水利工程基坑安全監(jiān)測與工程實踐

林太清,章李樂,戴國強(qiáng)

(1.江西省水利科學(xué)院，江西 南昌 330029；2.南昌市水利規(guī)劃服務(wù)中心，江西 南昌 330029)

水利工程主體建筑物施工主要是在圍堰工程內(nèi)施工的，只有少量的建筑物施工是在不需要圍堰工程的情況下施工的。由于建筑物的基礎(chǔ)需要按設(shè)計要求開挖到一定的深度才能滿足地基承載力設(shè)計指標(biāo)要求，因此水利工程建筑物基礎(chǔ)開挖就會形成一定深度規(guī)模的基坑。

基坑的安全不僅關(guān)乎主體建筑物的施工安全，也影響周邊環(huán)境的安全甚至更為關(guān)鍵。在基坑施工過程中，只有對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周圍的土體和相鄰的建筑物進(jìn)行系統(tǒng)、全面監(jiān)測，并將信息及時反饋給有關(guān)單位，判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境安全狀態(tài)，才能確保工程施工的順利進(jìn)行[1]。

與其他行業(yè)相比，水利工程基坑在安全監(jiān)測上缺少統(tǒng)一指導(dǎo)依據(jù)。而在基坑工程施工過程中，對基坑地下水和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行系統(tǒng)、全面監(jiān)測，能及時掌握圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全狀態(tài)，確保工程施工的順利進(jìn)行。本文在分析水利基坑監(jiān)測現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，以九江市沙閻路閘橋工程基坑監(jiān)測為例，對水利工程基坑安全監(jiān)測控制要點進(jìn)行總結(jié)，為水利工程基坑監(jiān)測提供經(jīng)驗和借鑒。

1 基坑監(jiān)測現(xiàn)狀

1.1 不同行業(yè)基坑監(jiān)測的差異分析

目前基坑監(jiān)測，主要依據(jù)建筑行業(yè)的GB 50497—2019《建筑工程基坑監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[2]進(jìn)行。規(guī)范從監(jiān)測項目、監(jiān)測點布置、監(jiān)測方法及精度、監(jiān)測頻率、監(jiān)測報警、數(shù)據(jù)處理與信息反饋等對基坑監(jiān)測的全過程進(jìn)行了全面系統(tǒng)指導(dǎo)。部分行業(yè)根據(jù)自身基坑工程的特點制定了適用自身行業(yè)的規(guī)程規(guī)范。

(1)公路行業(yè)基坑

根據(jù)GB 50982—2014《建筑與橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[3]，橋梁基坑工程應(yīng)依據(jù)GB 50497—2019實施監(jiān)測。

(2)城鐵行業(yè)基坑

根據(jù)GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[4]實施監(jiān)測。

(3)水電行業(yè)基坑

根據(jù)DL/T 5308—2013《水電水利工程施工安全監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》[5]，規(guī)范中并未明確基坑監(jiān)測內(nèi)容，但要求監(jiān)測應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)，即水利水電基坑工程應(yīng)依據(jù)GB 50497—2019實施監(jiān)測。

1.2 不同地區(qū)建筑基坑監(jiān)測的差異分析

在我國主要有山東、上海、北京等地較早有基坑監(jiān)測的相關(guān)規(guī)范規(guī)程頒布施行。

最早在2003年山東省建設(shè)廳頒布DBJ 13—022—2003《基坑建筑項目監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[6]。規(guī)范為基坑工程的監(jiān)測提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，從而保證了基坑的安全施工。山東規(guī)范提出了對工程中出現(xiàn)的超過規(guī)范應(yīng)用范圍的重大技術(shù)難題、新成果的合理推廣應(yīng)用以及嚴(yán)重事故的處理。

上海市建設(shè)和交通委員會2006年頒布了DG/TJ 08—2001—2006《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》[7]，并于2016年重新修訂，主要新增了自動化監(jiān)測的相關(guān)內(nèi)容[8]。

與上海市類似，為了對建筑基坑及周圍地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，北京市建設(shè)委員會2007年也出臺了基坑監(jiān)測技術(shù)規(guī)程DB 11/489—2007《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[9]。北京地標(biāo)在一些特殊環(huán)境內(nèi)，如凍土、膨脹土和腐蝕性地層等方面的開挖基坑的監(jiān)測提出了相應(yīng)的措施。

