水利工程基坑安全监测与工程实践

2022-05-07林太清章李乐戴国强

水利规划与设计 2022年5期

林太清,章李乐,戴国强

(1.江西省水利科学院，江西南昌 330029；2.南昌市水利规划服务中心，江西南昌 330029)

水利工程主体建筑物施工主要是在围堰工程内施工的，只有少量的建筑物施工是在不需要围堰工程的情况下施工的。由于建筑物的基础需要按设计要求开挖到一定的深度才能满足地基承载力设计指标要求，因此水利工程建筑物基础开挖就会形成一定深度规模的基坑。

基坑的安全不仅关乎主体建筑物的施工安全，也影响周边环境的安全甚至更为关键。在基坑施工过程中，只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的建筑物进行系统、全面监测，并将信息及时反馈给有关单位，判断支护结构及周边环境安全状态，才能确保工程施工的顺利进行[1]。

与其他行业相比，水利工程基坑在安全监测上缺少统一指导依据。而在基坑工程施工过程中，对基坑地下水和围护结构等进行系统、全面监测，能及时掌握围护结构和周边环境安全状态，确保工程施工的顺利进行。本文在分析水利基坑监测现状基础上，以九江市沙阎路闸桥工程基坑监测为例，对水利工程基坑安全监测控制要点进行总结，为水利工程基坑监测提供经验和借鉴。

1 基坑监测现状

1.1 不同行业基坑监测的差异分析

目前基坑监测，主要依据建筑行业的GB 50497—2019《建筑工程基坑监测技术规范》[2]进行。规范从监测项目、监测点布置、监测方法及精度、监测频率、监测报警、数据处理与信息反馈等对基坑监测的全过程进行了全面系统指导。部分行业根据自身基坑工程的特点制定了适用自身行业的规程规范。

(1)公路行业基坑

根据GB 50982—2014《建筑与桥梁结构监测技术规范》[3]，桥梁基坑工程应依据GB 50497—2019实施监测。

(2)城铁行业基坑

根据GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》[4]实施监测。

(3)水电行业基坑

根据DL/T 5308—2013《水电水利工程施工安全监测技术规范》[5]，规范中并未明确基坑监测内容，但要求监测应符合国家标准，即水利水电基坑工程应依据GB 50497—2019实施监测。

1.2 不同地区建筑基坑监测的差异分析

在我国主要有山东、上海、北京等地较早有基坑监测的相关规范规程颁布施行。

最早在2003年山东省建设厅颁布DBJ 13—022—2003《基坑建筑项目监测技术规程》[6]。规范为基坑工程的监测提供了强有力的技术支持，从而保证了基坑的安全施工。山东规范提出了对工程中出现的超过规范应用范围的重大技术难题、新成果的合理推广应用以及严重事故的处理。

上海市建设和交通委员会2006年颁布了DG/TJ 08—2001—2006《基坑工程施工监测规程》[7]，并于2016年重新修订，主要新增了自动化监测的相关内容[8]。

与上海市类似，为了对建筑基坑及周围地区进行监测，北京市建设委员会2007年也出台了基坑监测技术规程DB 11/489—2007《建筑基坑支护技术规程》[9]。北京地标在一些特殊环境内，如冻土、膨胀土和腐蚀性地层等方面的开挖基坑的监测提出了相应的措施。

1.3 水利行业基坑监测现状

水利行业基坑监测起步相对较晚，在具体的监测实施上，除大型工程实施了监测外，其他工程项目基本未进行施工期的监测工作，而且多数水利工程基坑监测，主要以专项监测为主，如针对围堰[10-15]或者开挖边坡[16-17]进行单独的专项监测，缺乏对基坑的全面系统的监测；监测技术规范方面，现阶段水利行业基坑监测主要参照建筑基坑和大坝监测进行，其中对土石围堰主要参照大坝监测进行[10-13]，钢板桩或混凝土桩围堰等以及开挖基坑主要参照建筑基坑进行监测[18]。目前仅有DL/T 5308—2013一部规范对水利工程施工监测工作进行指导，且对基坑工程涉及相对较少。鉴于水利工程基坑的特殊性和复杂性的特点，为进一步规范水利工程中基坑监测，亟需制定相应的技术规范指导水利工程基坑进行全面系统的监测工作。

2 水利工程基坑监测

2.1 水利工程基坑的基本特征

传统的水利工程如拦河坝、防洪堤的修建，主体建筑物的施工多在以土石围堰或开挖边坡形成的基坑内进行，基坑的安全主要以单一的围堰或边坡监测为主进行控制。

近年来，以城镇防洪为主的滨湖临河的闸坝、泵站等的建设，受周边需要保护的建筑、居民等环境的影响，以钢板桩等新型围堰形成的基坑越来越多地应用到水利工程中，基坑的监测必然需要更为系统地进行。

区别于其他土建工程的基坑，水利工程基坑总结起来主要有以下几个特征：①以临水为主要特征，基坑安全受外河湖水荷载的影响较大。②除开挖外，围堰及开挖山体边坡也是形成基坑的主要方式。③汛期基坑的安全问题特别突出，部分基坑甚至有过水的需要。④基坑的形状多数不规整，或不封闭。

