临泉县某综合管廊基坑施工监测方案设计研究及应用

赵 青，湛雅璇

(安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230601)

近几年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和缓解城市交通问题有着重要意义。地下工程中的基坑开挖工程，不仅包含土力学中的稳定性问题，同时还与护坡结构和土体的相互作用密切相关[1]。临泉庐阳现代产业园庐阳大道综合管廊深基坑工程采用钢板桩加钢支撑的支护形式，目前这种形式在国内管廊基坑支护中比较少见，同时在施工过程中会有各种不确定的因素发生，需要施工人员能及时发现并正确处理，为保证基坑开挖安全顺利进行，开展管廊基坑监测工作就显得十分重要。

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。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8.3 m×3.95 m，采用SP-Ⅳ型钢板桩、H型钢腰梁、Φ609×16钢管支撑。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2 m～3 m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，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。

2 工程地理位置及地质条件

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。

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[2]：

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

二层为粉质黏土，褐灰、黄褐色、褐黄色，可塑，局部硬塑，稍湿,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。层厚4.40 m～8.4 m，层顶标高31.75 m～36.45 m，层顶埋深0.50 m～2.40 m。

三层为粉土夹粉质黏土，褐黄色，局部为灰褐色,中密实度，湿度大，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9.60 m，层顶标高26.18 m～29.45 m，层顶埋深4.40 m～9.80 m。

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黏土中的孔隙水。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。粉质黏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 m～5.50 m,其地下水位年变化幅度在3.00 m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。

3 监测设计方案

3.1 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25 m，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：在开挖土方时，每层开挖结束后需要监测一次，遇到特殊天气或者出现检测数据异常时需要加密监测次数。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[3]。

3.2 坡顶位移

坡顶竖向位移和水平位移使用同一个监测点进行监测，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。

3.3 轴力监测

采用端头轴力计进行轴力测试，每隔3个支撑布置一个监测点，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 mm，钢筋埋设深度不小于0.35 m(或水泥加固至稳固层)或在支护桩体打入钢钉。基坑开挖时，通过弹性原理，利用频率仪测试得到的钢支撑应变计算出钢支撑的轴力。

3.4 基坑周边的地下水位监测

采用水位管和水位计进行监测。先用钻机成孔，孔径Ø110，孔深15 m，间距25 m，呈梅花形布置。在孔内放置Ø80PVC管做水位管，管顶露出地面约300 mm，水位管放入水位孔后，孔隙用砂填充，距地面约0.5 m高度用水泥砂浆填实，避免地表水流入管里。最后将电测水位计放入水位管中，通过侧头触碰水位引起讯响器发音读取得到地下水位深度。

4 施工过程中突发事件处理措施

4.1 地面沉降、坑底隆起

回填反压常用于地面沉降加剧并伴有坑底隆起状况下，使用静压注浆等方法保持坑底稳定，施工中严格按照操作要求进行挖土，如果出现深层土体流动，暂停施工[4]。随后增加基坑沉降观测点密度，分析原因，制定相应的解决方法，最后才可以继续施工。

4.2 基底流砂、管涌

使用细石或绿豆砂覆盖住管涌口，避免流砂大量流失，同时采取应急排水措施，做好坑底排水工作，抢挖坑中土[5]。如果出现大面积管涌，应该在坑底铺设细砂层。如果集水井排水造成水位高度达不到基坑底设计标高，应该立刻进行混凝土垫层浇筑。

4.3 支护结构倾覆

支护结构倾覆通常发生在支护结构形变之后，具有下面几点危害：基础结构受损、造成大面积的人员伤亡等。事故造成的后果严重，一旦出现类似事故，应该立即启动下面的应对方案：

1)立即启用应急设备，如挖掘机、起重机等，对没有倾覆的板桩进行提拉，扶正等处理，避免出现二次倾覆，同时做好现场人员设备疏散工作。

2)倾斜程度不大的，可以在疏散人员设备结束后，使用拉锚、加H型钢斜撑对倾覆部位进行加固处理，利用应急设备逐步将倾覆板桩恢复到原始位置。

3)基坑出现严重倾覆应该在安全疏散人员设备之后，立即用土回填，防止出现二次危害。同时通知相关部门就如何解决险情进行协商，为接下来的工作制定方案。

4.4 支护结构变形

支护结构变形是指钢板桩结构变化、H型钢腰梁弯曲变形、H型钢支撑结构弯曲等，应对措施如下所示：

4.4.1 钢板桩变形

基坑内部受力不均造成局部受力过大、内支撑没有紧贴钢板桩等造成钢板桩变形，此时应该将基坑周围堆放的设备材料进行移除，减少对于基坑的压力，将基坑外的筑岛土方进行部分清除，使用木楔或钢楔对围囹与板桩的间隙进行填充。

4.4.2 内支撑变形

可能因为基坑侧荷载受力过大、内撑没有紧贴H型钢腰、坑壁承载超限、针对内撑受力不均造成的形变，应该对受力过大的地方增加支撑，或者按照先撤后换的原则，使用强度更高的内支撑。

4.4.3 内撑弯曲

可能因为坑壁土方堆放过高、内撑结构稳定性不高、焊接点出现松动等。此时需要及时卸载坑壁，安装新的内支撑。

4.5 地表裂缝

图3 地表沉降累计变化量曲线

施工过程应该时刻主要对周围地表地面开裂情况的观察。如果基坑顶部侧向位移和基坑深度比值超过3‰时，应该采取必要措施进行加固，保证基坑内部结构稳定，可以采取增加支护等方式。

5 监测结果及分析

5.1 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：-2.11 mm，位于DBC32-3，其平均变化速率为-2.11 mm/d；地表沉降累计变化量最大值：-15.95 mm，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。

5.2 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[5]。在本次监测中，测点SW20出现地下水位变化量最大值-233 mm，其平均变化速率为-233 mm/d；地下水位累计变化量最大值：472 mm，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。

5.3 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15 m，间距为0.9 m。本次监测结果如图5所示。桩顶水平位移变化量最大值：-1.40 mm，位于ZQS9-1；其平均变化速率为-1.40 mm/d；本期桩顶水平位移累计变化量最大值：14.90 mm，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。

5.4 钢支撑轴力检测

图4 地下水位累计变化量曲线

图5 桩顶水平位移累计变化量曲线

图6 支撑轴力累计变化量曲线

本工程采用端头轴力计对主要断面进行轴力测试，监测点沿里程方向隔三撑(约20 m)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-8.3 kN,位于ZCL91-1，其平均变化速率为-8.3 kN/d；轴力累计变化量最大值：38.4 kN，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。

5.5 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[6]。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16.07 mm，累计位移最小点为ZQT17，累计位移为12.90 mm，两测点累计水平位移曲线如图7所示。

6 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：

图7 累计水平位移曲线

1)为防止支撑挠曲变形过大，保证钢支撑受力稳定，在施工时应加强监测，对基坑回弹导致竖向支撑位移而产生的横向支撑竖向挠曲变形在接近允许值时，必须及时采取措施。

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。