寧連冰,蔣登平,崔文樂

(中國水利水電第五工程局有限公司,成都 610021)

城市內(nèi)澇問題一直是困擾大多數(shù)城市的一個難題,隨著城市內(nèi)澇排洪的水利設(shè)施需求日漸增多,大部分排洪設(shè)施出水口位于城區(qū)附近江、河,周邊與城市現(xiàn)場建筑物存在交叉干擾,大范圍放坡開挖困難,需要采用基坑支護結(jié)構(gòu)以減少土地占用,減少對周邊環(huán)境的干擾。本文結(jié)合福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程東線工程(Ⅰ標段)魁岐出水口泵室段及箱涵段工程復(fù)雜環(huán)境下基坑圍護支撐結(jié)構(gòu)開挖監(jiān)測,并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析研究。

1 工程概況

福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程位于福州市閩江北港北岸城區(qū),西起閩江北港北岸淮安大橋邊,東至鼓山魁岐。其中,魁岐出水口位于東線隧洞出口,主要由箱涵、分流室、檢修閘泵室、消力池及外江拋石護底等組成。永久性主要建筑物級別為1級,次要建筑物級別為3級?？鏊诨幼畲箝_挖深度約20.1 m。

1.1 周邊環(huán)境情況

魁岐出口箱涵、泵室段位于福州江濱公園內(nèi)閩江邊,外側(cè)基坑圍護樁位于駁岸擋墻中心線附近,內(nèi)側(cè)距離福州市江濱東大道高架邊1～9 m,距離最近橋墩邊緣約5 m,基坑周邊有電纜、城市管道、江濱公園景觀道、管理房等,周邊環(huán)境極其復(fù)雜。

1.2 工程地質(zhì)概況

魁岐出口箱涵、泵室段地層上部為人工堆積,中部為中細砂,下部為全風化、強風化堿性花崗巖。

1.3 水文氣象概況

工程區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風氣侯,年平均氣溫19.5℃,最高氣溫37.8℃,最低氣溫-1.1℃,無霜期長達340 d。多年平均風速2.9 m/s,年最大風速26 m/s,臺風登陸或過境時,風速可達40 m/s,臺風引起的增水達1.0～1.5 m。本地區(qū)雨水充沛多年平均降水約1450 mm,一年中以10月-2月為少雨季,占全年的19%;5-6月為梅雨季,雨量占全年的27%～32%,7-9月為臺風雷陣雨季,雨量占全年的30%～37%。魁岐出水口位于閩江邊,魁岐出水口1-3月多年平均最高高潮位5.95 m,多年平均最低低潮位0.60 m。

1.4 基坑支護結(jié)構(gòu)

采用的主要支護方案為:D1000鉆孔灌注樁+D600高壓旋噴樁+混凝土支撐+鋼支撐。

2 基坑監(jiān)測內(nèi)容

2.1 土體深層水平位移監(jiān)測(測斜)

基坑開挖過程中對土體的整體穩(wěn)定性會造成一定的破壞,土體穩(wěn)定性破壞后產(chǎn)生的水平位移需要通過該方式進行監(jiān)測[1]。通過進行水平位移的監(jiān)測,可以有效地避免因為應(yīng)力的突然釋放導致的超限形變帶來的安全事故,同時,也能及時監(jiān)測應(yīng)力釋放對支護結(jié)構(gòu)的破壞,切實保護基坑的開挖作業(yè)安全,并保護受基坑開挖影響的建(構(gòu))筑物等。本基坑開挖采用的儀器是℃X-03D測斜儀。

2.2 基坑坡頂沉降觀測

本工程基坑開挖時受到潮汐影響,開挖過程中的應(yīng)力變化更加復(fù)雜,因此,需要對基坑坡頂產(chǎn)生的沉降進行觀測,為相對精準地對沉降變形進行監(jiān)測,采用儀器為瑞士徠卡NA2+GPM3,根據(jù)二等水準觀測精度要求進行觀測[2]。

