广州轨道交通万顷沙车辆段综合楼基坑开挖与监测措施

徐顺明，吴晔晖，陈伟强，刘甲红

（1广州地铁集团有限公司，广东广州 510330；2广东普蓝地理信息服务有限公司，广东广州 510665）

1 工程概况

万顷沙车辆段为广州轨道交通线网列车检修基地，位于南沙区万顷沙镇，长约1960m，宽约460m，占地面积约50.69hm2，是负责十八号线和二十二号线配属列车的维修基地。基地内设置综合楼、运转综合楼、联合检修库镟轮库、物资库、杂品库、清洗库、运用库、调机工程车库、主变电站、污水处理站及两条试车线。综合楼设计场坪标高（广州城建高程）8.80m，轨面标高8.65m。厂区东北角设综合楼。建筑层数为地上17层，地下1层。综合楼分为办公塔楼、司机公寓、裙楼三部分，总建筑面积为41349.2m2，总高72.2m。综合楼基坑长约132m，宽约55m，坑深2.8～5.85m，建筑总面积约为41349m2，建筑基底面积5125.92m2，如图1、图2所示。

图1 综合楼基坑施工图

图2 万顷沙车辆段综合楼效果图

2 基坑设计与施工

2.1 基坑设计

综合楼基坑底采用三轴搅拌桩加固，分段采用放坡+水泥土墙、放坡+单排钢板桩、放坡+双排钢板桩三种支护形式。

2.2 基坑施工

按照先围护桩、后结构桩的顺序进行施工，控制工程及重点工程优先开工，并根据施工条件采取分块、分层开挖施工方式，平行流水施工。先完成基坑三轴搅拌桩围护结构及地基加固施工，然后对综合楼钻孔桩基础进行施工，在地面完成静载及抗拔检测后，用施工钢板桩围护，随后进行基坑开挖。施工顺序如图3所示。

图3 施工总体流程图

（1）基坑基底采用三轴搅拌桩加固。基底裙边密排三轴搅拌桩，加固深度5m。

（2）放坡+水泥土墙及钢板桩支护。该段基坑深度为2.6～3.1m，放坡高度1.15m，坡率1∶1.5，坡面喷射C15混凝土，同时设置泄水孔，坡顶设截水沟，坑底设排水沟。水泥土墙顶标高为4.5m，采用直径0.85m的三轴搅拌桩，桩间距为0.6m。水泥土墙顶部设置0.2m厚C30混凝土板，如图4、图5所示。

图4 水泥土墙支护断面图

图5 单排钢板桩支护断面图

（3）基坑坑顶或放坡平台应设置截水沟，坑底设置排水沟，并在适当位置设置集水井，集水井约每30m布置一个，基坑采用坑内降水措施。

（4）基坑顶部设置防护栏杆，以防人员坠落。

2.3 基坑排水处理

主要采用三轴搅拌桩止水，场地排水则利用截水沟、排水沟、集水坑、水泵抽排,形成排水系统，如图6所示。

图6 基坑排水平面图

2.4 基坑特点及开挖需采取的措施

2.4.1 特点

基坑位于回填鱼塘区，软土层较厚，采用三轴搅拌桩挡土墙+钢板桩围护是该工程的一大特点。

基坑开挖分4～5个工作面，铺开面积大，故合理的施工顺序、有效的运土线路是施工筹划的重点；基坑跨度较大，开挖出土平台预留、坑内土方翻倒、高性能开挖设备配备，是施工组织的重点；监控量测频率及反馈信息化是基坑施工的重点。

2.4.2 采取的措施

开挖前，需严格按照检测要求对三轴搅拌桩围护结构进行检测；开挖过程中，密切注意支护的渗漏水情况，当发现基坑渗漏水时，及时进行堵漏，回填土反压并注浆止水。基坑周边禁止堆载。

该区域软土层较厚，开挖区域基底虽经三轴搅拌桩加固，但电梯井、集水坑为“坑中坑”结构，坑深达3.5m，放坡开挖深度达到7.35m，坑底加固区厚度仅为1.25m。如开挖时基底载荷超限，将导致深坑底面变形、隆起、边坡滑移。

开挖至基底时，应及时施作垫层封底。基坑底严禁堆放材料，机械尽量远离深坑边沿。如出现深坑底面变形、隆起，应采用钢板桩进行深坑边坡加固，如效果较差，则回填深坑。该区域采用双重旋喷进行局部地基加固。

3 综合楼基坑施工监测内容

3.1 监测范围、监测周期及监测等级

3.1.1 监测范围

根据设计图纸及监测规范要求，基坑外围0.7倍开挖深度范围为主要影响区域，基坑外边0.7～2倍开挖深度范围为次要影响区域，2倍开挖深度范围以外为可能影响区域，含基坑支护结构、周边土体、道路、地下水位等。

