排水泵站深基坑開挖與變形監(jiān)測(cè)分析

李 海 濤

(河北滄州黃驊港礦石港務(wù)有限公司，河北 滄州 061113)

排水泵站深基坑開挖與變形監(jiān)測(cè)分析

李 海 濤

(河北滄州黃驊港礦石港務(wù)有限公司，河北 滄州 061113)

結(jié)合某排水泵站基坑工程水文、地質(zhì)條件差，周圍環(huán)境復(fù)雜且有較大的堆場(chǎng)荷載的情況，工程采用了信息化監(jiān)測(cè)手段對(duì)基坑的施工過程進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)，并分析了地下連續(xù)墻頂水平位移、水平鋼支撐軸力、電纜溝表面沉降、基坑周圍地下水位和基坑周圍土體深層水平位移的變化情況，保證了基坑在施工過程中的安全性。

基坑，施工監(jiān)測(cè)，地下連續(xù)墻，鋼支撐

1 工程概況

本工程位于天津市濱海新區(qū)，包括地上主機(jī)房和地下泵房?jī)蓚€(gè)部分，設(shè)計(jì)流量為3.64 m3/s。泵站地上主機(jī)房為兩層，高約10 m，其上布置有起重設(shè)備；地下集水池基坑工程主體深度為8.6 m，長(zhǎng)度為28.0 m，寬度為11.0 m。泵站基礎(chǔ)形式采用筏板式，底板厚為0.8 m。現(xiàn)場(chǎng)自然地面標(biāo)高為6.700 m，泵站底板下皮標(biāo)高為-1.760 m。

2 地質(zhì)條件及周圍環(huán)境

2.1 地質(zhì)概況

場(chǎng)區(qū)內(nèi)巖土根據(jù)時(shí)代特征、成因類型及土層的物理力學(xué)指標(biāo)在揭露范圍內(nèi)主要分為四大層，分別為雜填土層、淤泥質(zhì)粘土層和粉質(zhì)粘土層(根據(jù)物理力學(xué)性質(zhì)不同分為兩層)，各土層的厚度及承載力特征值等詳見表1。泵站底板下土層為淤泥質(zhì)粘土層，地基承載力特征值為70 kPa；地下連續(xù)墻持力層為粉質(zhì)粘土層，其地基承載力特征值為120 kPa。

表1 土層物理力學(xué)指標(biāo)

2.2 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水為潛水，其主要補(bǔ)給來源為海水滲透和大氣降水，埋藏深度為自然地面以下0.7 m。地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕，但對(duì)鋼筋混凝土中的鋼筋(長(zhǎng)期浸水)具有Cl-弱腐蝕性，干濕交替時(shí)具有中等腐蝕性。

2.3 周圍環(huán)境條件

基坑?xùn)|側(cè)距北港池約700 m，由于海水的滲透場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水較為豐富；南側(cè)的隔離圍墻及電纜溝與基坑之間的最短距離僅為6 m，極易受基坑開挖的影響而出現(xiàn)傾斜、坍塌的現(xiàn)象；西側(cè)為進(jìn)港路，距基坑約175 m；北側(cè)為礦石堆場(chǎng)，堆高約為10 m，堆場(chǎng)南側(cè)邊緣距基坑約為30 m，對(duì)基坑周圍土體深層水平位移的影響較大。基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

3 支護(hù)方案

由于基坑開挖高程范圍內(nèi)土質(zhì)較軟，考慮到基坑南側(cè)距圍墻和電纜溝較近且北側(cè)又為礦石堆場(chǎng)，為不影響周圍建筑物及保證基坑開挖過程的施工安全，采用地下連續(xù)墻作為開挖過程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，施工完成后連續(xù)墻將作為泵站集水池的外墻使用。地下連續(xù)墻厚度為0.8 m，深度為22.00 m，墻底標(biāo)高為-15.3 m。為減少開挖過程中墻體的水平位移，在基坑內(nèi)還設(shè)置了2層水平鋼支撐，支撐中心分別在標(biāo)高3.700 m和0.900 m處。

4 基坑監(jiān)測(cè)方案

為確保工程安全、順利的完成，必須對(duì)基坑的施工過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及時(shí)掌握基坑變形情況和基坑對(duì)周邊環(huán)境的影響，以便迅速調(diào)整施工方案，達(dá)到有效指導(dǎo)施工，避免發(fā)生安全事故的目的。

1)監(jiān)測(cè)內(nèi)容。根據(jù)規(guī)范要求及工程的實(shí)際情況，具體監(jiān)測(cè)內(nèi)容為：地下連續(xù)墻頂水平位移、水平鋼支撐軸力、電纜溝表面沉降、基坑周圍地下水位和基坑周圍土體深層水平位移。基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置圖如圖1所示。

2)監(jiān)測(cè)頻率。監(jiān)測(cè)工作在基坑開挖至模板拆除后基坑變形穩(wěn)定期間進(jìn)行。監(jiān)測(cè)頻率為基坑分級(jí)開挖至模板拆除之前1 d監(jiān)測(cè)1次；模板拆除后為2 d監(jiān)測(cè)1次。監(jiān)測(cè)期間若遇到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)突變或降雨較大時(shí)，基坑分級(jí)開挖至模板拆除之前監(jiān)測(cè)頻率加密至1 d監(jiān)測(cè)2次；模板拆除后加密至1 d監(jiān)測(cè)1次。

