填海区单侧近接敏感建筑深基坑施工监测分析

褚人猛

(中铁十六局集团第一工程有限公司 北京 101300)

1 引言

为了解决交通拥堵、建筑物过度密集和城市绿地极度缺乏等问题，许多沿海城市进行了大量填海造地工程。填海区工程地质条件差、土体性质复杂，常导致工程设计参数选取不准、施工方案难以确定以及监测重点把控不到位。此外，填海区建筑物密度较大，新建工程常近接敏感建筑，而敏感建筑对变形要求较严格，致使施工难度增加。因此，填海区单侧近接敏感建筑深基坑工程仍然是一项极具挑战性、高风险和高难度的岩土工程技术热点课题[1－6]。

目前，深基坑现场监测已经成为确保深基坑工程施工安全的必要和有效手段[7－9]。严谨的监测数据分析可以及时排除施工中潜在的危险，加快总体施工进度和减少成本。文章以穗莞深城际轨道深圳机场站深基坑工程施工为例，介绍在严格控制基坑变形条件下，如何采用严密、科学的监测技术，并根据监测结果辅以«一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法»(ZL 2018 1 0997658.2)发明专利技术，对基坑施工动态调整，确保基坑及周边建筑物安全，为类似工程的施工提供可借鉴的经验[10－12]。

2 依托工程条件及围护结构设计

2.1 工程概况

穗莞深城际轨道深圳机场站为典型的填海区深基坑工程，车站东西侧为机场集团能源中心，其西南侧3.5 m处存在单侧近接超大荷载4组蓄冷罐，该建筑属于敏感建筑，对变形控制要求极高，其累计不均匀沉降限值为78 mm，罐体倾斜限值为0.29%，地表沉降限值为30 mm。每组蓄冷罐直径为26.5 m，高度为30 m，运行总重为14 500 t。如何确保基坑和既有建筑物的安全及变形不超过设计要求，将成为本项目施工的重中之重，总体平面布置如图1所示。车站基坑长约912 m，标准段基坑宽度为23.34 m，深度为19.9 m。端头井基坑宽度为30.16 m，深度为23.34 m，基坑安全等级为一级。

图1 车站总体平面布置

2.2 工程地质条件

穗莞深城际轨道深圳机场站地处深圳市西部沿岸，地貌类型为冲积海积平原，沉积了较厚的淤泥层。西部填海造陆项目一般步骤为先抛石挤淤形成海堤或隔堤，然后再堆载预压。填筑材料除海堤、隔堤外，主要为黏性土，在滨海滩涂和潮间带，早期填筑材料比较复杂，含有大量的块石和碎石。填海区填土普遍较厚，且多数区域无序堆载。场地下存在淤泥及淤泥质土，呈流动状，属于欠固结土，强度低、变形大、固结慢。下伏花岗岩残积土性质差，土层粒组不均匀、级配不良、缺少中间颗粒，在含水状态下一经扰动极易软化，产生流泥涌土现象，强度锐减。填海区地下水与海水联系密切，水位较高。勘察期间测得地下水稳定水位埋深0.00～14.00 m。总体来说，填海区的止水、基坑支护及工程桩施工存在较大困难。

2.3 围护结构设计方案

为保证连续墙施工及基坑开挖期间基坑及蓄冷水罐的安全，围护结构设计考虑如下保护措施:

(1)蓄冷水罐影响范围段地连墙厚度加厚至1.2 m，同时支撑由标准段4道增加至5道(第一、三道为混凝土支撑，其余为钢支撑)，混凝土支撑间距由9 m加密至4.5 m。

(2)在蓄冷水罐侧设置直径0.8 m、间距1 m的钻孔隔离桩，隔离桩外侧设置搅拌桩格构式加固土体，可有效减少连续墙成槽和基坑开挖对蓄冷水罐的影响。

(3)为减少偏载作用下基坑及支撑体系的整体水平位移，在基坑被动侧设置一排钻孔桩(直径1 m、间距2 m)，并在桩与连续墙之间进行格构式搅拌桩加固，同时设置连接板将连续墙顶与桩顶连接。

