郭 俊 劉佳杰

(北京市政路橋股份有限公司 北京 100045)

引言

目前，關于深基坑監(jiān)測技術的討論研究已有一些成果。馬玉龍[1]討論了深基坑監(jiān)測技術方案時，在滿足監(jiān)測要求的前提下，確保監(jiān)測平面布置簡單，布設層次少，有利于監(jiān)測技術方案的執(zhí)行；胡燕平[2]及劉浩然等[3]將監(jiān)測重點放在了深基坑周圍建筑及地下管線，確保深基坑施工過程中，周圍建筑物及地下管線的安全性；劉志剛[4]在上海軌道交通地鐵站深基坑監(jiān)測分析中，通過數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)基坑無支撐狀態(tài)暴露時間越長，基坑壁的變形越大；王杰光等[5]在對杭州地鐵青年路車站深基坑研究時發(fā)現(xiàn)深基坑開挖對地表沉降有較大的影響，應及時架設基坑內(nèi)橫支撐；李芒原等[6]通過BIM技術模擬深基坑開挖，研究復雜深基坑的監(jiān)測。對于在既有橋跨結構下深基坑的監(jiān)測技術研究并不多，因此本文以北京新機場地下綜合管廊項目為例，討論在既有橋跨結構下深基坑的監(jiān)測技術。

1 概況

北京新機場連接線包含新機場高速、新機場軌道交通、新機場地下綜合管廊等。在滿足各項結構設計要求的前提下，部分段落采用共構結構進行設計施工，形成上為高速公路，中為軌道交通，下為市政道路及地下為綜合管廊的立體交通(圖1)，共構段全線長約8km。共構段設計可以節(jié)省大量空間和土地資源，將不同功能的運輸系統(tǒng)(公路、軌道、市政道路、地下管線等)疊加在一起，充分利用了地上及地下空間，減少了對農(nóng)田林地的占用，降低了對環(huán)境的影響。

圖1 新機場共構段及綜合管廊深基坑斷面示意圖

在規(guī)劃和實施過程中，新機場高速及新機場軌道交通先于綜合管廊，導致了綜合管廊進場施工時，新機場線共構段下部結構已經(jīng)基本完成，同時綜合管廊采用明開基坑方案進行施工，因此綜合管廊施工時，需要在共構段下部結構兩承臺之間進行基坑開挖，基坑開挖平均深度約6.5m，屬于深基坑開挖。綜合管廊深基坑開挖會導致共構段下部結構承臺及樁基外露(圖1)，改變了承臺及樁基受力狀態(tài)，特別是摩擦樁的摩阻力受到了較大的影響，嚴重影響共構段下部結構的穩(wěn)定性及安全性[7]?，F(xiàn)場處理辦法是對外露樁基下一定范圍內(nèi)的土體進行注漿加固加密，提高注漿范圍內(nèi)樁基的摩阻力，確保共構段下部結構的穩(wěn)定性。綜合管廊深基坑邊坡采用錨桿土釘墻防護措施。

由于綜合管廊深基坑位于共構段下，基坑開挖后，整體結構復雜，又由于項目所在土層為砂性土，工程穩(wěn)定性差，因此在施工過程當中，有效的監(jiān)控尤為重要，可以為施工安全提供準確依據(jù)[8]，確保綜合管廊施工正常進行。

2 監(jiān)測點種類及現(xiàn)場設施設備

根據(jù)現(xiàn)場情況，采用分段布置監(jiān)測點及基準點。每120m為一個監(jiān)測段進行監(jiān)測點及基準點布置。為了確保監(jiān)測的穩(wěn)定性和準確性，基準點采用混凝土基柱形式(圖2)設置，這樣有利于基準點通視，使基準點醒目，便于識別，不易被破壞?；鶞庶c坐標及標高應根據(jù)設計單位提供的導線點確定。基準點主要用于測量監(jiān)測點處水平位移和豎向位移(沉降)，在一個監(jiān)測段落內(nèi)，應設置不少于4個基準點，任意兩個基準點應做到通視并覆蓋整個監(jiān)測段落。

圖2 基準點柱基施作圖

在施工過程中，主要監(jiān)測對象是共構段下部結構承臺穩(wěn)定性，承臺外一定范圍內(nèi)土體穩(wěn)定性，綜合管廊深基坑邊坡穩(wěn)定性，基坑外一定范圍內(nèi)土體穩(wěn)定性及地下水位。根據(jù)現(xiàn)場情況和監(jiān)測要求，現(xiàn)場布置監(jiān)測點，監(jiān)測點主要包括：水平位移監(jiān)測點及豎向位移(沉降)監(jiān)測點。為了確保在綜合管廊從基坑開挖到回填整個施工過程中的監(jiān)測，監(jiān)測點應該堅固可靠，不易被破壞，便于識別，應有必要的保護措施，監(jiān)測點施作詳見圖3，根據(jù)具體的監(jiān)測目的，在外露的鋼筋頭上安裝相應的設備或裝置(單棱鏡底座或電子條形碼水準標尺基礎)。在承臺及下墩柱上設置監(jiān)測點時，應考慮成品保護。

