填海區(qū)單側(cè)近接敏感建筑深基坑施工監(jiān)測分析

褚人猛

(中鐵十六局集團第一工程有限公司 北京 101300)

1 引言

為了解決交通擁堵、建筑物過度密集和城市綠地極度缺乏等問題，許多沿海城市進行了大量填海造地工程。填海區(qū)工程地質(zhì)條件差、土體性質(zhì)復雜，常導致工程設計參數(shù)選取不準、施工方案難以確定以及監(jiān)測重點把控不到位。此外，填海區(qū)建筑物密度較大，新建工程常近接敏感建筑，而敏感建筑對變形要求較嚴格，致使施工難度增加。因此，填海區(qū)單側(cè)近接敏感建筑深基坑工程仍然是一項極具挑戰(zhàn)性、高風險和高難度的巖土工程技術(shù)熱點課題[1－6]。

目前，深基坑現(xiàn)場監(jiān)測已經(jīng)成為確保深基坑工程施工安全的必要和有效手段[7－9]。嚴謹?shù)谋O(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以及時排除施工中潛在的危險，加快總體施工進度和減少成本。文章以穗莞深城際軌道深圳機場站深基坑工程施工為例，介紹在嚴格控制基坑變形條件下，如何采用嚴密、科學的監(jiān)測技術(shù)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果輔以?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)發(fā)明專利技術(shù)，對基坑施工動態(tài)調(diào)整，確?；蛹爸苓吔ㄖ锇踩?，為類似工程的施工提供可借鑒的經(jīng)驗[10－12]。

2 依托工程條件及圍護結(jié)構(gòu)設計

2.1 工程概況

穗莞深城際軌道深圳機場站為典型的填海區(qū)深基坑工程，車站東西側(cè)為機場集團能源中心，其西南側(cè)3.5 m處存在單側(cè)近接超大荷載4組蓄冷罐，該建筑屬于敏感建筑，對變形控制要求極高，其累計不均勻沉降限值為78 mm，罐體傾斜限值為0.29%，地表沉降限值為30 mm。每組蓄冷罐直徑為26.5 m，高度為30 m，運行總重為14 500 t。如何確保基坑和既有建筑物的安全及變形不超過設計要求，將成為本項目施工的重中之重，總體平面布置如圖1所示。車站基坑長約912 m，標準段基坑寬度為23.34 m，深度為19.9 m。端頭井基坑寬度為30.16 m，深度為23.34 m，基坑安全等級為一級。

圖1 車站總體平面布置

2.2 工程地質(zhì)條件

穗莞深城際軌道深圳機場站地處深圳市西部沿岸，地貌類型為沖積海積平原，沉積了較厚的淤泥層。西部填海造陸項目一般步驟為先拋石擠淤形成海堤或隔堤，然后再堆載預壓。填筑材料除海堤、隔堤外，主要為黏性土，在濱海灘涂和潮間帶，早期填筑材料比較復雜，含有大量的塊石和碎石。填海區(qū)填土普遍較厚，且多數(shù)區(qū)域無序堆載。場地下存在淤泥及淤泥質(zhì)土，呈流動狀，屬于欠固結(jié)土，強度低、變形大、固結(jié)慢。下伏花崗巖殘積土性質(zhì)差，土層粒組不均勻、級配不良、缺少中間顆粒，在含水狀態(tài)下一經(jīng)擾動極易軟化，產(chǎn)生流泥涌土現(xiàn)象，強度銳減。填海區(qū)地下水與海水聯(lián)系密切，水位較高?？辈炱陂g測得地下水穩(wěn)定水位埋深0.00～14.00 m。總體來說，填海區(qū)的止水、基坑支護及工程樁施工存在較大困難。

2.3 圍護結(jié)構(gòu)設計方案

為保證連續(xù)墻施工及基坑開挖期間基坑及蓄冷水罐的安全，圍護結(jié)構(gòu)設計考慮如下保護措施:

(1)蓄冷水罐影響范圍段地連墻厚度加厚至1.2 m，同時支撐由標準段4道增加至5道(第一、三道為混凝土支撐，其余為鋼支撐)，混凝土支撐間距由9 m加密至4.5 m。

(2)在蓄冷水罐側(cè)設置直徑0.8 m、間距1 m的鉆孔隔離樁，隔離樁外側(cè)設置攪拌樁格構(gòu)式加固土體，可有效減少連續(xù)墻成槽和基坑開挖對蓄冷水罐的影響。

(3)為減少偏載作用下基坑及支撐體系的整體水平位移，在基坑被動側(cè)設置一排鉆孔樁(直徑1 m、間距2 m)，并在樁與連續(xù)墻之間進行格構(gòu)式攪拌樁加固，同時設置連接板將連續(xù)墻頂與樁頂連接。

