武漢鸚鵡洲長江大橋南錨碇基坑開挖施工監(jiān)測技術(shù)
2015-06-18
1、工程概況
鸚鵡洲長江大橋位于武漢市中心城區(qū)，橋址距下游長江大橋約2.0公里，距上游規(guī)劃楊泗港過江通道約3.2Km，距白沙洲大橋6.3公里。北接漢陽的鸚鵡大道，南連武昌的復(fù)興路。大橋全長3420m，其中主橋長2100m，采用200+2×850+200m三塔四跨鋼板結(jié)合梁懸索橋。主線橋設(shè)計雙向8車道，主橋橋?qū)?8米，車道布置為2×(3.75+3×3.5)m。
南錨碇位于長江南岸武昌側(cè)，采用圓形地下連續(xù)墻方案。南錨碇基礎(chǔ)采用外徑68m，壁厚1.5m的圓形地下連續(xù)墻加環(huán)形鋼筋混凝土內(nèi)襯作為基坑開挖的支護結(jié)構(gòu)。南錨碇距離防洪墻較近，根據(jù)地質(zhì)勘測顯示，南錨范圍內(nèi)存在部分巖溶現(xiàn)象?？紤]到此處堤防為長江一級堤防，且橋址位于武昌中心城區(qū)，在南錨外部10m處設(shè)一道0.8m厚的自凝灰漿擋水帷幕。
2、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況
工程場區(qū)位于長江大橋上游約2.0Km，兩岸為長江沖積一級階地，地形平緩，總的地勢為東高西低。長江北岸地面標(biāo)高 21～25m，主要為第粘性土、淤泥質(zhì)土、粉土、粉細砂，厚 30m 左右，下部卵礫石層厚 30m左右。長江南岸地面標(biāo)高24～31.2m，南岸較低洼處為弧形分布的巡司河，主要為第四系中更新統(tǒng)沖、洪積粘性土和由粘性土充填的礫卵石層， 厚15～5m。階地表層多為人工填土覆蓋，厚0～5m。
上層滯水：賦存于淺部人工填工中，無統(tǒng)一自由水面，接受大氣降水和地面排水垂直下滲補給，水量較小。
第四系松散巖類孔隙水：賦存于第四系砂層中，為主要地下水含水層，具微承壓性，與長江水力聯(lián)系密切，互補關(guān)系、季節(jié)性變化規(guī)律明顯。水位埋深一般4～6m。在長江豐水期，江水補給地下水，反之地下水補給江水。
3、施工監(jiān)測
3.1 監(jiān)測目的
南錨錨區(qū)地質(zhì)情況較復(fù)雜，仍然存在一些不確定因素，造成了基坑施工安全的不確定因素多，仍有一定的施工風(fēng)險。基坑開挖是南錨碇工程的施工重點，既是檢驗，也是控制基坑施工安全的過程，因此在基坑開挖過程中采取嚴(yán)密的監(jiān)控措施尤為重要。通過在地連墻、內(nèi)襯和基坑內(nèi)外土體內(nèi)埋設(shè)相應(yīng)的傳感器，作為深基坑開挖施工時的“眼睛”，隨時掌握圍護結(jié)構(gòu)的位移、變形和受力情況以及基坑內(nèi)外土體的變化情況，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋、及時分析，以便及時采取相應(yīng)措施，確?；娱_挖和基坑結(jié)構(gòu)的安全。
在基坑施工中嚴(yán)格執(zhí)行信息化施工管理。根據(jù)監(jiān)測信息并結(jié)合基坑結(jié)構(gòu)受力、封水等情況進行系統(tǒng)分析，對近期及遠期基坑的運行情況進行較為可靠的預(yù)測，并在施工過程中對基坑施工及時提出有效的指導(dǎo)性意見，保證基坑的施工安全。一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，則立刻實施施工預(yù)案，確?；蛹伴L江大堤的安全。
監(jiān)測作為復(fù)雜橋梁錨碇施工中的重要環(huán)節(jié)之一，其重要性主要體現(xiàn)在：
1、為橋梁錨碇施工的開展提供及時的反饋信息；
2、作為設(shè)計與施工的重要補充手段；
3、對錨碇工程的安全性和對周圍環(huán)境的影響程度有全面的掌握，以確保錨碇工程和相鄰建筑物的安全；
4、積累工程經(jīng)驗，為提高錨碇工程設(shè)計和施工的整體水平提供依據(jù)。
3.2監(jiān)測內(nèi)容
1、環(huán)境監(jiān)測：包括錨碇周邊土體變形監(jiān)測和長大堤變形監(jiān)測；
2、水工監(jiān)測：包括基坑內(nèi)、外地下水位監(jiān)測和基坑孔隙水壓水監(jiān)測；
3、地下連續(xù)墻監(jiān)測：包括帽梁變形監(jiān)測、地連墻應(yīng)力監(jiān)測和地連墻深層側(cè)向變形監(jiān)測；
4、建筑物監(jiān)測：周邊建筑物沉降及位移監(jiān)測；
5、內(nèi)襯監(jiān)測：內(nèi)襯橫向應(yīng)力監(jiān)測。
3.3監(jiān)控方法
