水利工程泵站基坑锚喷支护体系监测技术研究

2022-08-03官志龙

广东水利水电 2022年7期

官志龙

(广东省源天工程有限公司，广州 511340)

1 概述

随着国民经济快速发展，水利工程建设发展迅速，泵站规模朝着大型化精细化发展的趋势较为明显，施工阶段的基坑规模越来越庞杂[1-3]。长期以来，水利工程基坑锚喷支护监测流程均参考建筑工程基坑锚喷支护监测进行没有成套的水利工程构筑物检测系统[4-6]。对于形制简单且场地空旷水利工程构筑物而言，特别是小型水利工程深基坑，借鉴建筑工程基坑支护监测系统进行具有很高的的可行性[7-8]。对于大中型泵站基坑，由于基坑体量较大，采用传统监测系统安全冗余过多，经济性差[9-10]，且没有发挥水利泵站基坑自身所需监测精度与监测便宜性的优势[11-13]。

区别于工业民用建筑与交通工程，水利泵站所处环境决定了基坑监测在保证基坑安全的前提下，周边环境可允许沉降/位移值较为宽松[14-15]。本文基于水利工程泵站基坑特点，对该类型基坑锚喷支护体系监测技术进行梳理总结，给出传统仪器平面测量、水准测量与及碎部测量实用检测方法。

2 试验方案

2.1 工程概况

公平泵站是广东省汕尾市区供水节水改造工程的重要水利工程，该泵站位于公平水库副坝下游，泵站枢纽由挡水水闸、生产生活区等低层建(构)筑物组成。公平泵站施工开挖基坑的坑底高程为6.2～8.3 m，岸顶高程为12.5 m，基坑最长边为15 m，最短边为3 m，最大挖深约6.3 m。基坑一次开挖到底，左右岸坡比为1∶1.5，边坡采用自然放坡(见图1)。基坑支护形式整体采用锚喷支护，喷射混凝土为C25，厚为100 mm，整体喷射支护510 m3，挂Φ8钢筋网26 t，锚杆直径为22 mm，锚杆长度为1 m，共2 315根。

图1 典型开挖坡面示意

在施工过程中，公平泵站的锚喷支护施工与土方开挖交叉进行，施工开挖完成后，锚喷支护体系完全形成。

根据勘探资料揭露(见表1)，公平泵站场地内从上到下分布地层有：第四系人工填土，侵入岩有燕山三期黑云母花岗岩。

表1 泵站基坑土层参数

2.2 监测方案

研究基于公平泵站基坑开挖流程与基坑形制，利用基坑周围视线通透且无需要严格控制沉降与位移的建/构筑物是管线，采用全站仪进行水利泵站监测流程优化监测试验。

本工程基坑监测项目主要对基坑的围护结构、边坡稳定以及施工边线外10 m范围的周边构筑物与其附属管线沉降变形稳定的监测。

整体来看，公平泵站基坑岩土情况良好，基坑为一次性开挖，地下水在基坑开挖完成以后对本基坑影响较为微弱，通过基坑开挖阶段的水位观察井水位变化数据得知，基坑开挖完成后，水位变化即为较小(日均极差小于30 m)，基于此，本次基坑优化监测的试验测点分为3类，分别分布在边坡各部位与周围构筑物，监测项目见表2所示，监测布点如图2所示。

表2 基坑监测内容

图2 基坑监测点示意

本次试验研究基于基坑形成后的长时间不间断监测数据，利用全站仪、水准仪等传统仪器特点与水利泵站基坑形制简单、场地空旷且自身所需监测精度宽松等优点[16-19]，通过较少的监测点进行基坑坑顶位移控制测量，形成的代表性指标为基坑坡顶水平累计位移、坡顶竖向累计位移与周围建筑物沉降累计位移等维护基坑施工安全的基础指标。根据研究所得出相应基础指标数据，形成水利工程泵站基坑锚喷支护体系监测关键性指标控制体系，以保证水利工程泵站基坑影响范围内的周边建(构)筑物、管线的安全稳定。

3 对比分析

研究基于试验方案对基坑进行了300 h的位移连续监测，研究发现，基坑监测在244 h后累计沉降值稳定(见图3)，所增加的累计位移值无工程意义。监测数据中可以明显看出，基坑坡顶竖向累计沉降在6～10 mm，基坑坡顶水平累计位移在16～28 mm，基坑周边建筑物及其附属管道沉降累计为6～8 mm，各监测点位移均在设计与规范的容许范围内。

从图3可以看出，水利工程泵站基坑锚喷支护体系整体性较好，不论对于基坑坑顶位移，还是对周围建筑物的扰动，前期均未出现“陡增现象”，基坑监测中坡顶位移与基坑整体几何特征有较为明显的关联性，在同一基坑临界，监测数据变化波动较小，不同侧基坑边界，基坑监测数据连续。

水利工程由于区位的特殊性，其位于空旷场地的概率比较大，监测导线易于闭合，水准精度提升空间较大，碎部测量通透性较好，利用传统监测手段进行基坑监测可较好完成施工基坑控制。水利泵站基坑锚喷支护体系由于周遭建筑物较少，基坑各项土体土侧压力均匀，在锚杆正常工作期间支护体系整体性较好，监测数据稳定，传统手段基坑监测即可满足保证基坑稳定性需求。

比较各监测点监测数据，不难发现监控各点位移变化趋势具有较强的相关性。从图3中可以看出，在0～64 h时间内，各监测点呈现较为一直的线性增长，其增长率可视为定值；在64～163 h时间内，各监测点也为线性增长，但其增长率均减缓；在163～244 h时间内，各监测点线性增长率减缓至0；在244 h时间后，各监测点所增加的累计沉降位移值较小，基本无工程意义。

图3 基坑监测点累计沉降位移量

通过上述分析可知，水利工程泵站施工期基坑锚喷支护体系监测中平面控制累计位移最大，监测中可主要进行泵站基坑锚喷支护体系平面控制测量。基坑锚喷支护体系竖向沉降、周围建筑沉降与基坑水平累计位移相比整体较小，但高程水准测量与碎部测量可以确保施工期水利工程泵站基坑影响范围内的周边建(构)筑物、管线的安全稳定。

基于0～300 h的检测数据，可以看出水利工程泵站基坑锚喷支护体系可以采用传统量测技术进行监控的，特别是对于形制简单、场地空旷且自身所需监测精度宽松的水利泵站来说，利用传统仪器进行指标性控制以保证基坑的安全性是可行且经济的。当前，工程测量技术正随着工程测量的仪器的改善得到进一步优化提升，对于场地狭小且基坑位移要求较为严格的建筑基坑，基于GPS、北斗等智能检测技术快速发展，其虽然对于基坑监测技术人员整体要求较低，但对于取电困难的水利泵站工程基坑来说，开展此类监测所产生的的附加成本无法忽视，研究针对水利工程实际应用场景与基坑监测需求所进行地传统测量试验，验证了基于传统测量设备，进行多指标化基坑安全监测在水利工程基坑监测中仍能满足实用性要求。

不论是水利工程还是其他类型的土木工程，在施工过程中，全站仪、水准仪等传统工程监测设备的使用是施工环节中不可避免的施工流程，而基于GPS、北斗等智能基坑监测设备是基坑稳定性检测的专用设备，智能基坑监测设备其所需运营时间、仪器数量与相应配套在施工期间将增加施工成本，且由于施工过程环境的复杂性、设备配套所需供电装置的稳定性等综合性影响因素会直接影响水利泵站基坑安全监测的经济性。