降水干开挖工艺板桩码头原型监测技术浅析

1.引言

在大型基坑降水开挖过程中，有效进行边坡和结构物的稳定性监测是预防项目风险，保证项目成功关键之一。本文依托埃及苏赫纳集装箱码头，通过对采用港池干开挖工艺的板桩码头施工过程中的原型监测数据分析论证，为今后类似项目提供参考。

2.工程概况

埃及苏赫纳项目码头长约1400m，采用单跨长6m，厚1.2m地连墙板桩结构作为下部基础，港池长约1350m，底宽约250m，底标高-17.0m，开挖深度20m，边坡坡比为1：2和1：2.5，与传统疏浚工艺成型的港池开挖形式不同，本项目港池采用降水干开挖模式，港池四周根据降水试验方案布置降水井，以获得港池干环境施工条件。

3.场地地质条件

场地岩土层大体分可为3层，地面标高+1m以上为细砂层或砂夹泥层，松散地层；+1m至-8.5为较密实细砂层，中间偶尔会遇到1-2m黏土层；-8.5m至-22m为较为密实的砂卵石层，地质渗透系数约为35m/天。

4.原型监测方法及周期

监测内容为以下几个部分：沉降位移观测、深层土体位移观测、地连墙外侧土压力观测、地连墙钢筋应力监测及水位监测。项目监测一览表见表1。

根据施工监测内容绘制施工监测平面布置图，见图1。

5.监测结果分析

5.1 围堰沉降位移监测说明及结果

布点位置及方式见表1及图1。

取东边围堰上某单点（C1）全施工周期内监测数据分析：

18年8月15日首次监测，港池内水位-15m，地面标高-2m；

9月15日，港池开挖至-7.0m；

10月20日，开挖至标高-12.0m；

11月30日，开挖至标高-17.0m；

18年12月1日至19年2月28日开挖暂停；

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19年3月1日开始围堰削坡；

6月10日，停止监测。C1点全施工周期内沉降位移观测图如图2所示。

5.2 围堰变形观测监测说明及结果

布点位置及方式见表1及图1。以i-1-1 号测斜孔（东侧围堰上）为例进行分析，每0.5m处取一组数据，东西向位移（A面）和南北向位移（B面）进行观测。监测期间开挖情况与C1点一样，至6月10日，停止该点变形监测。

表1 监测项目表

5.3 地连墙土压力监测说明及结果

布点位置及方式见表1及图1。以D140号点为例，土压力计于19年2月12日埋设完成，2月13日初测，初测时墙后拉杆已安装完毕，此时地连墙前土体标高+3m，港池内地下水位标高约-23.5m，监测频率2次/天。19年3月20日，测点处墙外土体开挖至-4.30m；4月2日，墙外土体开挖至-9.12m；4月16日，墙外土体开挖至-17.0m；5月21日逐步关闭水泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢复至海面标高，停止监测。D140各测点应力～时间曲线如下图4，侧向压力理论值与实测值见表3。

5.4 钢筋应力监测说明及结果

布点位置及方式见表1及图1。以D-244数据进行分析，标高-1m、-11.0m、-24.0m三处应力计采用与主筋对接连接方式，19年2月8日埋设完成，2月9日初测，初测时墙前土层标高+3.5m，港池内地下水位标高-23.5m，监测频率2次/天。

19年4月2日，测点处墙外土体开挖至-5.30m；

4月14日，墙外土体开挖至-11.12m；

5月21日逐步关闭水泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢复至海面标高，停止监测。

应力～时间曲线图如下图5：

5.5 水位监测说明及结果

布点位置及方式见表1及图1，其监测主要目的如下：

（1）预防施工过程中水位突然上升造成的结构物破坏；

（2）通过墙后水头差监测对后期的关井回水顺序进行指导，防止水头差过大对码头地连墙结构造成破坏；

图1 施工监测平面布置图

图2 边坡沉降位移观测图

图3 i-1-1孔全周期位移情况

（3）通过水位监测结果与理论计算降水结果对比从而对降水井位进行优化。

18年7月24日初次监测，M1内水位标高-20m；19年5月21日逐步停泵，地下水位上升，至7月6日港池水位恢复至海面标高，停止监测。

本文仅对水位监测结果与理论计算降水结果对比，指导降水系统运营优化。

施工过程中通过港池降水井布置进行港池内地下水位模拟与现场观测井水位值进行分析；见图6：地下水位等值线分布图及表5：地下水位计算值与观测井水位实测值比较表

6.监测结论与建议

（1）通过沉降、位移和变形监测数据分析在开挖过程中，早期沉降、位移变化值较小，随着开挖深度增加沉降、位移及变形值加剧，在围堰进行开挖时沉降、位移、变形波动一直较频繁。施工过程中随着开挖深度应有目标性地、分阶段性加大沉降、位移、变形监测频率。

（2）通过土压力监测数据分析，在有约束条件下，前墙土体开挖对墙后土压力值的影响变化较小，土压力变化情况主要出现在港池回水过程中，因此监测过程中需重点关注港池回水过程土压力变化。

（3）通过钢筋应力计监测数据分析，结构物受压情况较稳定，拉应力变化主要出现在开挖、回水过程中，因此监测过程中要重点关注开挖过程中结构物拉应力情况，防止应力过大影响结构物安全。

（4）通过观测井监测，可保证降水系统及结构物稳定，同时可指导降水井优化和后期井位关闭顺序。

图4 D140各测点时间～土压力变化曲线

表3 D140号监测孔侧向压力理论值与实测值对比

图5 D244各测点时间～应力曲线图

图6 地下水位等值线分布图

表5 地下水位计算值与观测井水位实测值比较

7.结语

本文主要以埃及苏赫纳第二集装箱码头项目为实例，通过对降水开挖施工过程中围堰的稳定性和地连墙的稳定性监测数据分析，为今后类似采用港池干开挖工艺的码头项目设计、施工监测提供参考。