3.3.1地下連續(xù)墻鋼筋及混凝土應(yīng)力監(jiān)測
1、監(jiān)測手段和頻率
地下連續(xù)墻墻體鋼筋應(yīng)力采用應(yīng)力計監(jiān)測。
墻體鋼筋應(yīng)力監(jiān)測按照規(guī)范要求，開挖深度5m內(nèi)時每2天1次，5～10m每天1次，大于10m每天2次。底板澆筑完成，錨體部分施工階段，因圍護結(jié)構(gòu)已處于控制階段，可放寬至每天1次，28天后可放寬至每3天一次，隨著監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定，可以減少至每15天一次。直到頂板施工完成后，停止監(jiān)測。
2、測點布置。
在平行與垂直大橋軸向的地下連續(xù)墻內(nèi)布設(shè)鋼筋應(yīng)力測孔4個，在45度角位置上各布設(shè)4個監(jiān)測孔，每個監(jiān)測孔中分兩個剖面埋設(shè)，分別為迎土、迎坑面（即G1-A、G1-B～G8-A、G8-B，見圖1）。根據(jù)本工程的特點，每個剖面布設(shè)20只鋼筋應(yīng)力計，其中第一組應(yīng)力計布設(shè)在墻頂向下4m處。每個剖面同一橫截面內(nèi)布設(shè)的兩只呈對稱布置，共計布置160只應(yīng)力計。應(yīng)力計直徑與鋼筋主筋相同，在布設(shè)位置截斷主筋用應(yīng)力計置換。
3.3.2內(nèi)襯鋼筋及混凝土應(yīng)力監(jiān)測
1、監(jiān)測手段和頻率。
內(nèi)襯應(yīng)力監(jiān)測均也采用應(yīng)力計監(jiān)測。
內(nèi)襯應(yīng)力在開挖階段，開挖深度5m內(nèi)時每2天1次，5～10m每天1次，大于10m每天2次。底板澆筑完成，錨體部分施工階段，因圍護結(jié)構(gòu)已處于控制階段，可放寬至每天1次，28天后可放寬至每3天一次，隨著監(jiān)測數(shù)值穩(wěn)定，可以減少至每15天一次。直到頂板施工完成后，停止監(jiān)測。
2、測點布置。
內(nèi)襯應(yīng)力監(jiān)測在地下連續(xù)墻襯墻內(nèi)埋設(shè)應(yīng)力監(jiān)測孔，在平行與垂直大橋軸向的兩個方向上共布設(shè)4個，即WL1～WL4。每個監(jiān)測孔中分兩個剖面埋設(shè)，分別為迎坑、背坑面。根據(jù)工程特點，每個剖面埋設(shè)6只應(yīng)力計，其中第1組應(yīng)力計布設(shè)在墻頂向下5m處。每個剖面的同一橫截面內(nèi)的兩個應(yīng)力計按內(nèi)襯墻的中軸線對稱布置，共布設(shè)48只應(yīng)力計。
3.3.3地連墻、墻外地表和大堤的沉降及水平位移監(jiān)測
1、監(jiān)測手段和頻率
沉降采用精密水準(zhǔn)儀監(jiān)測；大堤水平位移采用全站儀監(jiān)測，地下連續(xù)墻及墻外土體水平位移則采用測斜管監(jiān)測。
監(jiān)測頻率為從錨體施工至全橋竣工期間，對地連墻及墻外四周地表、大堤和周圍建筑物每周進行一次沉降及位移觀測，錨碇施工完畢后可將監(jiān)測周期調(diào)整為每月一次。如若遇見特殊情況，則根據(jù)招標(biāo)人要求加測。
2、測點布置
基準(zhǔn)點借用施工監(jiān)測網(wǎng)的基準(zhǔn)點。
地連墻上的監(jiān)測點布設(shè)在Ⅰ期槽段上，施工Ⅱ期槽段及后續(xù)項目時對其進行監(jiān)測。
大堤的水平位移和沉降監(jiān)測點為同一個點，監(jiān)測點布置如圖4.4所示。布設(shè)原則為離開沉井5m、10m、20m呈放射狀布設(shè)監(jiān)測點，大堤附近每20m左右間距一個監(jiān)測點。
在地連墻外5m處設(shè)置測斜管，觀測地基土的水平變形。
在地連墻上及外側(cè)地表設(shè)置測點，觀測地表沉降。監(jiān)測點的設(shè)置盡量避開施工的干擾，監(jiān)測點采用統(tǒng)一規(guī)格的φ18mm×200mm鋼質(zhì)監(jiān)測點。
3.3.4水位監(jiān)測
（1）監(jiān)測手段和頻率。
地連墻外地下水位監(jiān)測采用JTM-9000型鋼尺水位計測量。將JTM-G9600A型PVC水位管埋設(shè)在土中或安置在地連墻內(nèi)，測量水位的時候用水位計放入水位管中測量。水位監(jiān)測頻率為每3天1次。
（2）測點布置。
地連墻與帷幕間布置共布置8只地下水位監(jiān)測測孔（SW1～SW8，見圖4），孔深應(yīng)保證大于可能的最低水位。同時，在帷幕外布置四條剖面，每個剖面上各隔5m、10m和20m布置三個地下水位監(jiān)測孔，以形成滲流水位監(jiān)測網(wǎng)格。