(4)為減少地面超載下的坑底隆起量，對坑底土體進行裙邊加抽條式加固。蓄冷水罐區(qū)域基坑標準斷面如圖2所示。

圖2 蓄冷水罐區(qū)域基坑標準斷面(單位:mm)

3 蓄冷水罐作用范圍內(nèi)基坑監(jiān)測方案及施工控制

通過依托工程條件分析，確定敏感建筑蓄冷水罐監(jiān)測和二號基坑結(jié)構(gòu)監(jiān)測方案，設置監(jiān)測項目的監(jiān)測點分布、監(jiān)測精度、警戒值和最大限值以及出現(xiàn)緊急情況后的應急措施，二號基坑總體監(jiān)測點布置如圖3所示。

圖3 蓄冷水罐作用范圍內(nèi)基坑監(jiān)測點布置

3.1 蓄冷水罐監(jiān)測技術(shù)方案

蓄冷水罐監(jiān)測項目包括:地表沉降、罐體沉降和傾斜監(jiān)測，監(jiān)測等級為特級。

(1)地表沉降

地表沉降監(jiān)測點布置于罐體之間和罐體兩側(cè)，垂直基坑布置5排，每排各5個測點，排間距為10 m。

地表沉降最大限值為30 mm，警戒值為24 mm，變化速率為1 mm/d。

(2)罐體沉降

沿每個罐體的蓄體基礎周邊布設8組測點。罐體累計不均勻沉降最大限值為98 mm，警戒值為78 mm，變化速率1 mm/d。

(3)蓄冷水罐傾斜

以每組罐體差異沉降值與罐體基礎直徑的比值為罐體的傾斜率。罐體傾斜監(jiān)測最大限值為0.29%。

3.2 蓄冷水罐范圍內(nèi)基坑監(jiān)測技術(shù)方案

基坑內(nèi)的監(jiān)測點位置及設置方法參考相關(guān)基坑監(jiān)測規(guī)范，在此不做詳述。

(1)監(jiān)測儀器設備

蓄冷水罐范圍內(nèi)基坑監(jiān)測儀器設備如表1所示。

表1 監(jiān)測儀器設備

(2)監(jiān)測項目

蓄冷水罐范圍內(nèi)基坑監(jiān)測項目及其對應的警戒值和最大限制如表2所示。

表2 蓄冷水罐范圍內(nèi)基坑監(jiān)測項目

3.3 開挖控制措施

基坑采用明挖法施工，圍護結(jié)構(gòu)達到設計強度方可進行開挖。開挖過程中堅持分層、分塊、對稱、限時開挖及隨挖隨撐的原則。

(1)據(jù)基坑周邊環(huán)境允許的變形限度來控制土方開挖和支撐架設速度。

(2)為盡可能減少開挖過程對土體的擾動以及無支撐狀態(tài)下圍護結(jié)構(gòu)暴露時間，嚴格執(zhí)行基坑開挖與支撐架設采用分層、分步、對稱、平衡、隨挖隨支的施工方案，嚴格遵循“豎向分層、縱向分區(qū)分塊、隨挖隨支”的施工原則。

(3)分層開挖深度以各道支撐豎向間距為依據(jù)，分塊長度根據(jù)土方開挖能力及支撐安裝速度確定。

3.4 分級管控理念

由于蓄冷水罐為敏感建筑，為保證其安全，對蓄冷水罐的沉降及傾斜由低到高分三級管理。第一級管理:在施工過程中蓄冷水罐變形在控制總量的70%以下，但出現(xiàn)管路和接頭損壞情況，做出一級預警，啟動動態(tài)調(diào)整并加強監(jiān)測頻率。第二級管理:沉降及傾斜變形繼續(xù)發(fā)生，但變形總量仍在變形總量的70%以下，但出現(xiàn)了蓄冷水罐設備供冷功效異常或失效，增加監(jiān)測頻率并加強空間系統(tǒng)支護，嚴控基坑變形在允許范圍之內(nèi)。第三級管理:沉降及傾斜繼續(xù)發(fā)生，達到控制總量的90%，可能危及罐體結(jié)構(gòu)安全，立即停止施工，采取加固和應急措施。

3.5 動態(tài)調(diào)整理念

施工監(jiān)測過程中，按照規(guī)范要求收集整理各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，對各項監(jiān)測資料及時進行科學計算、分析和對比，各監(jiān)測項目的監(jiān)測值不能超過設計基準值。除此之外，還應保障信息化施工，及時發(fā)現(xiàn)異常情況并預警，預測基坑及結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，提出工序施工的調(diào)整意見及安全措施。