1.3 水利行業(yè)基坑監(jiān)測現(xiàn)狀

水利行業(yè)基坑監(jiān)測起步相對較晚，在具體的監(jiān)測實施上，除大型工程實施了監(jiān)測外，其他工程項目基本未進(jìn)行施工期的監(jiān)測工作，而且多數(shù)水利工程基坑監(jiān)測，主要以專項監(jiān)測為主，如針對圍堰[10-15]或者開挖邊坡[16-17]進(jìn)行單獨的專項監(jiān)測，缺乏對基坑的全面系統(tǒng)的監(jiān)測；監(jiān)測技術(shù)規(guī)范方面，現(xiàn)階段水利行業(yè)基坑監(jiān)測主要參照建筑基坑和大壩監(jiān)測進(jìn)行，其中對土石圍堰主要參照大壩監(jiān)測進(jìn)行[10-13]，鋼板樁或混凝土樁圍堰等以及開挖基坑主要參照建筑基坑進(jìn)行監(jiān)測[18]。目前僅有DL/T 5308—2013一部規(guī)范對水利工程施工監(jiān)測工作進(jìn)行指導(dǎo)，且對基坑工程涉及相對較少。鑒于水利工程基坑的特殊性和復(fù)雜性的特點，為進(jìn)一步規(guī)范水利工程中基坑監(jiān)測，亟需制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范指導(dǎo)水利工程基坑進(jìn)行全面系統(tǒng)的監(jiān)測工作。

2 水利工程基坑監(jiān)測

2.1 水利工程基坑的基本特征

傳統(tǒng)的水利工程如攔河壩、防洪堤的修建，主體建筑物的施工多在以土石圍堰或開挖邊坡形成的基坑內(nèi)進(jìn)行，基坑的安全主要以單一的圍堰或邊坡監(jiān)測為主進(jìn)行控制。

近年來，以城鎮(zhèn)防洪為主的濱湖臨河的閘壩、泵站等的建設(shè)，受周邊需要保護(hù)的建筑、居民等環(huán)境的影響，以鋼板樁等新型圍堰形成的基坑越來越多地應(yīng)用到水利工程中，基坑的監(jiān)測必然需要更為系統(tǒng)地進(jìn)行。

區(qū)別于其他土建工程的基坑，水利工程基坑總結(jié)起來主要有以下幾個特征：①以臨水為主要特征，基坑安全受外河湖水荷載的影響較大。②除開挖外，圍堰及開挖山體邊坡也是形成基坑的主要方式。③汛期基坑的安全問題特別突出，部分基坑甚至有過水的需要。④基坑的形狀多數(shù)不規(guī)整，或不封閉。

2.2 水利工程基坑監(jiān)測的必要性

SL 721—2015《水利水電工程施工安全管理導(dǎo)則》[19]第7.3.1條規(guī)定，施工單位應(yīng)在施工前，對達(dá)到一定規(guī)模(開挖深度達(dá)到3m(含)～5m或雖未超過3m但地質(zhì)條件和周邊環(huán)境復(fù)雜的基坑(槽)支護(hù)、降水工程；開挖深度達(dá)到3m(含)～5m的基坑(槽)的土方和石方開挖工程)的危險性較大的單項工程應(yīng)編制專項施工方案；對于超過一定規(guī)模(開挖深度超過5m(含)的基坑(槽)的土方開挖支護(hù)、降水工程；開挖深度雖未超過5m但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜、或影響毗鄰建筑(構(gòu)筑)物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護(hù)、降水工程)的危險性較大的單項工程，施工單位應(yīng)組織專家對專項施工方案進(jìn)行審查論證。

SL 721—2015第7.3.2條規(guī)定的專項施工方案應(yīng)包括內(nèi)容中的第5項有“監(jiān)測監(jiān)控”等施工安全保證措施要求。第11.3.1條2款規(guī)定，開挖深度超過3m(含)的深基坑作業(yè)和開挖深度雖未超過3m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜、或影響毗鄰建筑(構(gòu)筑)物安全的深基坑作業(yè)的深基坑工程屬于重大危險源；第11.3.1條10款規(guī)定，圍堰工程屬于其他重大危險源。

