余立志

(1.長沙理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，湖南長沙 410000;2.廣東省長大公路工程有限公司，廣東廣州 511430)

0 引言

為保證連續(xù)墻施工及錨碇基坑開挖過程的安全有序進行，根據(jù)設(shè)計文件提出的監(jiān)測要求，在地連墻開挖和錨碇施工期間需要對連續(xù)墻及其附屬結(jié)構(gòu)的重要部位進行安全警告監(jiān)測，監(jiān)控地連墻在施工過程中由于車輛、土壓力、水壓力等各種因素產(chǎn)生的變化進行觀測，做好信息化施工，為工程順利實施提供有利條件，達到安全施工的目的。

1 工程概況

東錨碇底面最低點高程+78.304 m，進入弱風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖約5.8 m，原地面標高約為 +99.5 m，最大開挖深度約21.2 m。開挖深度內(nèi)存在較厚的卵石層(最大約10 m)，為透水層，且與贛江河床相連通，綜合東錨碇范圍內(nèi)地質(zhì)和水文資料，為了施工的方便性和安全性，決定采用地下連續(xù)墻作為支護結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻采用圓形結(jié)構(gòu)，外徑60.6 m，內(nèi)徑58.6 m，墻厚1 m，頂面標高為+99.5 m，液壓抓斗和沖擊鉆機作為主要成槽機械，采用“鉆抓法”成槽。

2 監(jiān)控網(wǎng)建立

2.1 獨立相對坐標系統(tǒng)的建立

贛州大橋前進方向為正東方向偏19°31'48″，為便于現(xiàn)場觀測過程中更好地計算地連墻變形數(shù)值和方向，確?，F(xiàn)場能夠直接提供測量觀測數(shù)據(jù)結(jié)果，達到高效率高質(zhì)量的觀測要求，需對地連墻觀測建立獨立相對坐標系。鑒于主橋主塔建立了相對坐標系，且J4，J5點在主塔相對坐標系里，故直接采用主橋已建立獨立坐標系，以大橋前進方向為正北，以K1+000為原點建立獨立坐標系統(tǒng)。

2.2 控制網(wǎng)點布置

大橋東岸地連墻施工所用點主要為J4，J5，現(xiàn)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境因素考慮觀測方便和滿足施工觀測要求，在排澇站旁邊路邊增加Z1點，以滿足觀測需要。對于地連墻墻體觀測點布設(shè)，采用地連墻帽梁上埋設(shè)好觀測點，在觀測地連墻位移變化時需要除去觀測點本身的位移增量。東岸地連墻觀測控制網(wǎng)布設(shè)點位如圖1所示。

2.3 監(jiān)測頻率與預(yù)警控制

監(jiān)測工作貫穿整個地連墻的施工，根據(jù)監(jiān)測內(nèi)容的不同，制定相應(yīng)監(jiān)測頻率:1)在測點設(shè)置完成后測量基準值;2)在開挖每層基坑前與開挖后各測量一次;3)基坑開挖完后三日內(nèi)每天測量一次;4)在錨碇基礎(chǔ)施工過程中每3天測量一次;5)在贛江水位突漲期間加強觀測，水位較高期間加強觀測;6)下雨等惡劣天氣可能對基坑安全產(chǎn)生影響時也應(yīng)及時觀測。

在監(jiān)測過程中，如發(fā)生數(shù)據(jù)變化超過規(guī)定的相應(yīng)預(yù)警值，應(yīng)立即進行預(yù)警方案，分析其原因，并采取有效措施控制。監(jiān)測預(yù)警值見表1。

圖1 監(jiān)控控制網(wǎng)及帽梁監(jiān)測觀測點布局圖

表1 地下連續(xù)墻監(jiān)測內(nèi)容預(yù)警值

3 施工監(jiān)測方案

3.1 帽梁的監(jiān)測

帽梁的豎向和水平位移的監(jiān)測可以有效地反映地連墻整體的沉降和變形，為此，需在帽梁表面設(shè)置測量觀測點對帽梁的豎向和水平位移進行監(jiān)測。

1)測點設(shè)置。為觀測帽梁整體位移均值和局部位移值，在帽梁澆筑過程中在路線軸線和夾45°角處埋設(shè)強制對中螺絲。觀測點布置如圖1所示。2)觀測方法。對帽梁位移監(jiān)控測量方法采用坐標測量，直接測量出觀測點位坐標X數(shù)值為路線前進方向，Y數(shù)值為路線橫軸向。高程監(jiān)測采用四等水準測量。為保證測量數(shù)值的準確性和觀測精度，觀測過程中必須保證后視對中的準確性。