2.3 基坑坡頂水平位移觀測

基坑開挖過程中,隨著坑體中土體的逐步挖除,基坑坡頂部分的土體會失去一側(cè)支撐力,在自身重力和另一側(cè)土體的側(cè)壓力下容易產(chǎn)生側(cè)邊位移,乃至發(fā)生基坑失穩(wěn),造成基坑生產(chǎn)過程中的隱患,對基坑周邊地表和建筑物造成危害。該處監(jiān)測和其余監(jiān)測結(jié)果進行交叉檢查,互相驗算,采用全站儀根據(jù)二等觀測精度進行觀測。

2.4 支撐內(nèi)力監(jiān)測

隨著基坑開挖,支撐內(nèi)力開始發(fā)生變化,受力超過設(shè)計值時,便可能會導致支撐系統(tǒng)及支護結(jié)構(gòu)失效。了解支撐內(nèi)力變化情況,必要時采取相應(yīng)的措施,確保支撐系統(tǒng)和支護結(jié)構(gòu)的安全[3-4]。支撐內(nèi)力監(jiān)測,使用傳感器、頻率計等儀器進行數(shù)據(jù)收集。

2.5 周邊地表沉降觀測

在基坑地下室施工過程中,由于土層應(yīng)力釋放、支護結(jié)構(gòu)的變形、地下水位變化等因素,可能導致周邊地表沉降變形。采用精密水準儀瑞士徠卡NA2+GPM3,根據(jù)二等水準觀測精度要求進行觀測[4-5]。

3 監(jiān)測點的布置、監(jiān)測頻率及預(yù)警指標

3.1 監(jiān)測點布置

根據(jù)福州市江北城區(qū)山洪防治及生態(tài)補水工程魁岐出水口基坑監(jiān)測點平面布置圖進行監(jiān)測點埋設(shè)。監(jiān)測設(shè)施均做了明顯標記。監(jiān)測點是監(jiān)測工作的重要標志,在現(xiàn)場各方的共同保護下,保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性并能夠及時準確地獲得數(shù)據(jù),確保了施工過程的順利進行[4-5]?？鏊诨又ёo監(jiān)測點布置在混凝土支撐梁、鋼支撐、混凝土冠梁及基坑周圍,土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測共埋設(shè)7個點(C1-C7),孔深為25～26 m;基坑坡頂沉降觀測沿著支護結(jié)構(gòu)邊緣埋設(shè)23個沉降觀測點(J1-J23);基坑坡頂?shù)乃轿灰朴^測沿著支護結(jié)構(gòu)邊緣埋設(shè)23個水平位移觀測點(S1-S23);在混凝土支撐上共埋設(shè)監(jiān)測點13組(每組監(jiān)測點埋設(shè)2個應(yīng)變計,共26個應(yīng)變計);在鋼支撐上共埋設(shè)監(jiān)測點6個;在基坑周邊埋設(shè)21個地表沉降觀測點(D1-1-D7-3)。

3.2 監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率參照表1進行,監(jiān)測數(shù)據(jù)超過預(yù)警值時,監(jiān)測頻率為1次/1d。

表1 監(jiān)測頻率

3.3 監(jiān)測預(yù)警指標

基坑監(jiān)測預(yù)警指標按表2進行。

表2 基坑及周邊環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容及報警值

4 監(jiān)測結(jié)果匯總分析

4.1 土體深層水平位移監(jiān)測(測斜)

土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測共埋設(shè)7個點(C1-C7),孔深為25～26 m。監(jiān)測工作從2022年6月6日至2022年10月17日,其中:累計位移最大值為 26.32 mm(C2測斜孔-9 m處)。土體深層水平位移過程曲線(C2監(jiān)測點)如圖1所示。

圖1 土壤深層水平位移過程曲線(C2監(jiān)測點)