圖3 監(jiān)測點施作結構圖

由于監(jiān)測精度要求較高，在一個監(jiān)測段內(nèi)中間部分，基坑兩側(cè)各設置一個監(jiān)測儀器柱基(圖4)，在采集監(jiān)測數(shù)據(jù)時，起到監(jiān)測儀器支架作用。首先儀器柱基穩(wěn)定性好，且位置固定，每次監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進行算前原始數(shù)據(jù)對比，監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差穩(wěn)定性強，監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定且可以有效減少監(jiān)測數(shù)據(jù)錯誤；另外儀器柱基在砌筑時，可以事先調(diào)平，可以免去監(jiān)測階段，架設調(diào)平支架工作，提高工作效率。儀器柱基不使用時，應用塑料保護套保護。

圖4 監(jiān)測儀器柱基施作圖

所有已布監(jiān)測點、基準點及儀器柱基均應設置明顯的標識標牌，標明編號、用途、設置時間等信息；采取必要措施保護，確保監(jiān)測過程中監(jiān)測點、基準點及儀器柱基的完整性及可用性；定期檢查監(jiān)測點、基準點及儀器柱基，發(fā)現(xiàn)破損且不影響使用的，應及時修補，發(fā)現(xiàn)破損且不能使用的，應及時聯(lián)系第三方監(jiān)測單位、業(yè)主單位及監(jiān)理單位，共同確定處理方案。

水平位移監(jiān)測所用儀器為拓普康GTS-332N電子全站儀，根據(jù)現(xiàn)場情況采用坐標相對距離法進行監(jiān)測，按照二級位移觀測精度進行觀測[9]。豎向位移(沉降)監(jiān)測采用天寶DiNi03電子精密水準儀，配合 LD12電子條碼水準標尺，豎向位移(沉降)監(jiān)測等級為二等[9]。施工單位及第三方監(jiān)測單位應各自使用不同的符合要求的監(jiān)測儀器。

監(jiān)測人員應具備相應的測量技術，在項目監(jiān)測前期應熟悉監(jiān)測方案及監(jiān)測設備。在監(jiān)測過程中，應固定監(jiān)測人員、監(jiān)測設備、監(jiān)測方法和監(jiān)測時間，以保證數(shù)據(jù)成果的系統(tǒng)性、可靠性、精確性及穩(wěn)定性[10]。

3 監(jiān)測點布置

根據(jù)綜合管廊基坑開挖經(jīng)過的段落，監(jiān)測點布置分為兩個方案，承臺段監(jiān)測點布置及非承臺段監(jiān)測點布置。根據(jù)現(xiàn)場基坑變化及基坑變化可能對共構段下部結構穩(wěn)定性的影響，確定承臺段及非承臺段需要監(jiān)測的位置及內(nèi)容，承臺段及非承臺段監(jiān)測點種類詳見表1。

表1 承臺段及非承臺段監(jiān)測點種類

監(jiān)測點總體平面布置詳見圖5。承臺段及非承臺段監(jiān)測點均布在相應段落的中線上。地下水位監(jiān)測管僅布置在非承臺段?；鶞庶c要根據(jù)實際情況布置，確?；鶞庶c之間相互通視，如遇到地形復雜或施工場地狹小的監(jiān)測段，可以根據(jù)實際情況增加基準點。監(jiān)測儀器柱基應設在兩承臺(順橋方向)之間中間位置且不能影響監(jiān)測點布置。應確保布置的監(jiān)測儀器柱基可以測量監(jiān)測段內(nèi)所有監(jiān)測點，可以根據(jù)實際情況增加監(jiān)測儀器柱基。

圖5 承臺段及非承臺段監(jiān)測點總體平面布置

圖6和圖7為承臺段就非承臺段監(jiān)測點布置立面圖。布置在坡頂處的監(jiān)測點應距坡頂邊緣不少于0.2m。承臺上監(jiān)測點布置時，采用在承臺上澆筑混凝土臺安裝監(jiān)測點；在下墩柱上采用粘貼的方式安裝紙質(zhì)電子條碼尺并塑封保護，避免對外露承臺及下墩柱造成外觀破壞。

圖6 承臺段監(jiān)測點布置立面圖

圖7 非承臺段監(jiān)測點布置立面圖

對于基坑兩側(cè)8m范圍內(nèi)的地下管線，采用測量地表沉降的間接方法進行監(jiān)測。監(jiān)測點應順著地下管線，布置在地下管線的正上方(監(jiān)測點結構見圖3)，對于剛性管線，監(jiān)測點應布置在管線節(jié)點、豎井等易破損處。