《水利工程生產(chǎn)安全重大事故隱患判定標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(水安監(jiān)〔2017〕344號)第3.1條規(guī)定：圍堰工程未開展監(jiān)測監(jiān)控，工況發(fā)生變化時未及時采取措施；深基坑(槽)未按要求(規(guī)定)監(jiān)測的直接判定為水利工程建設(shè)項目生產(chǎn)安全重大事故隱患?！端姽こ淌┕のｋU源辨識與風(fēng)險評價導(dǎo)則(試行)》(辦監(jiān)督函〔2018〕1693號)附件2水利水電工程施工重大危險源清單(指南)規(guī)定：開挖深度超過5m(含)的深基坑作業(yè)，或開挖深度雖未超過5m，但地質(zhì)條件、周圍環(huán)境和地下管線復(fù)雜，或影響毗鄰建筑(構(gòu)筑)物安全的“深基坑作業(yè)”和“圍堰工程”屬于直接判定的“設(shè)施場所類”重大危險源。

綜上，水利工程中基坑安全是工程施工過程安全管理、隱患判定、危險源識別十分重要的一項內(nèi)容。為確保水利工程主體建筑物施工安全順利進(jìn)行，根據(jù)水利工程的特點有針對性、系統(tǒng)性的對水利工程基坑進(jìn)行安全監(jiān)測是非常必要的。

3 水利基坑監(jiān)測案例

3.1 工程概況

沙閻路閘橋工程位于九江賽城湖和八里湖的隔堤上，工程主要目的為實現(xiàn)八里湖和賽城湖連通。水閘設(shè)計2孔閘室，單孔凈寬25mm，上部設(shè)置交通橋與兩側(cè)隔堤道路連接。

為營造干燥施工場地，在2湖側(cè)分別采用圍堰形成基坑。2湖側(cè)圍堰均采用雙排預(yù)制混凝土方樁圍堰，圍堰堰寬8m，2排方樁之間設(shè)置鋼拉桿進(jìn)行固定，方樁圍堰迎水側(cè)設(shè)置竹排及復(fù)合土工膜，背水側(cè)設(shè)置竹排及反濾土工布，堰室內(nèi)填黏土。此外迎水側(cè)設(shè)置寬3m護(hù)腳，基坑側(cè)設(shè)置5m填土護(hù)道。圍堰上部迎水側(cè)設(shè)置袋裝土子堰。

3.2 監(jiān)測項目及測點布置

為確保閘橋主體建筑物施工安全進(jìn)行，對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平和豎向位移、基坑地下水位和2湖水位、周邊建筑物及主體建筑物進(jìn)行了監(jiān)測，基坑監(jiān)測平面布置如圖1所示。

圖1 監(jiān)測平面布置圖

(1)水平位移監(jiān)測

圍堰水平位移采用高精度全站儀進(jìn)行監(jiān)測，測點主要包括基坑圍堰的樁頂水平位移監(jiān)測點。監(jiān)測點沿圍堰和基坑周邊布設(shè)，布設(shè)間距為40m和30m，共布設(shè)40個水平位移監(jiān)測點(其中圍堰周邊共布置18個水平位移監(jiān)測點，基坑周邊共布置22個水平位移監(jiān)測點)，測點包含了圍堰的陽角、轉(zhuǎn)角及圍堰中部等關(guān)鍵部位。

基坑邊坡水平位移采用測斜管監(jiān)測，在基坑開挖較深的邊坡頂部附近布置11套測斜管，測斜管鉆孔深度深入基坑底高程1/2開挖深度左右。采用滑動式測斜儀按照每0.5m從底部逐步觀測的方法，計算邊坡不同深度的水平位移。

(2)豎向位移監(jiān)測

豎向位移采用精密水準(zhǔn)測量法監(jiān)測，監(jiān)測點包括基坑圍堰監(jiān)測點和周邊建筑物監(jiān)測點。監(jiān)測點沿圍堰和基坑周邊布設(shè)，布設(shè)間距為40m和30m，共布設(shè)40個豎向位移監(jiān)測點(其中圍堰周邊共布置18個豎向位移監(jiān)測點，基坑周邊共布置22個豎向位移監(jiān)測點)，測點包含了圍堰的陽角、轉(zhuǎn)角及圍堰中部等關(guān)鍵部位；周邊建筑物(即水產(chǎn)大樓)布置8個豎向位移監(jiān)測點。

