深水基坑支护结构施工的监理控制技术

朱曙光

（长沙中核工程监理咨询有限公司，湖南长沙410006）

0 引言

近年来，我国社会经济发展迅猛，桥梁工程数量较多，大跨度桥梁建设水上基础施工是风险最大的工程之一，监理如何控制是一个难点。同陆地的支护结构施工不同的是，一些跨越江河的桥梁在进行基础施工时，会对维护结构的安全性、稳定性带来一定程度上的影响，出现围堰变形或围堰外的江河水渗漏现象。由于桥梁基础埋深不断增加，水文地质条件也更为复杂。一些施工单位对深水基坑支护施工的重视程度远远低于建筑主体施工，进而影响了支护结构施工的质量，其安全性得不到有效保证[1]。地下结构的施工开挖会对围护结构及围堰外的水体产生扰动，若未对基坑施工的风险进行分析，则会增加意外事故发生的可能性，从而延误施工进度，造成不必要的经济损失。深水基坑的水文条件复杂，由于基坑工程与地下建筑及设施的距离较近，且基坑开挖紧凑，具有范围大、深度高的特点。因此，如何保证深水基坑施工的稳定性和安全性，提高深水基坑施工的质量，是亟待解决的重要难题[2]。以验收支护结构进行基坑监测等方式进行基坑工程施工的监理控制，为深水基坑支护施工的监理控制提供了重要的参考依据，对建筑工程加大地下空间开发和利用具有现实意义。

1 深水基坑支护结构施工的监理控制技术

1.1 围堰支护结构定位

以某市深水基坑支护施工区域为例，根据该地区水文条件，结合现有的地质资料，综合考虑基坑开挖深度及墩位承台特点，进行围堰支护结构施工与定位。该施工区域20～25＃墩位承台埋深较深，其中20＃、25＃基坑埋深在10m 左右，距离河岸边较近，具有较小的水流荷载和水流压力，因此考虑钢板桩围堰做承台。21～24＃基坑处水深12m，埋深在20m 左右，墩位承台均位于水中，河中间水流速度较大，利用钢箱围堰做承台。其中20＃、25＃及21～24＃的围堰底标高分别为-15m和-21m，顶标高分别为6m和5m，围堰壁厚1.3m，封底混凝土厚度分别为3m 和5m。围堰材料进场后进行分类整理，并根据施工需要的型号进行切割与修正，参考围堰设计尺寸，预先将围堰导向框、支架及吊装等配件制作完成，便于将钢箱围堰准确定位，利于对围檩支撑的设置。为了控制围堰支护结构的位置，围堰浇筑的过程中时刻观察重心的偏移情况，保证围堰重心与支护结构的中心位置重合，避免围堰结构出现严重的倾斜。在围堰下沉至标高点后即停止浇筑，将围堰着床情况和落床位置进行检查和记录[3]。

1.2 布设围堰施工监测点

在完成围堰拼接后，对围堰支护结构进行动态监测，在围堰内外壁设置控制点，焊接定位钢板，主要对钢围堰顶位移，钢围堰下放的垂直度以及水位进行监测。对围堰变形定期定时监测，将围堰各时期的变化情况进行记录，严格控制围堰下放，保证下放过程达到施工精度要求。分别在围堰内外侧设置测点，在围堰各转角点分别设置1 个测点。由于围堰四边的中间位置具有较大的桩身变形量，因此，该位置的测点布设通过吊锤来实现，在围堰下放各个环节，完成封底以及基坑抽水过程中运用吊锤下放测量，记录围堰的水平偏移量，使用黑白漆在钢管外侧设置刻度，钢板桩内侧设置标尺[4]，钢箱内设置标尺。在基坑开挖期间的监测频率在3 次左右，在开挖施工结束后的监测数值，保持为期7 天的稳定后，即可停止监测。由于基坑支护结构施工为深水基坑，若遇到降雨洪水，基坑出现渗漏水情况时，应继续进行监测，记录不同环境变化下的基坑围堰支护的沉降变化以及异常情况，并根据实际工程情况进行定期监测。

1.3 深水基坑施工风险分析

深水基坑施工主要存在着水上作业、吊装起重作业、基坑作业等风险。根据技术施工安全风险评价标准对研究区域基坑施工作业中的风险源点进行危害级别的评价，其中上下船舶的脚手板设置不合理、水上水下施工作业未用浮标划定的水域、围堰插打过程、钢箱围堰下放以及安装操作不规范、焊接作业与降水作业的危害级别均为3 级，可能导致船舶撞坏围堰、围堰断裂造成物体打击，人员触电以及坠落事故[5]。在作业时遇到恶劣天气、河水上涨超过围堰顶的危害等级为2 级，在作业过程中可能会发生作业人员溺水事故。综合上述风险的危害级别，对各风险源点风险进行全面分析，在基坑抽水挖泥时若内支撑稳定性不佳，则会增加钢围堰变形坍塌的可能性，其基坑开挖风险多由施工人员的失误与错误操作造成，因此需要采取相应的预防措施。按规定设置内支撑，实时跟踪天气变化情况，观察河水水位焊接防浪板，并按照航标及规划航路通行。在监测到钢板桩发生变形时，及时停止插钉，钢箱下沉时偏位及时纠偏，围堰安装时挂好防护网，焊接与降水作业前，检查用电线路和水泵线路是否安全，并在周围设置警示标牌。