4 監(jiān)測過程

在監(jiān)測工作開始前，監(jiān)測儀器和現(xiàn)場工具設施必須提前準備且校驗合格，并根據(jù)工期進展適時增加或減少。監(jiān)測過程詳見圖8。在基坑開挖前，必須完成監(jiān)測點布置且驗收合格。監(jiān)測點的布置，數(shù)量和質(zhì)量均應符合使用要求，應能反映工程實際狀態(tài)。在監(jiān)測點布置施工過程中，監(jiān)理單位及第三方監(jiān)測單位需要旁站監(jiān)督。

圖8 綜合管廊深基坑及共構段下部結構監(jiān)測流程

驗收合格后的監(jiān)測點需要在基坑開挖前，采集初始值。初始值應在監(jiān)測點布置穩(wěn)定后進行采集，施工單位與第三方監(jiān)測單位應分別采用相同基準點進項采集工作，應連續(xù)獨立觀測3次，取平均值作為各自所采集的初始值。施工單位及第三方監(jiān)測單位所監(jiān)測初始值的平均值作為最終初始值。

自基坑開挖至完成綜合管廊施工回填完成，應按要求進行監(jiān)測。施工單位和第三方監(jiān)測單位采用相同的基準點及檢測儀器柱基分別監(jiān)測，各監(jiān)測點監(jiān)測頻率及控制值見表2，監(jiān)測精度見表3[9]。表2所示監(jiān)測頻率不作為實際監(jiān)測頻率的絕對依據(jù)，應根據(jù)工程進程確定，當變形超過設計要求值或施工現(xiàn)場條件變化較大時，應加密監(jiān)測；當有危險事故征兆時，應進行連續(xù)監(jiān)測。當出現(xiàn)下雨天施工、監(jiān)測點數(shù)據(jù)異常變化、基坑附近有突增的異常荷載等時，監(jiān)測頻率應加大到正常頻率的2倍以上。

表2 各監(jiān)測點監(jiān)測頻率及控制值

表3 各監(jiān)測精度要求

監(jiān)測人員必須準確、真實地記錄監(jiān)測施工數(shù)據(jù)，及時地為施工提供依據(jù)。監(jiān)測頻率應根據(jù)控制值及施工不同階段綜合考慮。定時開展現(xiàn)場巡視工作，確定支護體系的完整性、既有橋跨結構的完整性、基坑周圍地表是否出現(xiàn)嚴重沉降等，及時上報現(xiàn)場情況，并根據(jù)巡視工作調(diào)整監(jiān)測頻率[11]。

監(jiān)測過程中，是以監(jiān)測點的累計變形值和變形速率兩個指標進行控制(雙控指標)，發(fā)布預警的，預警標準見表4。雙控指標結果和現(xiàn)場巡視結果相結合，最終確定預警等級。施工單位監(jiān)測結果達到預警標準時，應及時調(diào)整現(xiàn)場施工，采取有效措施或暫停施工控制雙可控指標的增長，并及時通知第三方監(jiān)測單位、監(jiān)理單位及業(yè)主單位；第三監(jiān)測單位監(jiān)測結果達到預警標準時，應第一時間通知施工單位及監(jiān)理單位及時做好現(xiàn)場防護工作。待預警狀態(tài)解除或現(xiàn)場問題處理完畢后，第三方監(jiān)測單位及施工單位應出具預警報告，總結預警狀態(tài)出現(xiàn)的原因、現(xiàn)場處理措施及經(jīng)驗總結等。未達到預警標準時，應按要求及時發(fā)布監(jiān)測報告。

表4 監(jiān)測預警標準

有效落實監(jiān)測方案是現(xiàn)場監(jiān)測的重點，校驗合格的監(jiān)測儀器及合格的監(jiān)測人員素質(zhì)是監(jiān)測方案落實的必要條件，施工單位及監(jiān)理單位應安排專人監(jiān)督督促現(xiàn)場落實監(jiān)測工作。根據(jù)監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)分析現(xiàn)場基坑及共構段下部結構的穩(wěn)定性，確定基坑開挖速度及開挖方法。

5 總結

有效的監(jiān)測技術方案和及時反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)是判斷深基坑及既有橋跨結構穩(wěn)定性的重要依據(jù)。本文研究討論確定了在既有橋跨結構下，管廊深基坑的監(jiān)測點布置與制作，同時討論了監(jiān)測技術方案執(zhí)行的過程。在實際執(zhí)行過程中，及時、有效地檢驗了深基坑及既有橋跨結構的穩(wěn)定性和安全性。本文僅討論了具體監(jiān)測技術方案，如何根據(jù)檢測數(shù)據(jù)調(diào)整施工進度或施工方案也是確保深基坑及既有橋跨結構穩(wěn)定性的重要研究內(nèi)容，這也是下一階段要討論的問題。