丁玉平

1 工程背景

某大型懸索橋錨碇基礎(chǔ)圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地連墻，平面形狀為“∞”形，長82.00 m，寬59.00 m，由兩個(gè)外徑59 m的圓和一道隔墻組成，地連墻壁厚為1.50 m，地連墻頂高程為5.00m，底高程為-35.00 m～-45.00 m，嵌入中風(fēng)化砂巖約3.00 m，總深度40.00 m～50.00 m。分12層進(jìn)行土體開挖，每層開挖3 m，開挖過程中逐圈施工地連墻內(nèi)襯。

2 監(jiān)測(cè)方案

在巖土工程中，由于地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工條件和外界其它因素的復(fù)雜影響，造成目前人們?cè)趲r土工程的認(rèn)識(shí)上還有一定的局限性，針對(duì)具體的工程，很難單純從理論上預(yù)測(cè)工程中可能遇到的情況和問題，所以，在現(xiàn)有理論指導(dǎo)下有計(jì)劃地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程監(jiān)測(cè)十分必要。

該錨碇所處位置巖土條件復(fù)雜、開挖深度大，并且在國內(nèi)首次采用“∞”形的地下連續(xù)墻作為錨碇基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地墻尤其是“Y”形區(qū)域的施工難度大，可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)也不多，故必須在施工組織設(shè)計(jì)中制定、在實(shí)際施工中實(shí)施嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)控制措施，以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)工程在施工、運(yùn)行中的安全，為優(yōu)化設(shè)計(jì)、科學(xué)決策提供準(zhǔn)確和可靠的依據(jù)。

2.1 地連墻深層水平位移監(jiān)測(cè)

在連續(xù)墻施工時(shí)預(yù)先在墻體鋼筋籠內(nèi)埋設(shè)測(cè)斜管，管徑為Φ70 mm，長度同墻深。測(cè)斜管內(nèi)壁有二組互成90°的縱向?qū)Р郏瑢?dǎo)槽控制了測(cè)試方位。埋設(shè)時(shí)，應(yīng)保證讓一組導(dǎo)槽垂直于墻體，另一組平行于基坑墻體。測(cè)試時(shí)，測(cè)斜儀探頭沿導(dǎo)槽緩緩沉至孔底，在恒溫一段時(shí)間后，自下而上以1 m為間隔，逐段測(cè)出X方向上的位移。同時(shí)用光學(xué)儀器測(cè)量管頂位移作為控制值。在基坑開挖前，對(duì)每一測(cè)斜孔分二次測(cè)量各深度點(diǎn)的傾斜值，取其平均值作為原始偏移值。

在帽梁上布設(shè)M1～M15共計(jì)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，點(diǎn)位用一金屬標(biāo)志頭埋設(shè)于帽梁頂部。

測(cè)點(diǎn)布置見圖1所示。

圖1 地連墻變形測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 地下連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測(cè)

在地連墻中布置10個(gè)應(yīng)力測(cè)孔，編號(hào)為GJ01～GJ10，其中GJ09和GJ10布置在中隔墻。結(jié)合該工程特點(diǎn)，考慮每層開挖深度及內(nèi)襯施工順序，北側(cè)基坑測(cè)孔（GJ04～GJ08）在豎向按照6 m/4 m/2 m間距布置8組，南側(cè)基坑測(cè)孔（GJ01～GJ03）對(duì)應(yīng)布置6組，每組在迎土面、迎坑面各設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)；埋設(shè)應(yīng)力計(jì)共計(jì)116只。其中，36 m深度以上（3組）為環(huán)向布置，其余為豎向布置。

中隔墻應(yīng)力測(cè)孔（GJ09和GJ10）豎向按照6 m間距布置5組，頂部一組距地面12 m。每個(gè)測(cè)試斷面在隔墻南北側(cè)均布置測(cè)點(diǎn)，隔墻應(yīng)力測(cè)點(diǎn)共計(jì)20個(gè)。應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置如圖2所示。特別需要說明的是，對(duì)于中隔墻主要關(guān)注其水平方向應(yīng)力，對(duì)其他地連墻在30 m深度以上也重點(diǎn)關(guān)注環(huán)向水平應(yīng)力，30 m深度以下考慮嵌巖作用，重點(diǎn)關(guān)注其豎向受力變化。圖3為應(yīng)力測(cè)孔剖面圖。

