錨碇基坑嵌巖地下連續墻施工監測研究

丁玉平

1 工程背景

某大型懸索橋錨碇基礎圍護結構為地連墻，平面形狀為“∞”形，長82.00 m，寬59.00 m，由兩個外徑59 m的圓和一道隔墻組成，地連墻壁厚為1.50 m，地連墻頂高程為5.00m，底高程為-35.00 m～-45.00 m，嵌入中風化砂巖約3.00 m，總深度40.00 m～50.00 m。分12層進行土體開挖，每層開挖3 m，開挖過程中逐圈施工地連墻內襯。

2 監測方案

在巖土工程中，由于地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件和外界其它因素的復雜影響，造成目前人們在巖土工程的認識上還有一定的局限性，針對具體的工程，很難單純從理論上預測工程中可能遇到的情況和問題，所以，在現有理論指導下有計劃地進行現場工程監測十分必要。

該錨碇所處位置巖土條件復雜、開挖深度大，并且在國內首次采用“∞”形的地下連續墻作為錨碇基坑的圍護結構，地墻尤其是“Y”形區域的施工難度大，可供借鑒的經驗也不多，故必須在施工組織設計中制定、在實際施工中實施嚴密的監測控制措施，以確保圍護結構工程在施工、運行中的安全，為優化設計、科學決策提供準確和可靠的依據。

2.1 地連墻深層水平位移監測

在連續墻施工時預先在墻體鋼筋籠內埋設測斜管，管徑為Φ70 mm，長度同墻深。測斜管內壁有二組互成90°的縱向導槽，導槽控制了測試方位。埋設時，應保證讓一組導槽垂直于墻體，另一組平行于基坑墻體。測試時，測斜儀探頭沿導槽緩緩沉至孔底，在恒溫一段時間后，自下而上以1 m為間隔，逐段測出X方向上的位移。同時用光學儀器測量管頂位移作為控制值。在基坑開挖前，對每一測斜孔分二次測量各深度點的傾斜值，取其平均值作為原始偏移值。

在帽梁上布設M1～M15共計15個監測點，點位用一金屬標志頭埋設于帽梁頂部。

測點布置見圖1所示。

圖1 地連墻變形測點布置圖

2.2 地下連續墻應力監測

在地連墻中布置10個應力測孔，編號為GJ01～GJ10，其中GJ09和GJ10布置在中隔墻。結合該工程特點，考慮每層開挖深度及內襯施工順序，北側基坑測孔（GJ04～GJ08）在豎向按照6 m/4 m/2 m間距布置8組，南側基坑測孔（GJ01～GJ03）對應布置6組，每組在迎土面、迎坑面各設一個測點；埋設應力計共計116只。其中，36 m深度以上（3組）為環向布置，其余為豎向布置。

中隔墻應力測孔（GJ09和GJ10）豎向按照6 m間距布置5組，頂部一組距地面12 m。每個測試斷面在隔墻南北側均布置測點，隔墻應力測點共計20個。應力測點布置如圖2所示。特別需要說明的是，對于中隔墻主要關注其水平方向應力，對其他地連墻在30 m深度以上也重點關注環向水平應力，30 m深度以下考慮嵌巖作用，重點關注其豎向受力變化。圖3為應力測孔剖面圖。

圖2 地連墻應力測孔布置圖

圖3 地連墻應力測孔剖面圖

3 地連墻變形監測成果及分析

表1列出了在第9層和底板澆筑后這兩個工況的地連墻變形值及深度范圍。圖4給出了變形最大的CX02號孔開挖過程中的地連墻變形。

表1 地連墻變形統計值一覽表

從表1的數據及圖4的測斜曲線可以總結以下變形規律：

（1）地連墻拱效應對錨碇圍護結構變形有較強的抑制作用，在底板澆筑后，墻體最大位移值為12 mm（CX02），其他測孔位移值均不超過7 mm，最大相對位移僅為開挖深度的0.03%，遠小于施工監控的警戒值（30 mm）。

圖4 CX02號孔變形趨勢圖示

（2）下部基巖的嵌固作用對地連墻的變形特性影響很大，各孔向坑內方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，且CX02～CX5號測孔最大變形位置在坑口，這一點與軟土地基中地下連續墻的變形特征完全不同。北側基坑的最大變形位置比南側基坑明顯要低，產生該現象的原因是南側基坑⑦3厚度明顯大于北側，因而導致南側的基巖嵌固作用更加明顯。

（3）地連墻的變形主要由土方開挖引起，由于南北側基坑的土層力學性質和施工時的開挖進程差異，導致南側和北側基坑的變形規律有一定區別：在前6層開挖中南側基坑的監測孔CX02～CX04向坑內圓心方向有一定變形，變形較大的是CX02孔，而北側的監測孔CX06～CX08向坑內的變形相對較小或向外側有較小變形；在第6～12層開挖期間，南側和北側基坑均表現為向坑內的變形，但是北側基坑的CX06～CX08孔變形值始終小于南側的CX02～CX04孔。

4 地連墻受力監測結果分析

地下連續墻應力的監測點布置按照上疏下密的原則進行，如前所述對30m深度上下的受力根據工程經驗和著重點不同，分別關注了水平環向受力和豎向受力，考慮到豎向受力的影響和研究需要，特別在接近嵌巖的部分對應力計的布置進行了適度加密。圖5為其應力實測值曲線圖。

上述測孔的地連墻應力在各深度隨開挖進程的變化情況，總結出圍護體系總體受力特點如下：

圖5 地連墻應力實測值曲線圖

（1）地下連續墻以環向受力為主，地連墻的環向應力（應力計布置在18 m、24 m和30 m深度）基本處于受壓狀態，應力值在-45 MPa～+6 MPa范圍內變化。

（2）中隔墻在圍護體系中起對撐作用，應力計均沿對撐方向水平布置，在開挖過程中，實測應力值在-45 MPa～-5 MPa范圍內變化。

（3）地下連續墻嵌巖段的豎向應力較小，且在開挖過程中沒有出現突變，最大豎向應力值不超過10 MPa，遠小于預設的報警值。

5 結論

（1）圍護壁累計最大變形為12 mm，相對位移僅為0.03%，與國內外同類基坑變形相比非常小，圍護結構各控制斷面的應力和周邊土體的沉降也小于預警值，整個開挖過程中圍護體系始終處于正常運行狀態，無異常突變。

（2）圍護壁的拱效應和基巖的嵌固作用有效抑制了墻體變形和最大變形位置的下移，優化了墻體受力，各測斜孔向坑內方向的最大位移的位置距坑底均在10 m以上，符合嵌巖地連墻的變形規律。

（3）基坑的變形和受力具有明顯時間和空間效應，縮短施工時間特別是內襯的澆筑時間可以大大減小基坑變形。