汛期深基坑施工监测与实施效果分析

王二锋

(中铁二十四局集团有限公司 上海 200071)

1 引言

由于地下环境的多样性，深基坑施工受周边环境和水文地质条件的影响显著，理论预测和分析往往与实际差异较大。本项目深基坑由于是在汛期施工，且基坑深度较大，地质条件相对较差，传统的基坑施工经验不能完全适用。为保证基坑施工过程安全性以及施工质量符合规范要求，基坑施工过程中需进行实时监测[1-3]。通过汛期深基坑施工过程监测，可对出现的异常数据预警并及时采取相应措施。

2 工程概况

新建镇江铁路京杭运河大桥位于江苏省镇江市京口区谏壁镇马家村和蔡家村，上部结构采用(76＋136＋76)m的大跨度预应力连续梁拱桥(见图1)。主墩35＃墩位于航道东侧，部分伸入航道内；而36＃墩则位于航道西侧的航道服务区内，整个承台均位于陆地上。

河道东侧35＃主墩部分承台位于河道范围，承台西北角位于驳岸边河道范围6.1 m处，该承台底处基坑开挖深度约11.956 m。基坑围护采用直径1.0 m的钻孔灌注桩，桩长为25.0 m，桩间距为1.2 m，四周环绕布置形成封闭。

河道西侧36＃主墩桩基、承台施工均位于驳岸上方，施工地域位于京杭运河镇江服务区内，该承台处基坑开挖深度约9.251 m。由于离既有的综合服务楼较近，而且占据现有部分钢筋混凝土护壁式挡墙驳岸、护坡，故基坑围护采用φ1.0 m钻孔灌注桩，南侧、西侧满布，北侧和西侧布置至既有护壁式挡墙墙踵板处，桩基中心距离承台边1.5 m，桩中心间距为1.2 m。

图1 京杭运河大桥总体布置(单位:m)

3 监测特点分析及基坑防护措施

3.1 监测特点

本项目施工处地质、地下水及周边环境较复杂，主要体现在以下两个方面。

(1)地质条件:地貌属长江阶地，间夹低山丘陵，地势起伏较大。根据地质勘察报告，在勘探深度范围内可分为9个工程地质层，地质条件复杂。

(2)地下水:根据地质勘察报告，基坑开挖深度范围内的地下水为赋存于松散沉积物中的孔隙水和基岩裂缝水，含水介质由7种土层构成。其中①1和③41层是本次施工需要穿越的土层，其具有潜水性质，透水性和富水性一般。由于潜水位随着降水而变化，雨季水位上升，旱季水位下降，反应敏感，水位变化大，平均水位变化2.0 m左右。地下水主要接受大气降水和侧向径流补给，排水方式以蒸发和径流为主。但是由于本项目施工在6月～10月，正值汛期，将直接影响地下水位变化，对基坑开挖施工安全性影响较大。

综上所述，本项目施工过程中，如何保证施工过程中基坑稳定和安全，特别是汛期地下水位上升时，通过基坑持续观测，及时预警异常情况是本项目监测的重点和难点[4-6]。

3.2 汛期基坑施工防护措施

为避免汛期京杭运河涨水倒灌入基坑，将35＃墩基坑围护混凝土圈梁顶标高调整至临近驳岸顶标高，并在基坑外侧5 m范围外配备足够的土袋，以便汛期河道水位高于驳岸时及时堆砌挡水墙[7]。

4 监测方案

为保证基坑工程及周边服务设施、地下管线等的安全，对该基坑工程进行监测工作。监测主要内容包括:(1)水平位移监测；(2)竖向位移监测；(3)深层水平位移监测；(4)地下水水位；(5)支撑内力监测[8-10]。测点布置如图2和图3所示。

为便于施工过程中及时发现异常情况，根据相关规范规定，结合设计方提供的理论值，最终确定本项目监测预警指标、频率及设备，见表1～表3。基坑各项监测预警值以变化速率与累计变化值进行双控[11-12]。

图2 35＃墩承台深基坑测点布置

图3 36＃墩承台深基坑测点布置

表1 _监测项目预警值

表2 监测频率

表3 监测设备

基坑开挖及下部结构施工过程中，若出现以下情况时，应加强监测、提高监测频率，同时现场应暂停施工，并根据后续监测数据变化趋势，确定后续工作计划，必要时应对基坑进行加固，防止工程事故及人员伤亡出现:(1)监测数据达到报警值；(2)监测数据变化量较大或者速率加快；(3)出现漏水、剥落等情况；(4)上方地面突然出现较大沉降或严重开裂等情况。

