锚碇基坑嵌岩地下连续墙施工监测研究

丁玉平

1 工程背景

某大型悬索桥锚碇基础围护结构为地连墙，平面形状为“∞”形，长82.00 m，宽59.00 m，由两个外径59 m的圆和一道隔墙组成，地连墙壁厚为1.50 m，地连墙顶高程为5.00m，底高程为-35.00 m～-45.00 m，嵌入中风化砂岩约3.00 m，总深度40.00 m～50.00 m。分12层进行土体开挖，每层开挖3 m，开挖过程中逐圈施工地连墙内衬。

2 监测方案

在岩土工程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其它因素的复杂影响，造成目前人们在岩土工程的认识上还有一定的局限性，针对具体的工程，很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的情况和问题，所以，在现有理论指导下有计划地进行现场工程监测十分必要。

该锚碇所处位置岩土条件复杂、开挖深度大，并且在国内首次采用“∞”形的地下连续墙作为锚碇基坑的围护结构，地墙尤其是“Y”形区域的施工难度大，可供借鉴的经验也不多，故必须在施工组织设计中制定、在实际施工中实施严密的监测控制措施，以确保围护结构工程在施工、运行中的安全，为优化设计、科学决策提供准确和可靠的依据。

2.1 地连墙深层水平位移监测

在连续墙施工时预先在墙体钢筋笼内埋设测斜管，管径为Φ70 mm，长度同墙深。测斜管内壁有二组互成90°的纵向导槽，导槽控制了测试方位。埋设时，应保证让一组导槽垂直于墙体，另一组平行于基坑墙体。测试时，测斜仪探头沿导槽缓缓沉至孔底，在恒温一段时间后，自下而上以1 m为间隔，逐段测出X方向上的位移。同时用光学仪器测量管顶位移作为控制值。在基坑开挖前，对每一测斜孔分二次测量各深度点的倾斜值，取其平均值作为原始偏移值。

在帽梁上布设M1～M15共计15个监测点，点位用一金属标志头埋设于帽梁顶部。

测点布置见图1所示。

图1 地连墙变形测点布置图

2.2 地下连续墙应力监测

在地连墙中布置10个应力测孔，编号为GJ01～GJ10，其中GJ09和GJ10布置在中隔墙。结合该工程特点，考虑每层开挖深度及内衬施工顺序，北侧基坑测孔（GJ04～GJ08）在竖向按照6 m/4 m/2 m间距布置8组，南侧基坑测孔（GJ01～GJ03）对应布置6组，每组在迎土面、迎坑面各设一个测点；埋设应力计共计116只。其中，36 m深度以上（3组）为环向布置，其余为竖向布置。

中隔墙应力测孔（GJ09和GJ10）竖向按照6 m间距布置5组，顶部一组距地面12 m。每个测试断面在隔墙南北侧均布置测点，隔墙应力测点共计20个。应力测点布置如图2所示。特别需要说明的是，对于中隔墙主要关注其水平方向应力，对其他地连墙在30 m深度以上也重点关注环向水平应力，30 m深度以下考虑嵌岩作用，重点关注其竖向受力变化。图3为应力测孔剖面图。

图2 地连墙应力测孔布置图

图3 地连墙应力测孔剖面图

3 地连墙变形监测成果及分析

表1列出了在第9层和底板浇筑后这两个工况的地连墙变形值及深度范围。图4给出了变形最大的CX02号孔开挖过程中的地连墙变形。

表1 地连墙变形统计值一览表

从表1的数据及图4的测斜曲线可以总结以下变形规律：

（1）地连墙拱效应对锚碇围护结构变形有较强的抑制作用，在底板浇筑后，墙体最大位移值为12 mm（CX02），其他测孔位移值均不超过7 mm，最大相对位移仅为开挖深度的0.03%，远小于施工监控的警戒值（30 mm）。

图4 CX02号孔变形趋势图示

（2）下部基岩的嵌固作用对地连墙的变形特性影响很大，各孔向坑内方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，且CX02～CX5号测孔最大变形位置在坑口，这一点与软土地基中地下连续墙的变形特征完全不同。北侧基坑的最大变形位置比南侧基坑明显要低，产生该现象的原因是南侧基坑⑦3厚度明显大于北侧，因而导致南侧的基岩嵌固作用更加明显。

（3）地连墙的变形主要由土方开挖引起，由于南北侧基坑的土层力学性质和施工时的开挖进程差异，导致南侧和北侧基坑的变形规律有一定区别：在前6层开挖中南侧基坑的监测孔CX02～CX04向坑内圆心方向有一定变形，变形较大的是CX02孔，而北侧的监测孔CX06～CX08向坑内的变形相对较小或向外侧有较小变形；在第6～12层开挖期间，南侧和北侧基坑均表现为向坑内的变形，但是北侧基坑的CX06～CX08孔变形值始终小于南侧的CX02～CX04孔。

4 地连墙受力监测结果分析

地下连续墙应力的监测点布置按照上疏下密的原则进行，如前所述对30m深度上下的受力根据工程经验和着重点不同，分别关注了水平环向受力和竖向受力，考虑到竖向受力的影响和研究需要，特别在接近嵌岩的部分对应力计的布置进行了适度加密。图5为其应力实测值曲线图。

上述测孔的地连墙应力在各深度随开挖进程的变化情况，总结出围护体系总体受力特点如下：

图5 地连墙应力实测值曲线图

（1）地下连续墙以环向受力为主，地连墙的环向应力（应力计布置在18 m、24 m和30 m深度）基本处于受压状态，应力值在-45 MPa～+6 MPa范围内变化。

（2）中隔墙在围护体系中起对撑作用，应力计均沿对撑方向水平布置，在开挖过程中，实测应力值在-45 MPa～-5 MPa范围内变化。

（3）地下连续墙嵌岩段的竖向应力较小，且在开挖过程中没有出现突变，最大竖向应力值不超过10 MPa，远小于预设的报警值。

5 结论

（1）围护壁累计最大变形为12 mm，相对位移仅为0.03%，与国内外同类基坑变形相比非常小，围护结构各控制断面的应力和周边土体的沉降也小于预警值，整个开挖过程中围护体系始终处于正常运行状态，无异常突变。

（2）围护壁的拱效应和基岩的嵌固作用有效抑制了墙体变形和最大变形位置的下移，优化了墙体受力，各测斜孔向坑内方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，符合嵌岩地连墙的变形规律。

（3）基坑的变形和受力具有明显时间和空间效应，缩短施工时间特别是内衬的浇筑时间可以大大减小基坑变形。