(4)为减少地面超载下的坑底隆起量，对坑底土体进行裙边加抽条式加固。蓄冷水罐区域基坑标准断面如图2所示。

图2 蓄冷水罐区域基坑标准断面(单位:mm)

3 蓄冷水罐作用范围内基坑监测方案及施工控制

通过依托工程条件分析，确定敏感建筑蓄冷水罐监测和二号基坑结构监测方案，设置监测项目的监测点分布、监测精度、警戒值和最大限值以及出现紧急情况后的应急措施，二号基坑总体监测点布置如图3所示。

图3 蓄冷水罐作用范围内基坑监测点布置

3.1 蓄冷水罐监测技术方案

蓄冷水罐监测项目包括:地表沉降、罐体沉降和倾斜监测，监测等级为特级。

(1)地表沉降

地表沉降监测点布置于罐体之间和罐体两侧，垂直基坑布置5排，每排各5个测点，排间距为10 m。

地表沉降最大限值为30 mm，警戒值为24 mm，变化速率为1 mm/d。

(2)罐体沉降

沿每个罐体的蓄体基础周边布设8组测点。罐体累计不均匀沉降最大限值为98 mm，警戒值为78 mm，变化速率1 mm/d。

(3)蓄冷水罐倾斜

以每组罐体差异沉降值与罐体基础直径的比值为罐体的倾斜率。罐体倾斜监测最大限值为0.29%。

3.2 蓄冷水罐范围内基坑监测技术方案

基坑内的监测点位置及设置方法参考相关基坑监测规范，在此不做详述。

(1)监测仪器设备

蓄冷水罐范围内基坑监测仪器设备如表1所示。

表1 监测仪器设备

(2)监测项目

蓄冷水罐范围内基坑监测项目及其对应的警戒值和最大限制如表2所示。

表2 蓄冷水罐范围内基坑监测项目

3.3 开挖控制措施

基坑采用明挖法施工，围护结构达到设计强度方可进行开挖。开挖过程中坚持分层、分块、对称、限时开挖及随挖随撑的原则。

(1)据基坑周边环境允许的变形限度来控制土方开挖和支撑架设速度。

(2)为尽可能减少开挖过程对土体的扰动以及无支撑状态下围护结构暴露时间，严格执行基坑开挖与支撑架设采用分层、分步、对称、平衡、随挖随支的施工方案，严格遵循“竖向分层、纵向分区分块、随挖随支”的施工原则。

(3)分层开挖深度以各道支撑竖向间距为依据，分块长度根据土方开挖能力及支撑安装速度确定。

3.4 分级管控理念

由于蓄冷水罐为敏感建筑，为保证其安全，对蓄冷水罐的沉降及倾斜由低到高分三级管理。第一级管理:在施工过程中蓄冷水罐变形在控制总量的70%以下，但出现管路和接头损坏情况，做出一级预警，启动动态调整并加强监测频率。第二级管理:沉降及倾斜变形继续发生，但变形总量仍在变形总量的70%以下，但出现了蓄冷水罐设备供冷功效异常或失效，增加监测频率并加强空间系统支护，严控基坑变形在允许范围之内。第三级管理:沉降及倾斜继续发生，达到控制总量的90%，可能危及罐体结构安全，立即停止施工，采取加固和应急措施。

3.5 动态调整理念

施工监测过程中，按照规范要求收集整理各种监测数据，对各项监测资料及时进行科学计算、分析和对比，各监测项目的监测值不能超过设计基准值。除此之外，还应保障信息化施工，及时发现异常情况并预警，预测基坑及结构的稳定性和安全性，提出工序施工的调整意见及安全措施。

本工程基于实际情况，采用自主研发的«一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法»(ZL 2018 1 0997658.2)专利技术，针对基坑在施工过程中变形进行自适应调整，严格控制变形在限值范围内，保证了基坑及周围建筑的安全。