3.1.2 监测等级

根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911—2013）监测等级划分，该基坑属于三级基坑[2]。

3.2 监测内容与对应仪器设备

对综合楼基坑进行监测，监测内容及对应仪器设备如表1所示。

表1 监测内容及监测仪器对应表

3.3 基准点布设方法与要求

监测基准点埋设在基坑施工影响范围外稳定的地方。布设4个水平位移观测基准点，且使其相互通视（图7），布设3个竖向位移观测基准点[3]（图8）。在监测基准点周围装上护栏，在护栏上悬挂标识标牌，喷涂警告标语，粘贴反光车贴进行保护，以避免施工破坏。

图7 平面观测墩

图8 普通水准基点

监测控制网分两部分[4]：

（1）平面控制网：用于各水平位移监测项目的平面控制起算基准；

（2）水准控制网：用于各垂直位移监测项目（即沉降监测）的高程控制起算基准。

3.4 监测点布设方法与要求

3.4.1 水平及垂直位移

（1）测点布置

原则：测点布设在基坑圈梁、钢板桩、围护桩顶部等固定的地方，埋设方便、不易损坏，能真实反映基坑围护结构桩（墙）顶部的侧向变形；围护墙顶的水平和竖向位移监测点沿基坑周边埋设，周边中部、阳角处应埋设监测点。监测点水平和竖向间距约为20m，每边监测点数目为3个以上。水平和竖向位移监测点可以共用，监测点设置在围护墙顶、钢板桩顶或基坑坡顶上[5]。

（2）监测点埋设

综合楼周边的水平、垂直位点埋设在场坪周边桩基混凝土挡土墙上或自制观测桩上。观测桩采用C30钢筋混凝土预制，断面采用15cm×15cm正方形，长度为1.7m，并在桩顶安装Leica小棱镜头和沉降观测点（图9）。采用开挖埋入或打入等方法埋置，桩周上部50cm用混凝土固定，确保边桩埋置稳固。水平位移与沉降监测点使用同一桩点，并与相应的墙体水平位移的位置对应，监测点周边安装钢筋笼，并在钢筋笼上贴反光贴进行保护，且设立明显标志（图9）。

图9 Leica小棱镜头及沉降观测点

布置综合楼基坑地表沉降点33个（点号为DBC01-1～DBC18-1）、支护桩墙顶部竖向位移监测点18个（点号为ZQC01～ZQC18）、地下水位监测点9个（点号为DSW01～DSW09）、支护桩墙顶部水平位移监测点18个（点号为ZQS01～ZQS18）、支护桩墙体水平位移监测点7个（点号为ZQT01～ZQT07）、土体深层水平位移监测点18个（点号为TST01～TST18），如图10所示。

图10 综合楼监测点位示意图

3.4.2 深层水平位移监测

（1）测点布置

通过预埋的测斜管测探围护结构变形。按要求将测斜管埋设在基坑围护结构有可能发生变形的位置上，如图11所示。

图11 深层水平位移监测点实景和埋设图

（2）埋设与安装要求

围护桩内测斜管埋设顺序：先定位，再将测斜管绑在钢筋笼主筋上，封死管底校准测斜管方向，再下钢筋笼，然后浇注混凝土，测读其初始值。

另外，需要注意的是：①底部应和钢筋笼底部持平或略低于钢筋笼底部，顶部达到地面；②测斜管和支护结构的钢筋笼捆绑埋设，间距不宜大于1.5m。测斜管和钢筋笼的固定要稳，防止浇筑混凝土时，测斜管和钢筋笼脱落。操作时，应注意测斜管的纵向扭转，如果产生极小的扭转角度，都可能导致测斜仪探头被导槽卡住[6]；③测斜管绑扎时应调正方向，使管内的一对测槽垂直于测量面。

（3）测点保护

测斜管安装完成后，应在管口安装一个约1m的套管，以防在破除围护桩顶混凝土时被损坏。测斜管口附近混凝土采用小型机具进行局部凿除，以便保护测斜管。

用混凝土包裹测斜管露出冠梁的部位，并盖上管盖，刷上黄黑漆，设立明显标识。

3.4.3 地下水位观测孔布设

用地质钻孔方法埋设测点，要确保孔深度能测出施工期间产生的水位变化量。安装测孔时，也要保证能测出施工时水位的变化。用地质钻机钻直径Φ89mm的孔，水位孔的深度在坑外孔深同基底同深，坑内孔深达到基坑底以下1～2m为宜。成孔后，放入裹有滤网的水位管，再用黏土进行封填，防止地表水流入。水位管用Φ55mm的PVC塑料管作滤管，管底加盖密封，下部留出0.5～1.0m深的沉淀管，上部再留出0.5～1.0m作为管口段，以保证封口质量，如图12、图13所示。

