惠州龍門第二自來水廠基坑監(jiān)測分析

屈江龍，張建龍，湯　愷，冼家駒

(廣東工業(yè)大學，廣東 廣州 510006)

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惠州龍門第二自來水廠基坑監(jiān)測分析

屈江龍，張建龍，湯愷，冼家駒

(廣東工業(yè)大學，廣東 廣州 510006)

摘要：結合惠州龍門第二自來水廠基坑特點及支護形式和周邊環(huán)境，有針對性地制定了基坑監(jiān)測方案。通過使用測斜儀、全站儀、水準儀和水位計等對基坑的深層水平位移、邊坡坡頂水平位移、周邊需保護建筑的沉降、周邊土體沉降和周邊的地下水位等項目進行了跟蹤監(jiān)測。結果表明：各項監(jiān)測項目之間存在一定的關聯(lián)性，對各監(jiān)測項目的連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合分析可知，各監(jiān)測項目的結果具有良好的一致性。為了確保現(xiàn)有水廠的正常運營，及時反映基坑自身及周邊環(huán)境的實際狀態(tài)，有必要對基坑工程進行動態(tài)監(jiān)測。

關鍵詞：基坑支護；監(jiān)測；水平位移；沉降

1　工程概況

本基坑工程位于惠州市龍門縣境內(nèi)，基坑大致呈南北走向，平面形狀呈“凸”字形，長邊長90.4 m，短邊寬處18.8 m，窄處15.3 m寬?；娱_挖深度5.5 m，分兩階段開挖，一階段開挖上面3 m，二階段開挖剩余的2.5 m。具體開挖時，采取分段開挖的方法，先挖基坑中部土體，然后對基坑周邊土體進行跳挖施工?；訓|側需保護建筑物較多，且基坑周邊鄰近建筑物距離基坑開挖邊緣近，其中②號樓為一層儲水塔，③號樓為水廠的自來水處理設備房，有較多的管線、設備，因此應嚴格控制基坑的沉降變形，以防基坑開挖影響水廠的正常運營使用。此外，距SW1側邊10 m左右有個水塘，對地下水位有些影響。

1.1工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

根據(jù)相關工程地質(zhì)勘查報告，場地地層巖性自上而下為：(1)人工填土層，厚1.5 m～2.5 m，平均厚2.0 m；(2)砂質(zhì)粘土層，厚3.5 m～4.5 m，平均厚4.0 m；(3)細砂層，厚0 m～ 3.0 m，平均厚1.5 m；(4)中、粗砂層，厚0 m～14.6 m，平均厚7.3 m；(5)巖石強風化層厚0 m～7.5 m，平均厚3.75 m；(6)砂質(zhì)粘土層，厚0 m～13.8 m，平均厚6.9 m；(7)巖石中風化層，厚0 m～0.8 m，平均厚0.4 m；(8)巖石微風化層厚0 m～1.4 m，平均厚0.7 m；(9)細、中砂層，厚0 m～5.4 m，平均厚2.7 m。

場地范圍內(nèi)地下水主要為基巖裂隙水和第四系孔隙潛水，埋深一般為1.6 m～3.0 m。間斷性分布的砂層為主要含水層。

1.2基坑支護方案

根據(jù)基坑開挖深度和工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和擬建建筑物的設計要求，按照行業(yè)標準和廣東省建筑基坑支護的有關規(guī)范和規(guī)定[1-3]進行基坑支護設計。綜合地形條件、基坑開挖深度以及工程地質(zhì)勘探情況，在基坑頂部設置1 000 mm×800 mm冠梁，基坑東側靠近建筑物采用鉆孔灌注樁支護方案，支護樁做法：樁長L=20 m，Φ1000mm@1200，在基坑外側，支護樁之間用直徑為800 mm的旋噴樁聯(lián)合起來進行止水；基坑其余部位施工采用1∶1放坡開挖，噴射細石混凝土護面，局部沖孔樁加固，具體做法為：在坡面上打設直徑為Φ16 mm，長1.5 m的短鋼筋，沿坡面@1500×1500布置，成型后用Φ8mm@200×200的鋼筋網(wǎng)固定在坡面上，再在坡面上噴80 mm厚的C20混凝土。此外，沿坡面與短鋼筋錯開，按品字形布置Φ100mm@2000×2000 PVC泄水管。鉆孔樁處剖面為一級、其余剖面為二級基坑支護。