4.2 基坑坡頂沉降觀測

基坑坡頂沉降觀測是為了監(jiān)測基坑開挖期間基坑支護結(jié)構(gòu)周邊的坡頂沉降變形情況[6]。沿著支護結(jié)構(gòu)邊緣埋設(shè)23個沉降觀測點(J1-J23)。監(jiān)測工作從2022年5月30日至2023年1月13日,其中:最大累計沉降為11.62 mm(J10)?；悠马敵两颠^程曲線如圖2所示。

圖2 基坑坡頂沉降過程曲線

4.3 基坑坡頂水平位移觀測

基坑坡頂?shù)乃轿灰朴^測是為了監(jiān)測基坑開挖期間支護結(jié)構(gòu)頂部的水平位移情況。沿著支護結(jié)構(gòu)邊緣埋設(shè)23個水平位移觀測點(S1-S23)。監(jiān)測工作從2022年6月1日至2023年1月13日,其中:最大累計位移為22 mm(S13)?；悠马斔轿灰七^程曲線如圖3所示。

圖3 基坑坡頂水平位移過程曲線

4.4 混凝土支撐內(nèi)力及鋼支撐軸力監(jiān)測

(1)混凝土支撐內(nèi)力監(jiān)測是為了監(jiān)測基坑開挖期間混凝土支撐的受力變化情況。在混凝土支撐上共埋設(shè)監(jiān)測點13組(每組監(jiān)測點埋設(shè)2個應(yīng)變計,共26個應(yīng)變計)。監(jiān)測工作從2022年6月1日至2023年1月13日。其中:最大內(nèi)力為199.89 kN[Y6(3394)]?；炷林螒?yīng)力過程曲線如圖4所示。

圖4 混凝土支撐應(yīng)力過程曲線

(2)鋼支撐軸力監(jiān)測是為了監(jiān)測基坑開挖期間鋼支撐的受力變化情況。在鋼支撐上共埋設(shè)監(jiān)測點6個。監(jiān)測工作從2022年6月27日至2022年10月28日。其中:最大內(nèi)力為1033.88 kN(G2-1)。鋼支撐軸力過程曲線如圖5所示。

圖5 鋼支撐軸力過程曲線

4.5 周邊地表沉降觀測

地表沉降觀測是為了監(jiān)測基坑開挖期間基坑周邊地表的沉降變形情況。在基坑周邊埋設(shè)21個地表沉降觀測點(D1-1-D7-3)。監(jiān)測工作從2022 年5月30日至2023年1月13日,其中:最大累計沉降為12.20 mm(D2-1)。地表沉降過程曲線見圖6所示。

圖6 地表沉降過程曲線

5 結(jié)論

(1)對土體深層水平位移(測斜)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,變形曲線基本呈上升趨,后期曲線緩慢收斂,最終未達到設(shè)定的預(yù)警值。

(2) 基坑坡頂水平位移觀測累計位移量,得出基坑周邊向基坑內(nèi)變形的位移量,本工程基坑支護結(jié)構(gòu)形式對基坑開挖起到了很好保護作用,對基坑開挖有較好的指導意義和內(nèi)支撐設(shè)定提供依據(jù)。

(3) 混凝土支撐梁及鋼管撐內(nèi)力隨著開挖和內(nèi)支撐作用不斷變化,受力變化圖近一步驗證了基坑坡頂水平位移和豎向位移變形特征。

(4) 通過對各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,本工程基坑開挖過程中漲潮落潮對基坑臨江側(cè)支護結(jié)構(gòu)帶來一定影響,但未超過警戒值,施工過程中要加強監(jiān)測。

(5) 本工程監(jiān)測工作自2022年5月30日至2023年1月13日,通過7個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:在魁岐出水口基坑工程施工期間,各監(jiān)測項目的監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)超過預(yù)警值的情況,基坑施工順利完成,基坑的支護結(jié)構(gòu)和監(jiān)測形式可以為類似工程提供參考。