(3)基坑地下水位及兩湖水位監(jiān)測

為監(jiān)測圍堰滲水狀況，分別對基坑地下水位和2湖水位進(jìn)行監(jiān)測?；拥叵滤徊捎脺y壓管監(jiān)測，測壓管布置在基坑四周邊坡布置11個測點。測壓管安裝深度與基坑開挖深度基本一致。2湖水位采用水位尺進(jìn)行監(jiān)測。

(4)主體建筑物的監(jiān)測

考慮經(jīng)開開挖、地下水位及基坑進(jìn)水后主體建筑物的安全，在主體建筑物布置了20個監(jiān)測點對建筑物的水平位移和豎向位移進(jìn)行了監(jiān)測。

(5)巡視檢查

基坑巡視檢查內(nèi)容主要包括：支護(hù)結(jié)構(gòu)有無塌陷、裂縫和滑坡，有無涌土、管涌；施工場地地表水、地下水排放狀況是否正常，基坑降水設(shè)施是否運轉(zhuǎn)正常；基坑周邊道路(地面)及建筑物有無裂縫、沉陷；監(jiān)測設(shè)施的完好情況。

3.3 監(jiān)測頻次確定

基坑安全監(jiān)測貫穿于施工全過程，在施工開始前按規(guī)范和設(shè)計圖紙要求及時布置監(jiān)測點并采集初始值，且采集次數(shù)不少于3次。隨著施工進(jìn)度，必要時適時適當(dāng)增加監(jiān)測點。與建筑基坑不同，水利工程基坑監(jiān)測頻次完全按開挖深度進(jìn)行顯然不適用，本次監(jiān)測工作主要根據(jù)汛期情況進(jìn)行安排，見表1。

表1 監(jiān)測頻次

3.4 監(jiān)測預(yù)警值確定

基坑監(jiān)測過程中，根據(jù)基坑設(shè)計圖紙、施工方案及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)確定合理的預(yù)警值是監(jiān)測工作開展前的一項重要工作。主要通過累計值和變化速率2個指標(biāo)控制，變形監(jiān)測和地下水位監(jiān)測的預(yù)警值按表2執(zhí)行。

表2 監(jiān)測預(yù)警值

3.5 監(jiān)測信息反饋

基坑監(jiān)測的主要作用是確保工程在施工過程中的安全，包括對基坑的安全預(yù)警和指導(dǎo)施工進(jìn)度。因此基坑監(jiān)測過程中應(yīng)盡快將監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整編分析，并及時將信息反饋，包括正常情況的日報、月報及最終的監(jiān)測分析，必要時需要提交周報；預(yù)警情況下的快報及消警報告等。

3.6 監(jiān)測效果評價

沙閻路閘橋工程基坑施工過程中，通過儀器監(jiān)測結(jié)合現(xiàn)場巡視檢查工作，多次對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、滲水等工程險情進(jìn)行了預(yù)警，有效保證了工程安全，基坑施工全過程未發(fā)生重大安全事故。

4 結(jié)語

經(jīng)過沙閻路閘橋工程等工程基坑的監(jiān)測，總結(jié)水利工程基坑的監(jiān)測經(jīng)驗如下：

(1)水利工程多建于濱湖臨河位置，與其他土建工程基坑周邊為陸地不同，基坑不封閉、地下水補給豐富。基坑滲流、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形受河湖水位的變化影響較大，施工中需要考慮的因素更多，難度更高，基坑的防滲、排降水需更加重點監(jiān)測。

(2)水利工程主體建筑物常兼做施工期基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。一方面對主體建筑物的設(shè)計、施工需要考慮的因素更加復(fù)雜，另一方面施工期主體建筑物的監(jiān)測需納入基坑監(jiān)測的范疇。

(3)水利工程建設(shè)均有防汛度汛的需要，汛期根據(jù)洪水等級的不同，基坑監(jiān)測在監(jiān)測項目、頻次及預(yù)報上有更為嚴(yán)格的需求。

此外，目前水利工程基坑監(jiān)測尚無相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范性文件要求等。因此，制定適用水利工程基坑安全監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)是迫切需要的。