2　基坑監(jiān)測目的與內(nèi)容

基坑東側需保護建筑物較多且距離較近，②號樓和③號樓有較多的管線，設備?；娱_挖時對周邊需保護的建(構)筑物影響大，實行信息化施工[4],一方面減少對鄰近建(構)筑物的影響，保證基坑施工的安全性；另一方面可作為優(yōu)化施工方案的依據(jù)，提供有效的施工決策根據(jù)，加快施工進度[5]，節(jié)約成本。針對本基坑特點，依據(jù)有關規(guī)范[3,6]，確定基坑監(jiān)測內(nèi)容如下：基坑周邊土體的深層水平位移、基坑邊坡坡頂水平位移、基坑周邊建(構)筑物的沉降、基坑周邊地下水位，該工程涉及的基坑監(jiān)測的主要項目及各監(jiān)測項目報警值和控制值見表1。

在最具代表性的結構位置處布設測點，以達到用最少的監(jiān)測工作量反映出整個基坑的穩(wěn)定狀況。監(jiān)測項目確定后，考慮監(jiān)測項目特點、工程實際情況、基坑地質(zhì)狀況和基坑圍護方案四大因素，根據(jù)相關經(jīng)驗和理論預測來確定測點布設范圍和密度[7]?；颖O(jiān)測平面布置見圖1。

表1　監(jiān)測項目和報警值要求

圖1基坑監(jiān)測平面布置圖

3　基坑監(jiān)測方案

3.1基坑周邊土體深層水平位移監(jiān)測

基坑開挖施工過程中，隨著基坑開挖深度的不斷增大和地下水位的變化，都將導致基坑外側深層土體的物理力學性狀發(fā)生改變，進而引起深層土體的側向變形，基坑周邊土體深層水平位移的監(jiān)測作為測定深基坑側向變形的重要方法[8-9]，工程上多采用埋設測斜管結合測斜儀進行測定。

(1)測點埋設：根據(jù)基坑支護方案及周邊環(huán)境的特點，在一級基坑支護(鉆孔灌注樁支護)側的中部撓曲較大位置處埋設兩根測斜管。埋設過程如下：采用Φ110鉆機定位開孔，成孔偏斜度不得大于1°，鉆孔深度平均28 m。第一根測斜管用堵頭封死，然后逐節(jié)在孔口對接，慢慢放入孔中。測斜管至預定深度后，校正導向槽的方向，使導向槽垂直或平行與擋土墻軸線方向。在測斜管與鉆孔壁之間用砂填充，并做好孔口保護裝置。具體基坑測斜點埋設示意圖如圖2。

圖2測斜管埋設示意圖

(2)監(jiān)測方法：測斜管埋入基巖，認為管底不動。測量時，沿測斜管十字定向槽將測斜儀探頭下放至管底，然后拉動測線提升探頭，期間每隔0.5 m距離測讀一次數(shù)據(jù)，由管底至管口完成一個方向的測試，將探頭旋轉180°，按上述步驟，完成另一個垂直方向的位移測試；將數(shù)據(jù)導入計算機，通過公式轉換，按測點的分段長度，計算出不同高程處的實際水平位移(基坑開挖過程中測量值計算得到的位移值與初始位移的差值即為每隔0.5 m由于開挖引起的位移量)，整理相關數(shù)據(jù)，繪出深度～位移變化曲線圖，可作為施工決策的有效依據(jù)[10]。監(jiān)測過程中根據(jù)監(jiān)測所得的累計位移量和位移變化速率的大小調(diào)整監(jiān)測頻率，該工程監(jiān)測頻率初步定為1次/d。