图12 水位监测点示意图

图13 水位监测点实物图

3.5 基坑监测仪器及精度

3.5.1 测量与监测设备

该项目的测量和监测仪器如表2所示。

表2 测量与监测仪器

3.5.2 控制测量精度要求

平面控制网，按精密导线精度要求进行，高程控制网符合国家二等水准精度要求。

观测要求：高程监测基点用数字水准仪TrimbleDiNi03配合铟瓦条码尺实测，外业观测符合《建筑变形测量规范》中“二级”水准测量的精度要求。观测前对水准仪和铟瓦尺进行校验。

观测方法：按往返观测实行，往测奇数站读数为“后—前—前—后”，偶数站读数为“前—后—后—前”；返测奇数站读数为“前—后—后—前”，偶数站读数为“后—前—前—后”。往测转为返测时，两根铟瓦条码尺互换，测站视线长、视距差、视线高与限差符合规范要求。

高程控制网外业观测完成后，对外业手簿进行检查，各水准环闭合差计算合格后方可进行内业平差计算。内业计算采用严密平差计算，高程成果取位至0.01mm。

3.5.3 基坑监测方法

主要采用水准仪施测沉降数据。起算点为已知水准基准点，测出每个观测点的相对标高作为初始标高值，将每个观测点的标高与这个初始标高值相比较，便可得出每次测量的该点的沉降值。

采用全站仪施测位移数值。起算点为平面基准点，通过测量控制点与观测点之间位移的变化量，计算出基坑在某点的位移值。

基坑开挖期间，按要求每天测两次，地下室结构2d测一次，直到地下室结构完工为止，遇到特殊变化应该加密测量。测量者应及时整理观测手簿，发现位移（或沉降）有异常、超过警戒值或基坑围护不稳定时，马上停止基坑开挖，立即处理，并及时向业主、设计及监理单位报告。

3.6 监测观测频率、控制参数及预警

基坑监测频率如表3所示，基坑监测项目、内容、测点布置、报警值等如表4所示。

表3 基坑监测频率

表4 基坑监测项目、内容、测点布置、报警值等一览表

预警分级：（1）当变形监测的绝对值、速率值双控指标或两者之一达到控制值的70%时，为黄色预警；（2）当变形监测的绝对值、速率值双控指标或两者之一达到控制值的85%时，为橙色预警；（3）当变形监测的绝对值达到或超过控制值的100%时，为红色预警。

3.7 监测项目精度

根据国家二等测量规范（GB/T 12897）的精度要求，各项目监测精度：场坪周边土体水平位移及沉降、基坑围护结构桩（墙）顶水平位移及沉降、深层水平位移监测均为±1.0mm，地下水位为±5mm。

3.8 观测提交成果报告

对监测成果进行整理，并提交以下成果报告：（1）周边建筑物、道路沉降观测成果统计表（表5），时间、位移量（T～S）曲线图；（2）基坑水平位移观测成果表，时间、位移量（T～S）曲线图；（3）基坑监测系统平面布置图；（4）基坑监测分析报告。

表5 万顷沙车辆段综合楼监测数据本周变形最大值统计表

3.9 基坑监测报警时的应急措施

（1）当基坑支护结构出现渗漏或由于降水而导致坑外建筑物、道路出现下陷时，当临近建筑物的竖向位移值大于警戒值（3mm/d）时，应立即停止降水和施工挖土，并迅速用堵漏材料处理。应同时通知设计、监理、业主等单位，研究制定下一步措施。

（2）当基坑支护结构的水平或竖向位移超出警戒值后，应立即停止挖土并及时按预案处理。

（3）当基坑支护结构土体出现渗漏等情况时，应及时采取有效的堵漏止水措施。

（4）当基坑周边围护结构局部出现严重漏水时，可通过注浆加强止水。深孔注浆要求水泥注浆压力为0.5～1.0MPa，并采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥配制注浆，也可根据需要添加外加剂及掺合料，用量应通过试验确定。水泥浆液的水灰比为1.0～1.5。

3.10 现场巡查

每天对基坑周边进行巡查并做好记录。定期对民居进行巡查，加强对旧有裂缝的监测，并查看是否有新增裂缝。基坑检查巡查表如表6所示。

表6 基坑检查巡查表

4 结语

万顷沙地区地质情况复杂，基坑范围内的填土层、软土层及砂层力学性质较差，在强降雨的情况下会加剧基坑的不稳定性，且风化岩具有遇水易崩解的特性，处理不当容易诱发基坑崩塌、产生滑坡。万顷沙车辆段综合楼基坑项目处理效果较好，有两个方面的原因：一是设计人员工作周密，二是施工和监测配合密切。首先，现场监测动态信息反馈指导施工过程，通过监测数据和巡查了解设计的强度，降低了成本，可为今后设计提供依据；其次，监测与设计人员提前熟悉施工环境，有针对性地布置监测点，准确监测施工动态，预报施工险情，及时做好了安全补救措施，可为车辆段综合楼施工提供借鉴。