1.4 起重吊装作业安全管理

钢围堰的下放、墩位承台基坑开挖与支护施工主要涉及起重吊装作业问题。着重对起重吊装作业进行安全管理，从而实现安全生产。对于起重吊装的施工人员进行严格管理，所有人员需要经过专业的职能训练，具备操作机械设备的合格资质，基坑施工中使用的起重吊机设备需要经过安全质检，具备产品合格证。且船舶需要按规定配备通信、消防、救生等各类合格船员，船舶设备应通过地区海事局的安全检查[6]。其中，起吊所用的吊钩吊环、钢丝绳、吊车起重制动轮等安全保护装置，需要符合国家安全标准，机械进场后进行现场验收，每日定时进行机械检修，避免施工作业时机械出现故障，防止意外事故的发生。施工作业前进行安全技术交底，保留交底记录，作业人员穿戴防护用品。在起重区域设置施工警示标志，并对主要通道进行监护，严禁其他无关人员进入作业区。在进行起重吊装的施工时按照起重吊装工程安全技术规范进行，工具取用安全系数范围内的并定期检查，起吊作业中，保证指挥信号统一，口令与手势清晰。为了避免因天气与环境等客观因素对施工安全产生影响，遇雨雾霾等较为恶劣的天气则应停止作业。

2 实验论证分析

为验证方法对某市深水基坑工程项目支护结构施工的监理控制效果，对围堰支护结构变形情况、坑顶位移情况以及周围环境沉降等项目进行了监测，并对各监测项目的最大位移值进行汇总。从而对监理控制方法的有效性进行客观的评价。根据深水基坑支护结构施工实际情况，利用全站仪、高精度水准仪等监测设备进行监测，记录每天各监测项目的位移数据，直到施工完成后监测数据，稳定3 天后结束监测。研究区域内的深水基坑支护结构施工通过监理控制方法进行施工，其工程施工过程中未发生意外事故。将对主要监测内容进行具体分析说明。各监测点次明细如表1所示。

表1 深水基坑支护结构施工监测点次明细

由表1 可知各监测项目的点次，其实际监测点次远高于合同要求点次，使监测数据更具有代表性。选取23＃墩3 号测点的支护结构中的围护侧向变形结果进行分析，具体侧向变形量监测结果如图1所示。

图1 23＃墩3 号测点侧向变形

由图1 可知，深水基坑抽水到-4m和第二层抽水到-8m施作第一道支撑和第二道支撑，第一道支撑施工完成后，其支护结构的侧向变形未发生明显变化。在第二道施工完成后的支护结构变形较快，这可能是由于支护结构刚度变小进而导致变形量的增加，在进行素混凝土垫层施工后，支护结构的变形量逐渐减小，其变形形状未见明显的反弯点，说明设置内支撑对刚度较小的支护结构变形具有较好的控制效果。在底层土开挖完成后嵌固底板，基坑深度达到20m处的变形量接近于0，说明该方法对支护结构的侧向变形具有较好的监理控制作用。对坑顶水平位移的监测结果如表2所示。

表2 坑顶水平位移实测汇总

由表2 可知，坑顶水平位移随抽水和挖泥深度的增加而逐渐增大，表中较为客观地展示了施工过程中坑顶水平位移的变化规律，在坑顶水平位移随底板加固完成后，位移量逐渐稳定。经检验，支护结构水平位移均在30mm 以内，且内支撑弯曲正应力均在预警值范围内，结构稳定，证明通过对深水基坑支护施工的监理控制后，施工质量得到了有效保证，该方法具有可行性。在工程中的支护结构监测中，对支撑轴力进行分析，其施工工况与上文荷载工况一致，其21＃墩的支护结构的支撑轴力在不同荷载施工工序下的内力监测结果如表3所示。

表3 支撑轴力监测结果与分析

由表3 可知，在工程中，对撑内力大约为角撑内力的2 倍，由此可知支护结构中场边重点的变形量高于短边变形量，监测结果与实际支护结构施工情况相符。同时，不同层的支撑内力存在着一定的差异，其中对撑具有较大差异。因此，监理部门可以在设计中就此进行优化，进行监测指标的校核，根据支撑轴力监测结果及时了解支护结构的受力情况，确保支护结构安全工作。

3 结语

通过围堰支护结构定位，布设围堰施工监测点，分析深水基坑施工风险，管理起重吊装作业安全，控制支护结构施工质量，实现了对深水基坑支护结构施工的监理控制，取得了一定的研究成果。同时，由于时间和条件的限制，研究还存在着诸多不足，有待于在今后的研究中深入探讨，如未对围堰抽水以及围堰拆除进行相关的监理控制研究，对封底施工涉及较少，未来还将继续扩大深水基坑支护结构施工的监理控制范围，不断优化监理控制技术，实现经济效益和社会效益的最大化。