3.2基坑邊坡坡頂水平位移監(jiān)測

(1)測點埋設：在距離基坑大于15 m的穩(wěn)定區(qū)域布設至少3個水平位移基準點，以進行坡頂水平位移監(jiān)測，水準基點如圖3所示。本基坑僅在鉆孔灌注樁支護側冠梁頂部布置了水平位移監(jiān)測點，如圖3所示。水平位移監(jiān)測點標可以采用冠梁頂部預留鋼筋的方法，在鋼筋頂部勒刻十字，或采用后期埋設。

圖3水準基點埋設示意圖

(2)監(jiān)測方法：依據(jù)工程實際情況和相關測量規(guī)范的要求，冠梁頂部水平位移監(jiān)測采用Leica NA03全站儀，配合小棱鏡或反光膜片，按二級觀測精度要求，采用小角度法觀測計算位移點點位，該工程監(jiān)測頻率為 1次/d。

3.3基坑周邊建(構)筑物沉降監(jiān)測

基坑周邊一定范圍內(nèi)的建(構)物作為基坑監(jiān)測的重點對象，一般可分為垂直位移、水平位移和傾斜監(jiān)測三項，其中以垂直位移(沉降)監(jiān)測為主。通常情況下將測點布置在建筑物的四周角點、中點以及內(nèi)部承重墻(柱)上，其余地段按間距15 m～20 m布置。在距離基坑較近的②號樓和③號樓建(構)筑物拐角處共布設了6個測點，測點平面布置圖如圖1所示，如此布設測點可以較為全面地反映建(構)筑物的不均勻沉降。

(1)測點埋設：在不受基坑變形影響的附近地方選擇至少3個基準點。沉降觀測點采用螺栓式觀測標志，將其埋入建筑物立柱中。鋼筋深埋水準點，先將粗螺紋鋼埋入基巖2 m左右，再用混凝土澆筑牢固[11]，埋設詳圖見圖3。

(2)監(jiān)測方法：采用Leica NA03全站儀、2M銦瓦水準尺，按現(xiàn)行國家水準測量規(guī)范[4]中二級精度的有關規(guī)定，運用光學測微法原理結合平差計算各測點的高程，首次監(jiān)測數(shù)值作為監(jiān)測點的初始高程，后期監(jiān)測數(shù)值為變化后的高程，目前測得的高程減去初始高程即為累積沉降量，前后兩次高程之差為本期沉降量，運用沉降速率法[9]導出相關數(shù)據(jù)在EXECL表格中繪出沉降速率～時間關系曲線，該工程監(jiān)測頻率為1次/d。

3.4基坑周邊地下水位監(jiān)測

基坑開挖過程中受地下水位變化的影響較大，通常在靠近基坑圍護結構外側土體內(nèi)埋設水位監(jiān)測管來測定基坑周邊地下水位的變化情況。測點埋設：先在設計點位鉆孔定位，然后將直徑為100 mm的PVC管插入定位孔內(nèi)，在此之前先在PVC管周邊按間距100 mm鉆梅花型入水孔，并在鉆孔處用過濾網(wǎng)包裹住PVC管，防止泥砂流入管內(nèi)，具體水位孔埋設示意圖如圖4所示。該工程監(jiān)測頻率為1次/d。