3.2 地連墻的水平位移和測斜

地連墻的水平變位是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過測斜來計算地連墻的水平變位。

1)測點布置。連續(xù)墻施工時在墻體鋼筋籠內(nèi)埋設(shè)測斜管，采用美國Geokon-603測斜儀測試測斜管各深度位置的傾角，然后根據(jù)傾角變化量計算連續(xù)墻墻身水平變位。測試原理如圖2所示。

圖2 斜測原理與測斜管布置圖

由于墻底深入基巖，故可認為墻底是一個穩(wěn)定不動點。設(shè)墻底測點編號為1，沿高度方向依次增加。測斜管第i個測點的傾角變化量為 θi，第 i段的傾角為，則第i段產(chǎn)生的水平位移Δi為:

Δi=Li×sinα。

第i個測點(i＞1)位置處的水平位移Xi為:

測斜管管徑為70 mm，長度略大于墻深。測斜管內(nèi)壁有2組互成90°的縱向?qū)Р?，?dǎo)槽控制了測試方位。測斜埋設(shè)時，要保證管內(nèi)壁一組導(dǎo)槽垂直于墻體，另一組平行于基坑墻體。且在測斜管長度方向與連續(xù)墻深度方向基本平行，不允許出現(xiàn)明顯彎曲。測斜管一般露出地面100 mm～200 mm左右，埋設(shè)后應(yīng)在其周圍設(shè)置明顯標志，并用磚及水泥做一個方形保護臺。地連墻內(nèi)共埋設(shè)四組測斜管，均勻分布在連續(xù)墻圓周上，長度同墻深，具體布置如圖2所示。

2)測試方法。測量以孔底為基準點，從下往上每間距0.5 m測一個點，不得漏測。測試時，測斜儀探頭沿導(dǎo)槽緩緩沉至孔底，穩(wěn)定一段時間后，自下而上以0.5 m為間隔，逐段測試傾角并采用底部推算法計算各測點的水平位移。

3.3 地連墻應(yīng)力監(jiān)測

地連墻的水平變位是指墻身每一豎向截面上不同深度的變形，通過測斜來計算地連墻的水平變位。

與方形地連墻相比，本項目的圓形地連墻具有明顯的拱效應(yīng)來抵抗一部分墻體由于豎向彎矩產(chǎn)生的變形，可明顯提高連續(xù)墻的豎向抗彎剛度。但由于拱效應(yīng)會在連續(xù)墻內(nèi)產(chǎn)生沿連續(xù)墻周向的軸力，所以，地連墻的應(yīng)力監(jiān)測應(yīng)包含由豎向彎矩產(chǎn)生的豎向應(yīng)力和由于拱效應(yīng)產(chǎn)生的沿連續(xù)墻周向的環(huán)向應(yīng)力。

1)測點布置。由于連續(xù)墻不同位置承受的地基土壓力不同，所以其不同位置承受的彎矩和軸力也不同，為了有效監(jiān)測連續(xù)墻的受力狀態(tài)，沿地連墻周向平均設(shè)置4個測試位置分別監(jiān)測混凝土豎向和環(huán)向應(yīng)力。這四組應(yīng)力測試位置與測斜管的位置一一對應(yīng)，以便于分析連續(xù)墻的受力狀態(tài)，具體測點位置見圖3。

圖3 地連墻應(yīng)力監(jiān)測點布置圖(單位：cm）

在每個測點位置上，沿連續(xù)墻高度方向選取9個截面進行連續(xù)墻應(yīng)力監(jiān)測，其中包括七個開挖層的各底面處、嵌巖層面以下2 m處和地連墻底端面，具體布置見圖3。

應(yīng)變計綁扎在鋼筋上并安裝牢固，且不能發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，以保證測試質(zhì)量。在應(yīng)變計安裝時，與應(yīng)變計連接的電纜應(yīng)保證一定的蛇形狀，以使其在受到意外拉伸時有充足的長度儲備，保證電纜不被拉斷。應(yīng)變計測試接頭及露出混凝土的電纜應(yīng)合理布置，設(shè)置明顯標志并告知相關(guān)施工人員，保證其在施工過程中不被破壞。