5 监测结果分析

5.1 水平位移分析

35＃和36＃主墩基坑围护墙顶部水平向位移时程曲线见图4和图5。从图中可以看出:从围护结构开始施工到下部结构基本施工完成，围护墙顶部水平向变形逐渐增大，围护结构施工前期变形增长较快，随着施工进展，围护结构水平位移逐渐趋于稳定。35＃墩基坑围护墙各测点时程曲线变化趋势基本一致，且各测点最大水平向位移基本分布在2.5～3.8 mm之间，靠近运河测变形较大，靠近岸侧变形较小。36＃墩基坑围护墙各测点时程曲线变化趋势基本一致，但是各测点累计变形差异较大，其主要分为3种类型:测点P9、P11变形较大，累计变形约3.7 mm；P10、P10-1、P10-2最小累计变形约1.4 mm；其他测点累计变形均在2.5 mm左右，其差异主要是由于36＃墩基坑围护结构不对称引起。

图4 35＃主墩基坑围护墙顶部水平向位移时程曲线

图5 36＃主墩基坑围护墙顶部水平向位移时程曲线

5.2 竖向位移分析

对35＃和36＃基坑施工过程中围护墙顶部竖向位移进行监测，监测结果见图6～图7。监测结果表明，35＃墩和36＃墩围护结构竖向变形较小，最大累计变形均未超过8 mm。35＃墩各测点变形分布较均匀，测点变形主要分布在6.5～7.3 mm之间。36＃基坑测点变形差异较大，其中采用1∶1护坡处基坑竖向变形较小，累计最大变形2.2 mm；采用φ1.0 m钻孔桩围护处基坑竖向变形较大，累计最大变形7.0 mm。监测数据表明，本项目对35＃基坑和36基坑围护结构设置合理。

图6 35＃主墩基坑围护墙顶部竖向位移时程曲线

图7 36＃主墩基坑围护墙顶部竖向位移时程曲线

5.3 深层水平位移监测

35＃和 36＃主墩基坑内深层水平位移时程曲线见图8～图9。从图中可以看出:基坑施工过程中，基坑内壁水平向变形逐渐增大并逐渐趋于稳定，其中35＃基坑变形主要发生在两个阶段，6月底至7月上旬变形增大至2.0 mm，7月中旬至8月中旬变形较稳定，8月中旬到9月中旬变形增长趋势加剧，9月中旬至10月中旬变形趋于稳定，其主要是由于6月底至7月初、8月中旬至9月中旬地下水位逐步升高引起的；36＃基坑变形主要发生在8月中旬至9月中旬，9月中旬至10月底变形趋势减小并趋于稳定，其主要是由于36＃基坑周边地下水位在8月中旬至9月中旬变化较剧烈，随后地下水位逐渐稳定。

图8 35＃主墩基坑测斜TX02时程曲线

图9 36＃主墩基坑测斜TX03时程曲线

5.4 地下水位监测

35＃主墩基坑外地下水水位跟踪监测结果见图10。基坑水位从2016年6月21日采集第一次数据至2016年8月16日水位监测结束期间，基坑外地下水水位SW01超过预警值1 000 mm，其主要是由于汛期大量降水所致。汛期过后，随着降水量减少，基坑外地下水水位SW01恢复至正常水位。整个施工期间，35＃墩基坑周围地下水位基本处于稳定状态。

图10 35＃主墩基坑外地下水水位累计变化量时程曲线

36＃主墩基坑外地下水水位跟踪监测结果见图11。基坑水位从2016年8月19日采集第一次数据至2016年9月8日水位监测结束期间，基坑外地下水水位随着基坑开挖逐渐减小，基坑垫层混凝土浇筑完成后，地下水位基本处于稳定状态。

图11 36＃主墩基坑外地下水水位累计变化量时程曲线

5.5 支撑内力监测

35＃和36＃主墩基坑混凝土支撑轴力时程曲线见图12～图13。从图中可以看出:随着基坑开挖施工，35＃墩基坑混凝土支撑轴力逐渐增大，当基坑底板浇筑完成后支撑轴力渐趋稳定，施工过程中混凝土支撑最大轴力约105 kN；36＃墩基坑钢支撑由于基坑开挖施工，致使钢支撑轴力逐渐增大，当基坑垫层浇筑完成后支撑轴力渐趋稳定，施工过程中钢支撑最大轴力280 kN。

图12 35＃主墩基坑支撑内力时程曲线

图13 36＃主墩基坑支撑内力时程曲线

6 结束语

本文以京杭大运河基坑施工过程为依托，结合项目结构特点和水文地质条件，详细阐述了汛期深基坑施工防护措施及监测方法以及汛期基坑监测预警方法。通过对基坑开挖监测数据进行分析，主要结论如下:

(1)汛期深基坑变形、地下水位、受力等均受到一定程度的影响，采用汛期防水措施后，各项指标均未超过限值，满足施工过程安全控制要求。表明本项目采用的防护措施合理，可保证汛期基坑周边水位稳定。

(2)汛期施工的深基坑，可通过建立基坑监测系统，对基坑水平位移、垂直位移、深层水平位移、地下水水位、支撑内力等进行跟踪监测，有效保证基坑工程及周边服务设施、地下管线等的安全。可见，本项目所采用监测系统完善，预警值设置合理，可为同类工程施工提供了借鉴。