圖4水位孔埋設示意圖

4　基坑監(jiān)測情況分析

4.1土體深層水平位移監(jiān)測結果分析

本基坑主要在鉆孔樁側埋設了兩個測斜孔，一個為土體測斜，一個為支護結構(鉆孔灌注樁)上測斜，編號分別為CX1和CX2。2013年8月7日建立初值，2013年10月1日最后一次監(jiān)測，期間共進行了42次監(jiān)測?？紤]到數(shù)據(jù)的連續(xù)性和科學性，這里僅取測斜CX1的監(jiān)測結果進行分析。從圖5可知，隨著開挖深度的增加，基坑內(nèi)土體卸載，基坑外主動土壓力增加，朝基坑內(nèi)擠壓圍護結構，致使圍護結構向基坑內(nèi)變形[12]。至8月13日，基坑開挖至底，CX1位移已達到7.43 mm，隨著部分底板的澆筑，土體深層水平位移繼續(xù)增大，但增加速率減小。8月18日后土體測斜出現(xiàn)了短暫的減小，主要是由于澆筑的那部分底板達到一定的強度，對基坑周邊土體壓力釋放和側向變形都起到了一定的限制作用。土體側向位移經(jīng)歷短暫的減小后，伴隨著另外一部分底板的澆筑，8月21日后，土體側向位移又持續(xù)增加，8月26日位移達到最大值，最大值為11.27 mm。側向位移輕微變動后又減小，8月31日側向位移為9.68 mm。隨著后期各部分底板的澆筑施工，基坑周邊土體壓力不斷變化，9月份管口水平位移在7.27 mm與9.48 mm之間擺動。隨著底板的逐步澆筑，將圍護結構連成一個整體，整體剛度增大，抵抗基坑兩側土體壓力的能力增加，迫使土體深層水平位移逐漸趨于穩(wěn)定。10月1日最后一次測得位移為9.26 mm。

圖5CX1深層水平位移變化曲線圖

監(jiān)測結果表明：由于基坑開挖為5.5 m，在坑外主動土壓力的作用下，基坑維護圍護結構受力性狀類似于懸臂梁，土體深層水平位移的最大值出現(xiàn)在基坑頂部附近，最小值在基坑底部，曲線形態(tài)整體上呈“掃帚”形?；拥装宓姆侄螡仓?，致使基坑周邊土體壓力不斷變化，土體深層水平位移呈現(xiàn)出階段性的“加速變形減慢變形”的規(guī)律。此外，土體深層水平位移的最大值僅11.27 mm，遠小于設計規(guī)定的控制值(45 mm)，且 9月份測斜CX1的監(jiān)測數(shù)據(jù)又僅在較小的范圍內(nèi)變動，所以基坑處于較穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2冠梁頂部水平位移監(jiān)測結果分析

本基坑鉆孔灌注樁支護側為一級基坑支護，按相關規(guī)范的規(guī)定在基坑垂直支護側冠梁頂部布置了三個水平位移監(jiān)測點，編號分別為WY1、WY2和WY3，如圖1所示。2013年8月7日建立初值，2013年8月28日最后一次監(jiān)測，期間共進行了18次監(jiān)測。由圖6可知，三個監(jiān)測點表現(xiàn)出相似的變化趨勢。監(jiān)測初期，隨著基坑開挖深度的進一步加深，三個監(jiān)測點水平位移都有不同程度的增加。8月12日基坑開挖至底，8月13日開始底板澆筑，隨著底板的澆筑施工，冠梁頂部水平進一步向坑內(nèi)發(fā)展。由于已澆筑部分底板強度的增長，影響了圍護結構的側向位移，因此測點WY1和WY2在8月19日出現(xiàn)了轉折，測點WY3則在8月18日出現(xiàn)了轉折點，這與土體測斜CX1的變形情況較為吻合。8月21日至8月26日三個監(jiān)測點的水平位移均呈增大趨勢，8月26日測點WY1和WY2都達到最大值，分別為 -2.91 mm和-2.30 mm，WY3則在8月28日達到最大值-2.20 mm。三個監(jiān)測點中WY1值最大，WY3值最小，WY2值居中，三測點的水平位移監(jiān)測值最終分別穩(wěn)定在-2.80 mm、-2.30 mm和-2.20 mm。