3.3.5周圍建筑物的沉降及位移監(jiān)測
在地下連續(xù)墻附近50m左右有一棟六層樓居民住宅樓，需要對該樓進行沉降和位移的監(jiān)測，監(jiān)測網(wǎng)格的布設(shè)如圖5。
1、監(jiān)測手段和頻率。
水平位移采用全站儀監(jiān)測；沉降采用水準(zhǔn)沉降觀測技術(shù)監(jiān)測。
監(jiān)測頻率為從錨體施工至全橋竣工期間，對地連墻四周地表、大堤和周圍建筑物每周進行一次沉降及位移觀測，錨碇施工完畢后可將監(jiān)測周期調(diào)整為每月一次。
2、測點布置。
用全站儀對臨近建筑物進行水平位移和傾斜度監(jiān)測時，在建筑物影響范圍之外，選兩個基準(zhǔn)點A0和A1，在建筑物周圍選擇6個工作基點（A2～A7），布設(shè)一條通過基準(zhǔn)點、工作基點的閉合導(dǎo)線。
3.4監(jiān)測預(yù)警
擬定合理的預(yù)警控制值是進行基坑安全性判別與控制的重要步驟，但是由于基坑形式、地質(zhì)與周邊環(huán)境的多樣性、隨機性，目前規(guī)范上對許多監(jiān)測項目的報警數(shù)值還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，往往是給出一些擬定預(yù)警值的原則與方法。從總體上而言，目前擬定監(jiān)測預(yù)警值的原則主要有：(1)滿足現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的要求，大多是位移或變形控制值；(2)對于地連結(jié)構(gòu)和支撐內(nèi)力，不超過設(shè)計預(yù)估值；(3)根據(jù)各保護對象的主管部門提出的要求；(4)在滿足監(jiān)控和環(huán)境安全前提下，綜合考慮工程質(zhì)量、施工進度、技術(shù)措施等因素;(5)各項監(jiān)測數(shù)據(jù)的允許最大變化量由設(shè)計方會同建設(shè)方、監(jiān)理方等有關(guān)單位根據(jù)設(shè)計中考慮的安全儲備度、工程重要性、周邊環(huán)境保護等級等因素綜合確定。
本方案根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009），因圍護墻施工、基坑開挖以及降水引起的基坑內(nèi)外地層位移應(yīng)按下列條件控制：
?。?）不得導(dǎo)致基坑的失穩(wěn)；
?。?）不得影響地下結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和地下工程的正常施工；
?。?）對周邊已有建筑引起的變形不得超過相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求或影響其正常使用；
?。?）不得影響周邊道路、管線、設(shè)施等正常使用；
?。?）滿足特殊環(huán)境的技術(shù)要求。
基坑工程監(jiān)測報警值應(yīng)以監(jiān)測項目的累計變化量和變化速率值兩個值控制。
基坑及支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測報警值應(yīng)根據(jù)土質(zhì)特征、設(shè)計結(jié)果及當(dāng)?shù)亟?jīng)驗等因素確定，當(dāng)無當(dāng)?shù)亟?jīng)驗時，可按《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（GB50497-2009）及相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
4、監(jiān)控實施及效果
根據(jù)目前施工狀況，基坑土方開挖最后一層，內(nèi)襯施工最后一層，地連墻及內(nèi)襯應(yīng)力均不大，其中地連墻最大為拉應(yīng)力，8個測點最大拉應(yīng)力最大出現(xiàn)在埋深最深的26m外側(cè)處，最大為32Mpa。內(nèi)襯鋼筋應(yīng)力拉、壓應(yīng)力均存在，其中底層內(nèi)襯外側(cè)均為拉應(yīng)力，最大29Mpa，壓應(yīng)力出現(xiàn)在頂層內(nèi)襯中，最大為18Mpa。地下水位隨著長江水位不斷變化，但變化幅度均正常。周邊建筑及周圍土體均無產(chǎn)生較大變形及沉降，其中周邊建筑最大變形3mm，土體沉降局部最大2mm。
通過不斷的監(jiān)控、監(jiān)測，根據(jù)本文論述制定的監(jiān)控方案在施工過程中起到了很好的信息化施工作用，為整個基坑開挖施工提供了數(shù)據(jù)支撐，有效的保證了結(jié)構(gòu)安全。
