理的同时，加快监测速度，做到及时反馈。

表3 基坑工程监测仪器一览表

3.6 监测时间安排

不同的施工阶段、不同的施工项目，监测频率有所不同。一般而言，基坑项目的地线、管线需要每天进行检测，特殊原因，可降低监测频率，但应保证每周三次以上，地下室回填土阶段，可适当地降低监测频率。总而言之，两个阶段的监测，第一阶段为开挖到基础底板阶段，监测频率稍高，而第二阶段从基础底板阶段地下室回填土阶段，监测频率稍低。针对监测结果，需当天提交测量成果（不超过第二天），及时绘制监测曲线，每月撰写监测报告，最终形成监测成果报告。

3.7 监测项目的预警值

一般而言，监测前应根据支护结构及施工环境，确定监测项目的预警值，时时监测的数据应在预警值所允许的范围内，如果超出预警值，应及时地调整施工方案，做出预防措施，防止安全事故的发生。在实际施工过程中，确定预警值的方法如下：（1）根据支护结构进行数理计算，设计值大于监测值；（2）应满足保护对象的主管部门提出的相关要求；（3）应根据相关建筑的抗变力，提出相关值；（4）应符合有关行业规范、规程。

3.8 基坑信息化施工技术

基坑信息化施工技术涵盖有三方面内容：数据的监测、数据的数理分析、数据的反馈。其中，数据的监测是基础，包含有测试方案的制定、测试的设施等。数据的处理是根据统计学原理方法，对获得的数据进行统计分析，并绘制曲线图。最后是数据的反馈，是对分析后的数据进行评价，了解支护结构参数情况。信息化施工最注重的是数据的反馈，因此，不仅要准确地获得原始数据，更重要的是利用计算机，对所得数据进行处理，以得到各种参数，为后期施工提供参考。