圖6基坑邊坡坡頂水位移變化曲線圖

監(jiān)測結果表明：三個監(jiān)測點的水平位移按WY3→WY2→WY1位置呈增大趨勢，一定程度上說明坑外土體向基坑內(nèi)變形的發(fā)展趨勢，即由北向南逐漸增大。另外，冠梁頂部水平位移的監(jiān)測值均較小，監(jiān)測結果一定程度上地印證了土體深層水平位移位移的監(jiān)測結果，同樣說明了基坑處于穩(wěn)定態(tài)。

4.3鄰近建筑物沉降監(jiān)測結果分析

基坑毗鄰①、②、③、④號建筑物，四棟需保護的建筑物中以②號離基坑較近，因此取②號樓建筑上的監(jiān)測點C1、C2、C3和C4進行分析。由②號樓建筑沉降數(shù)據(jù)處理后繪制的時間～沉降變化曲線可知臨近建筑物各監(jiān)測點的沉降變化趨勢十分相似[13]，但在數(shù)值上卻有較大的差距。在明挖施工過程中，建筑物沉降主要經(jīng)歷了從基坑開挖至底板澆筑階段和結構澆筑至頂板回填階段兩個階段[14]，這里僅對前一階段進行分析。2013年4月26日建立初值，2013年8月28日最后一次監(jiān)測，期間共進行了35次監(jiān)測。期間建筑物沉降較為明顯。如圖7所示，監(jiān)測初期，4月26日至5月19日近一個月的時間里，四個監(jiān)測點的沉降量都較小，最大值出現(xiàn)在C3測點，數(shù)值為6.42 mm。5月19日基坑開始開挖，②號樓建(構)筑物上四個測點的累計沉降量均逐步增大，其主要原因有以下兩點：一方面，隨著基坑開挖深度的增大，開挖面土體應力得以釋放，造成開挖面土體向基坑內(nèi)變形，致使基坑周邊土體下沉，建(構)筑物也隨之下沉；另一方面，基坑開挖降水過程中，隨著地下水位降低，含水層排水導致周邊土體下沉引起建筑物下沉[10]。但各測點增大的量有所區(qū)別，即出現(xiàn)了不均勻沉降，增加的幅度按C3→C2→C4→C1的次序遞減，②號樓建筑物變成為沿C1→C3對角線方向傾斜沉降，這與測點與基坑距離的遠近相吻合。6月2日和6月6日兩次測得測點C3的累計沉降量均超控制值，其中6月6日測點C3的累計沉降量已達24.51 mm，建筑物上出現(xiàn)了裂縫，此時基坑開挖至約2 m處。監(jiān)測人員據(jù)此向施工單位報警，最終施工方?jīng)Q定暫停開挖。停挖期間，由土體孔隙比變化引起的緩慢固結沉降導致累計沉降值進一步增大，至8月4日測點C3的累計沉降量34.01 mm，8月4日基坑再次開挖至開挖到坑底期間，隨著開挖深度的加大，各測點的沉降略有增大，但增加的速率較小，主要原因是：前期開挖產(chǎn)生的沉降和停挖期間的固結沉降已經(jīng)使得基坑周邊土體變得密實，改變了原有土體的物理力學性質(zhì)。底板澆筑后，各測點沉降量的增加都很平緩，并逐步趨于穩(wěn)定，最后一次監(jiān)測四個測點C1、C2、C3和C4的最大值分別為15.29 mm、23.08 mm、24.05 mm和38.19 mm。有三個測點的沉降量超控制值，相鄰點之間的差異沉降最大值為15.11 mm(C2與C3之間)。

監(jiān)測結果表明：②號樓出現(xiàn)了不均勻沉降，大致上沿C1到C3對角線方向朝基坑側傾斜變形，這與基坑邊坡坡頂三個測點的水位移在空間上的變化情況相互印證。此外，8月7日以后建筑物各測點的沉降量變化較小，一定程度上解釋了土體深層水平位移和和基坑邊坡坡頂水平位移較小的原因。