本工程基于實際情況，采用自主研發(fā)的?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)專利技術(shù)，針對基坑在施工過程中變形進行自適應調(diào)整，嚴格控制變形在限值范圍內(nèi)，保證了基坑及周圍建筑的安全。

4 監(jiān)測結(jié)果及分析

4.1 監(jiān)控分析的關(guān)鍵點

(1)首先分析基準點的穩(wěn)定性，在確?；鶞庶c起算數(shù)據(jù)可靠性的前提下，進行罐體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。

(2)通過本次測量高程與上次測量高程的差值計算出本次變化值，從各測點找出本次最大變化值與測量誤差的最大值進行比較，當本次最大變化值小于測量誤差限值時，可認為該觀測點為沒有變形或變形不明顯。

(3)通過各期累計變化量的分析，判斷蓄冷水罐沉降、傾斜發(fā)展趨勢。

4.2 蓄冷水罐沉降監(jiān)測結(jié)果及分析

施工監(jiān)測從2016年7月2日至2017年7月16日，第三方從2017年7月21日開始監(jiān)測蓄冷水罐沉降，具體監(jiān)測情況如圖4所示。

圖4 蓄冷水罐沉降變化曲線

由圖4可知，1＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ11，累計最大沉降量為18.7 mm；2＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ19，累計最大沉降量為26.1 mm；3＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ29，累計最大沉降量為39.2 mm；4＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ35，累計最大沉降量為44.9 mm。蓄冷水罐在基坑開挖期間的累計最大沉降量為44.9 mm，小于蓄冷水罐累計不均勻沉降量警戒值78 mm。蓄冷水罐產(chǎn)生的不均勻沉降值為44 mm，最大傾斜率為0.169%，小于最大限值0.29%。最大月變化沉降量為5.1 mm，日均沉降量為0.17 mm，小于規(guī)定的變化速率1 mm/d。由此可見，基坑開挖期間可以保證蓄冷水罐的安全。

4.3 蓄冷水罐周邊地表沉降監(jiān)測及分析

由圖5可知，蓄冷水罐周邊地表累計最大沉降量為7.1 mm，小于地表沉降監(jiān)測警戒值24 mm。計算得出蓄冷水罐周圍地表沉降月變化情況，最大月變化沉降量為4.9 mm，日均沉降量為0.16 mm，小于規(guī)定的變化速率1 mm/d。

圖5 蓄冷水罐周圍地表沉降(累計變量)變化曲線

4.4 地連墻沉降監(jiān)測及分析

地連墻變形與基坑本身安全相關(guān)性較強，通過分析地連墻沉降情況來評估基坑安全性?；娱_挖期間地連墻沉降日變化情況如圖6所示。

圖6 地連墻沉降變化曲線

由圖6可知，在開挖期間地連墻沉降日變化量在“0”附近小幅度波動，最大日變化量基本未超過1 mm，小于警戒值要求(2 mm/d)。通過累加日變化量可知，WW51測點累計沉降最大為2.66 mm，也小于警戒值要求(20 mm)。綜上，基坑在開挖期間處于安全狀態(tài)。

5 結(jié)束語

(1)為保證施工安全，編寫了針對本工程實際概況且符合規(guī)范要求的監(jiān)測技術(shù)方案，對基坑周邊敏感建筑蓄冷水罐的變形和蓄冷水罐范圍內(nèi)基坑力學指標進行跟蹤監(jiān)測；研發(fā)的?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)實現(xiàn)了支撐內(nèi)力的動態(tài)調(diào)整，有效控制了基坑變形，確保了基坑及鄰近重要建筑物的安全。

(2)為保證敏感建筑蓄冷水罐安全，對蓄冷水罐的沉降及傾斜由低到高分三級管理。為減少施工的盲目性，及時發(fā)現(xiàn)施工過程中的異常情況并預警，根據(jù)監(jiān)測分析結(jié)果提出工序施工的調(diào)整意見及應采取的安全措施，保證整個工程安全、可靠推進。

(3)蓄冷水罐在開挖期間的累計最大沉降量為44.9 mm，小于蓄冷水罐累計不均勻沉降量警戒值78 mm；蓄冷水罐最大傾斜為0.169%，小于規(guī)定的最大限值0.29%。最大月變化沉降量為5.1 mm，日均沉降量為0.17 mm，小于規(guī)定的變化速率1 mm/d。蓄冷水罐周邊地表累計最大沉降量為7.1 mm，小于地表沉降監(jiān)測警戒值24 mm；最大月變化沉降量為4.9 mm，日均沉降量為0.16 mm，小于限值1 mm/d。地連墻最大日變化量不超過1 mm/d，小于警戒值要求2 mm/d。