2.2 水利工程基坑监测的必要性

SL 721—2015《水利水电工程施工安全管理导则》[19]第7.3.1条规定，施工单位应在施工前，对达到一定规模(开挖深度达到3m(含)～5m或虽未超过3m但地质条件和周边环境复杂的基坑(槽)支护、降水工程；开挖深度达到3m(含)～5m的基坑(槽)的土方和石方开挖工程)的危险性较大的单项工程应编制专项施工方案；对于超过一定规模(开挖深度超过5m(含)的基坑(槽)的土方开挖支护、降水工程；开挖深度虽未超过5m但地质条件、周围环境和地下管线复杂、或影响毗邻建筑(构筑)物安全的基坑(槽)的土方开挖、支护、降水工程)的危险性较大的单项工程，施工单位应组织专家对专项施工方案进行审查论证。

SL 721—2015第7.3.2条规定的专项施工方案应包括内容中的第5项有“监测监控”等施工安全保证措施要求。第11.3.1条2款规定，开挖深度超过3m(含)的深基坑作业和开挖深度虽未超过3m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂、或影响毗邻建筑(构筑)物安全的深基坑作业的深基坑工程属于重大危险源；第11.3.1条10款规定，围堰工程属于其他重大危险源。

《水利工程生产安全重大事故隐患判定标准(试行)》(水安监〔2017〕344号)第3.1条规定：围堰工程未开展监测监控，工况发生变化时未及时采取措施；深基坑(槽)未按要求(规定)监测的直接判定为水利工程建设项目生产安全重大事故隐患。《水利水电工程施工危险源辨识与风险评价导则(试行)》(办监督函〔2018〕1693号)附件2水利水电工程施工重大危险源清单(指南)规定：开挖深度超过5m(含)的深基坑作业，或开挖深度虽未超过5m，但地质条件、周围环境和地下管线复杂，或影响毗邻建筑(构筑)物安全的“深基坑作业”和“围堰工程”属于直接判定的“设施场所类”重大危险源。

综上，水利工程中基坑安全是工程施工过程安全管理、隐患判定、危险源识别十分重要的一项内容。为确保水利工程主体建筑物施工安全顺利进行，根据水利工程的特点有针对性、系统性的对水利工程基坑进行安全监测是非常必要的。

3 水利基坑监测案例

3.1 工程概况

沙阎路闸桥工程位于九江赛城湖和八里湖的隔堤上，工程主要目的为实现八里湖和赛城湖连通。水闸设计2孔闸室，单孔净宽25mm，上部设置交通桥与两侧隔堤道路连接。

为营造干燥施工场地，在2湖侧分别采用围堰形成基坑。2湖侧围堰均采用双排预制混凝土方桩围堰，围堰堰宽8m，2排方桩之间设置钢拉杆进行固定，方桩围堰迎水侧设置竹排及复合土工膜，背水侧设置竹排及反滤土工布，堰室内填黏土。此外迎水侧设置宽3m护脚，基坑侧设置5m填土护道。围堰上部迎水侧设置袋装土子堰。

3.2 监测项目及测点布置

为确保闸桥主体建筑物施工安全进行，对基坑围护结构水平和竖向位移、基坑地下水位和2湖水位、周边建筑物及主体建筑物进行了监测，基坑监测平面布置如图1所示。

图1 监测平面布置图

(1)水平位移监测

围堰水平位移采用高精度全站仪进行监测，测点主要包括基坑围堰的桩顶水平位移监测点。监测点沿围堰和基坑周边布设，布设间距为40m和30m，共布设40个水平位移监测点(其中围堰周边共布置18个水平位移监测点，基坑周边共布置22个水平位移监测点)，测点包含了围堰的阳角、转角及围堰中部等关键部位。

基坑边坡水平位移采用测斜管监测，在基坑开挖较深的边坡顶部附近布置11套测斜管，测斜管钻孔深度深入基坑底高程1/2开挖深度左右。采用滑动式测斜仪按照每0.5m从底部逐步观测的方法，计算边坡不同深度的水平位移。

(2)竖向位移监测

竖向位移采用精密水准测量法监测，监测点包括基坑围堰监测点和周边建筑物监测点。监测点沿围堰和基坑周边布设，布设间距为40m和30m，共布设40个竖向位移监测点(其中围堰周边共布置18个竖向位移监测点，基坑周边共布置22个竖向位移监测点)，测点包含了围堰的阳角、转角及围堰中部等关键部位；周边建筑物(即水产大楼)布置8个竖向位移监测点。

(3)基坑地下水位及两湖水位监测

为监测围堰渗水状况，分别对基坑地下水位和2湖水位进行监测。基坑地下水位采用测压管监测，测压管布置在基坑四周边坡布置11个测点。测压管安装深度与基坑开挖深度基本一致。2湖水位采用水位尺进行监测。

(4)主体建筑物的监测

考虑经开开挖、地下水位及基坑进水后主体建筑物的安全，在主体建筑物布置了20个监测点对建筑物的水平位移和竖向位移进行了监测。

(5)巡视检查

基坑巡视检查内容主要包括：支护结构有无塌陷、裂缝和滑坡，有无涌土、管涌；施工场地地表水、地下水排放状况是否正常，基坑降水设施是否运转正常；基坑周边道路(地面)及建筑物有无裂缝、沉陷；监测设施的完好情况。