圖7鄰近建(構)筑物累計沉降變化曲線圖

4.4基坑周邊地下水位監(jiān)測結果分析

結合本基坑周邊的環(huán)境、水文地質(zhì)條件和基坑自身特點，僅在基坑的兩對角上布置了兩個水位監(jiān)測點，編號為SW1和SW2。2013年8月7日建立初值，2013年9月28日最后一次監(jiān)測，期間共進行了40次監(jiān)測。對兩個水位孔的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，并歸納繪制水位隨時間變化曲線圖，如圖8所示。由圖8可知，水位孔SW2較為穩(wěn)定，僅在-0.4 m～0.5 m之間輕微地擺動。水位孔SW1的變化則較為明顯，2013年8月8日至2013年8月10日兩天的時間內(nèi)，水位就由0.00 m近似直線地增長到2.17 m，2013年8月10日至2013年9月4日期間，水位孔SW1的監(jiān)測值基本上在2.00 m～3.00 m之間擺動，且一直處于超控制值狀態(tài)。2013年9月4日后，隨著底板的逐步澆筑完成，水位孔SW1的監(jiān)測值逐漸減小，基坑周邊地下水位逐漸恢復，2013年9月16日，監(jiān)測數(shù)據(jù)為1.26 m。

圖8水位隨時間變化曲線圖

監(jiān)測結果表明：基坑開挖過程中水位孔SW1的水位增長迅速，很長一段時間維持在高水位，主要原因有兩點：一是基坑外水源較充足(距離水位監(jiān)測點SW1約10 m處有一水塘)；二是坑外土壤滲透性較好(SW1側砂層較厚)，短時間內(nèi)有大量地下水朝基坑方向滲流。正是由于這兩點才出現(xiàn)了圖8所示的水位隨時間的變化曲線圖。

5　結　論

通過對惠州龍門第二自來水廠基坑施工過程中的各監(jiān)測項目進行跟蹤監(jiān)測及監(jiān)測分析得出以下結論：

(1)由于圍護結構處于懸臂狀態(tài)，在坑外主動土壓力的作用下，土體深層水平位移的最大值在頂部，最小值在底部，曲線形態(tài)整體上呈“掃帚形”。

(2)在基坑開挖影響范圍內(nèi)建筑物上各測點的沉降規(guī)律十分相似，但沉降量因測點與基坑的距離、地下水升降及變形體周邊約束等因素的影響而有較大差別，變形具有明顯的空間工程效應[15]。

(3)基坑邊坡坡頂?shù)乃轿灰频淖兓?guī)律與土體深層水平位移的變化規(guī)律得到了相互印證，此外②號樓的不均勻沉降導致的傾斜變形方向與鉆孔灌注樁樁上三個冠梁頂部水平位移監(jiān)測點的變化方向一致；說明了監(jiān)測方案的合理性與監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

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MonitoringAnalysisforthePitoftheSecondWaterTreatmentPlantinLongmen,Huizhou

QU Jiang-long,ZHANG Jian-long,TANG Kai,XIAN Jia-ju

(GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou,Guangdong510006,China)

Abstract：According to the characteristics of the supporting structures and surrounding environment of the foundation pit of the second water treatment plant in Longmen,Huizhou,a targeted monitoring scheme for the foundation pit was established.The horizontal displacement of depth layers and the slope top,the settlement of surrounding buildings and soil,as well as the underground water level were monitored by using the inclinometer,total station,level and water level indicator.The monitoring results indicate that the monitoring items are related to some extent,and the results of which are in consistency based on the comprehensive analysis of the continuous monitoring data It's necessary to monitor the foundation pit dynamically,in order to ensure the regular operation of the existing water plant and reflect the virtual condition of the foundation itself and the surrounding environment in time.

Keywords：supporting structures of the foundation pit;monitoring;horizontal displacement;settlement

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.024

中圖分類號：TU433

文獻標識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0123—06

作者簡介：屈江龍(1989—)，男，江西南昌人，碩士研究生，研究方向為地下空間技術與巖土工程。

收稿日期：2014-08-27修稿日期：2014-10-07