2)測試方法。地連墻的應(yīng)力測試通過振弦式混凝土應(yīng)變計進行:在連續(xù)墻同一截面兩側(cè)分別沿連續(xù)墻豎向布置一個應(yīng)變計，用以測試該位置處由豎向彎矩產(chǎn)生的豎向拉應(yīng)變和壓應(yīng)變;在連續(xù)墻周向布置一個應(yīng)變計，用以測試該位置處的環(huán)向應(yīng)變，通過混凝土的試驗彈性模量計算混凝土應(yīng)力。

應(yīng)變計及測試儀應(yīng)具備溫測功能以考慮溫度對混凝土應(yīng)變的影響，以便更加精確的測量混凝土應(yīng)力，因此每次測量應(yīng)變時應(yīng)同時測量溫度。測試混凝土應(yīng)變應(yīng)該在測試儀顯示應(yīng)變值穩(wěn)定后才能讀數(shù)，如果在讀數(shù)過程中應(yīng)變值變化大于3個微應(yīng)變則應(yīng)重新讀數(shù)。測試儀應(yīng)具備數(shù)據(jù)存儲功能，并在每次讀數(shù)時存儲數(shù)據(jù)，但測試記錄應(yīng)以手工記錄為主。

3.4 地連墻外側(cè)水壓力

基坑開挖施工中進行井底降水，降低水壓，保持基坑內(nèi)土體相對干燥，達到便于開挖操作的目的。對孔隙水壓力的變化進行監(jiān)測，可有依據(jù)地控制降水速率，達到施工安全的目的。

同樣，在基坑開挖施工中，由于坑內(nèi)土體卸載，導(dǎo)致墻體內(nèi)外土壓力失衡。對土壓力的變化進行監(jiān)測，可了解基坑周邊土體的狀況，校驗圍護墻體的變形特征，并據(jù)此控制開挖速率、開挖方量及內(nèi)襯澆筑控制時間，達到施工安全的目的。

1)測點布置?？紫端畨毫τ嫼驼裣沂酵恋脑O(shè)置位置相鄰，均在距墻體外圍0.5 m處布設(shè)。振弦式孔隙水壓力計和土壓力盒布設(shè)在同一斷面處，如圖4所示，分4組斷面，每組8個測點，沿高度方向均勻布置，土壓力傳感器與孔隙水壓力計相鄰并排布置，共計振弦式孔隙水壓力計32件和振弦式土壓力盒32件，用頻率計測量。根據(jù)出廠時標定的頻率—壓力率定值，分別求得孔隙水壓力值和土壓力值。

圖4 地連墻外側(cè)水、土壓力監(jiān)測點布置圖(單位：cm)

2)測試方法。測量水土壓力時分別采用振弦式孔隙水壓力計和振弦式土壓力盒，沿地下連續(xù)墻外圍布置，根據(jù)出廠時標定的頻率—壓力率定值，分別求得孔隙水壓力值和土壓力值。

3.5 其他監(jiān)測方案

在基坑開挖過程中，隨著每個開挖區(qū)逐層往下開挖，由于沒有坑內(nèi)土體與坑外土體受力相平衡，地連墻受到的坑外水土側(cè)壓力隨著開挖深度逐漸增大，并對墻體產(chǎn)生一定量的變形和徑向水平位移，進而坑外土體也隨之發(fā)生一定量的變形和位移。為了準確地計算墻外水土側(cè)壓力，需要準確地監(jiān)測坑外土體水平位移和沉降。

此外，根據(jù)拱效應(yīng)，為抵抗坑外側(cè)土壓力，除了地連墻墻體本身承受大部分軸力外，作為附屬結(jié)構(gòu)，圍囹和內(nèi)襯也受到一部分軸力，提高了連續(xù)墻的剛度和整體性，故圍囹和內(nèi)襯的應(yīng)力和軸力也是監(jiān)測的重要內(nèi)容。

4 結(jié)語

贛州大橋東錨碇地下連續(xù)墻在施工過程中通過以上幾項監(jiān)控方案，有效的對連續(xù)墻構(gòu)造物各項數(shù)據(jù)進行預(yù)警與控制，保證了施工的安全性，并為后來地下連續(xù)墻施工監(jiān)控提供了借鑒。

[1] 交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊橋涵手冊[M].北京:人民交通出版社，1999.

[2] JTJ 041-2000，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 曾紹炳.地下連續(xù)墻施工變形監(jiān)測與結(jié)果分析[J].桂林工學(xué)院學(xué)報，2009(4):37-38.