4 监测结果及分析

4.1 监控分析的关键点

(1)首先分析基准点的稳定性，在确保基准点起算数据可靠性的前提下，进行罐体监测数据分析。

(2)通过本次测量高程与上次测量高程的差值计算出本次变化值，从各测点找出本次最大变化值与测量误差的最大值进行比较，当本次最大变化值小于测量误差限值时，可认为该观测点为没有变形或变形不明显。

(3)通过各期累计变化量的分析，判断蓄冷水罐沉降、倾斜发展趋势。

4.2 蓄冷水罐沉降监测结果及分析

施工监测从2016年7月2日至2017年7月16日，第三方从2017年7月21日开始监测蓄冷水罐沉降，具体监测情况如图4所示。

图4 蓄冷水罐沉降变化曲线

由图4可知，1＃蓄冷水罐累计沉降最大点号为CJ11，累计最大沉降量为18.7 mm；2＃蓄冷水罐累计沉降最大点号为CJ19，累计最大沉降量为26.1 mm；3＃蓄冷水罐累计沉降最大点号为CJ29，累计最大沉降量为39.2 mm；4＃蓄冷水罐累计沉降最大点号为CJ35，累计最大沉降量为44.9 mm。蓄冷水罐在基坑开挖期间的累计最大沉降量为44.9 mm，小于蓄冷水罐累计不均匀沉降量警戒值78 mm。蓄冷水罐产生的不均匀沉降值为44 mm，最大倾斜率为0.169%，小于最大限值0.29%。最大月变化沉降量为5.1 mm，日均沉降量为0.17 mm，小于规定的变化速率1 mm/d。由此可见，基坑开挖期间可以保证蓄冷水罐的安全。

4.3 蓄冷水罐周边地表沉降监测及分析

由图5可知，蓄冷水罐周边地表累计最大沉降量为7.1 mm，小于地表沉降监测警戒值24 mm。计算得出蓄冷水罐周围地表沉降月变化情况，最大月变化沉降量为4.9 mm，日均沉降量为0.16 mm，小于规定的变化速率1 mm/d。

图5 蓄冷水罐周围地表沉降(累计变量)变化曲线

4.4 地连墙沉降监测及分析

地连墙变形与基坑本身安全相关性较强，通过分析地连墙沉降情况来评估基坑安全性。基坑开挖期间地连墙沉降日变化情况如图6所示。

图6 地连墙沉降变化曲线

由图6可知，在开挖期间地连墙沉降日变化量在“0”附近小幅度波动，最大日变化量基本未超过1 mm，小于警戒值要求(2 mm/d)。通过累加日变化量可知，WW51测点累计沉降最大为2.66 mm，也小于警戒值要求(20 mm)。综上，基坑在开挖期间处于安全状态。

5 结束语

(1)为保证施工安全，编写了针对本工程实际概况且符合规范要求的监测技术方案，对基坑周边敏感建筑蓄冷水罐的变形和蓄冷水罐范围内基坑力学指标进行跟踪监测；研发的«一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法»(ZL 2018 1 0997658.2)实现了支撑内力的动态调整，有效控制了基坑变形，确保了基坑及邻近重要建筑物的安全。

(2)为保证敏感建筑蓄冷水罐安全，对蓄冷水罐的沉降及倾斜由低到高分三级管理。为减少施工的盲目性，及时发现施工过程中的异常情况并预警，根据监测分析结果提出工序施工的调整意见及应采取的安全措施，保证整个工程安全、可靠推进。

(3)蓄冷水罐在开挖期间的累计最大沉降量为44.9 mm，小于蓄冷水罐累计不均匀沉降量警戒值78 mm；蓄冷水罐最大倾斜为0.169%，小于规定的最大限值0.29%。最大月变化沉降量为5.1 mm，日均沉降量为0.17 mm，小于规定的变化速率1 mm/d。蓄冷水罐周边地表累计最大沉降量为7.1 mm，小于地表沉降监测警戒值24 mm；最大月变化沉降量为4.9 mm，日均沉降量为0.16 mm，小于限值1 mm/d。地连墙最大日变化量不超过1 mm/d，小于警戒值要求2 mm/d。