圖2 地連墻應(yīng)力測(cè)孔布置圖

圖3 地連墻應(yīng)力測(cè)孔剖面圖

3 地連墻變形監(jiān)測(cè)成果及分析

表1列出了在第9層和底板澆筑后這兩個(gè)工況的地連墻變形值及深度范圍。圖4給出了變形最大的CX02號(hào)孔開挖過程中的地連墻變形。

表1 地連墻變形統(tǒng)計(jì)值一覽表

從表1的數(shù)據(jù)及圖4的測(cè)斜曲線可以總結(jié)以下變形規(guī)律：

（1）地連墻拱效應(yīng)對(duì)錨碇圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形有較強(qiáng)的抑制作用，在底板澆筑后，墻體最大位移值為12 mm（CX02），其他測(cè)孔位移值均不超過7 mm，最大相對(duì)位移僅為開挖深度的0.03%，遠(yuǎn)小于施工監(jiān)控的警戒值（30 mm）。

圖4 CX02號(hào)孔變形趨勢(shì)圖示

（2）下部基巖的嵌固作用對(duì)地連墻的變形特性影響很大，各孔向坑內(nèi)方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，且CX02～CX5號(hào)測(cè)孔最大變形位置在坑口，這一點(diǎn)與軟土地基中地下連續(xù)墻的變形特征完全不同。北側(cè)基坑的最大變形位置比南側(cè)基坑明顯要低，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是南側(cè)基坑⑦3厚度明顯大于北側(cè)，因而導(dǎo)致南側(cè)的基巖嵌固作用更加明顯。

（3）地連墻的變形主要由土方開挖引起，由于南北側(cè)基坑的土層力學(xué)性質(zhì)和施工時(shí)的開挖進(jìn)程差異，導(dǎo)致南側(cè)和北側(cè)基坑的變形規(guī)律有一定區(qū)別：在前6層開挖中南側(cè)基坑的監(jiān)測(cè)孔CX02～CX04向坑內(nèi)圓心方向有一定變形，變形較大的是CX02孔，而北側(cè)的監(jiān)測(cè)孔CX06～CX08向坑內(nèi)的變形相對(duì)較小或向外側(cè)有較小變形；在第6～12層開挖期間，南側(cè)和北側(cè)基坑均表現(xiàn)為向坑內(nèi)的變形，但是北側(cè)基坑的CX06～CX08孔變形值始終小于南側(cè)的CX02～CX04孔。

4 地連墻受力監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

地下連續(xù)墻應(yīng)力的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置按照上疏下密的原則進(jìn)行，如前所述對(duì)30m深度上下的受力根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和著重點(diǎn)不同，分別關(guān)注了水平環(huán)向受力和豎向受力，考慮到豎向受力的影響和研究需要，特別在接近嵌巖的部分對(duì)應(yīng)力計(jì)的布置進(jìn)行了適度加密。圖5為其應(yīng)力實(shí)測(cè)值曲線圖。

上述測(cè)孔的地連墻應(yīng)力在各深度隨開挖進(jìn)程的變化情況，總結(jié)出圍護(hù)體系總體受力特點(diǎn)如下：

圖5 地連墻應(yīng)力實(shí)測(cè)值曲線圖

（1）地下連續(xù)墻以環(huán)向受力為主，地連墻的環(huán)向應(yīng)力（應(yīng)力計(jì)布置在18 m、24 m和30 m深度）基本處于受壓狀態(tài)，應(yīng)力值在-45 MPa～+6 MPa范圍內(nèi)變化。

（2）中隔墻在圍護(hù)體系中起對(duì)撐作用，應(yīng)力計(jì)均沿對(duì)撐方向水平布置，在開挖過程中，實(shí)測(cè)應(yīng)力值在-45 MPa～-5 MPa范圍內(nèi)變化。

（3）地下連續(xù)墻嵌巖段的豎向應(yīng)力較小，且在開挖過程中沒有出現(xiàn)突變，最大豎向應(yīng)力值不超過10 MPa，遠(yuǎn)小于預(yù)設(shè)的報(bào)警值。

5 結(jié)論

（1）圍護(hù)壁累計(jì)最大變形為12 mm，相對(duì)位移僅為0.03%，與國內(nèi)外同類基坑變形相比非常小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)各控制斷面的應(yīng)力和周邊土體的沉降也小于預(yù)警值，整個(gè)開挖過程中圍護(hù)體系始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)，無異常突變。

（2）圍護(hù)壁的拱效應(yīng)和基巖的嵌固作用有效抑制了墻體變形和最大變形位置的下移，優(yōu)化了墻體受力，各測(cè)斜孔向坑內(nèi)方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，符合嵌巖地連墻的變形規(guī)律。

（3）基坑的變形和受力具有明顯時(shí)間和空間效應(yīng)，縮短施工時(shí)間特別是內(nèi)襯的澆筑時(shí)間可以大大減小基坑變形。