表2 監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

3)監(jiān)測(cè)報(bào)警值。根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)支護(hù)要求及結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)報(bào)警值指標(biāo)以累計(jì)變化量和變化速率兩個(gè)量進(jìn)行控制。本工程監(jiān)測(cè)報(bào)警指標(biāo)如表2所示。

5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

5.1 地下連續(xù)墻頂水平位移

根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，在基坑周圍的地下連續(xù)墻頂部共布置了24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。基坑開挖后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移均呈現(xiàn)向基坑內(nèi)變化的趨勢(shì)，并且隨著基坑開挖深度的增加累計(jì)水平變化量也逐漸增加。在開挖過程中，基坑北側(cè)地下連續(xù)墻頂端觀測(cè)點(diǎn)在堆場(chǎng)的荷載作用下產(chǎn)生了較大的側(cè)向位移，而南側(cè)在影響范圍內(nèi)地表無(wú)較大荷載影響，因此北側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移值較南側(cè)相對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移值大。圖2為北側(cè)上層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移量與相對(duì)應(yīng)時(shí)間的變化曲線(水平位移方向以向基坑內(nèi)變化為正)。其中5月2日～8月9日為基坑的三級(jí)開挖和底板澆筑過程的變化情況，8月9日～8月26日為下層水平支撐拆除后的變化情況。從圖2中可看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移對(duì)基坑的每一級(jí)開挖反應(yīng)都較靈敏，當(dāng)開挖停止后出現(xiàn)了不同程度的反彈，最后表現(xiàn)出水平位移值保持穩(wěn)定的情況。從圖中還可以看出處于幾何中心的幾個(gè)觀測(cè)點(diǎn)水平位移值都比其他觀測(cè)點(diǎn)的位移值大，其中B3點(diǎn)累計(jì)水平位移變化最大，累計(jì)變化值為14 mm；其次為B4和B5點(diǎn)，累計(jì)水平位移分別為13 mm和11 mm；B1和B9兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)由于受到橫向連續(xù)墻的托頂，累計(jì)水平位移變化值最小，為2 mm。

5.2 水平支撐軸力

基坑水平鋼支撐分為上下兩層，布置形式見圖1。選取上層鋼支撐中幾個(gè)典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的支撐軸力曲線繪制如圖3所示，Y3～Y6的軸力監(jiān)測(cè)從6月6日上層支撐預(yù)加壓力后開始，此時(shí)的測(cè)值為初始軸力值變化比較穩(wěn)定；至6月10日基坑進(jìn)行第二級(jí)開挖，監(jiān)測(cè)到所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平支撐軸力值均迅速增加，其中Y4的軸力值達(dá)到最大，支撐軸力為3 247.3 kN；隨后預(yù)加下層水平支撐壓力，上層支撐軸力值顯示為直線減小；然后進(jìn)行基坑的第三級(jí)開挖，上層支撐軸力值繼續(xù)增加，但隨著底板的澆筑軸力值逐漸減小；下層鋼支撐拆除后上層支撐軸力值又有一定的增加，最后軸力值逐漸趨于平穩(wěn)。

5.3 電纜溝表面沉降

根據(jù)基坑監(jiān)測(cè)要求，在電纜溝沿線布置了5個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，具體布置詳見圖1。圖4為各觀測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降量與時(shí)間的關(guān)系曲線。根據(jù)圖4可知，基坑開挖后電纜溝沉降總體呈下降趨勢(shì)。其中觀測(cè)點(diǎn)T3的累計(jì)沉降量最大，沉降值為13 mm，這主要是由于T3距泵站基坑中心較近，所以基坑開挖時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的影響比較大，從而產(chǎn)生了較大的沉降變化。另外各監(jiān)測(cè)點(diǎn)前期都產(chǎn)生了一個(gè)較大的沉降變化，在監(jiān)測(cè)過程中受施工和降雨的影響，沉降變形出現(xiàn)過一定范圍的波動(dòng)及反彈現(xiàn)象，但總體上是以沉降為主。后期隨著較深的基坑的施工完畢，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降變形速率逐漸變小并趨于穩(wěn)定。

5.4 地下連續(xù)墻外地下水位

根據(jù)水位觀測(cè)數(shù)據(jù)繪制出水位與時(shí)間變化曲線如圖5所示，由圖5可知隨著基坑開挖及基坑內(nèi)降水，基坑周圍地下水位均顯示出下降的趨勢(shì)。由于S2水位觀測(cè)點(diǎn)距基坑最近，圖中顯示其累計(jì)水位變化最大，累計(jì)下降量為707 mm。圖中還顯示8月16日和9月8日累計(jì)水位先后出現(xiàn)了兩次水位直線上升的現(xiàn)象，這是因?yàn)檫@兩天發(fā)生了較大的降雨，地下水得到了大氣降水的補(bǔ)充；但是水位抬升后又很快回落到降雨之前的水位，由此可見場(chǎng)區(qū)內(nèi)土層的滲透性較好。

5.5 基坑周圍土體深層水平位移

隨著基坑開挖深度的增加，基坑土體深層水平位移也逐步增加。圖6中土體深層水平位移曲線為泵站北側(cè)的CX1監(jiān)測(cè)點(diǎn)在施工過程中相應(yīng)各階段的土體變形情況。1階段～3階段為基坑三級(jí)開挖時(shí)的土體深層水平位移曲線，4階段～6階段分別為拆除下上兩層鋼支撐后的土體深層水平位移曲線。從圖中可以看出挖土?xí)r基坑周圍土體深層水平位移變化較大，底板澆筑完成后深層土體位移變化較小。最大累計(jì)深層水平位移出現(xiàn)在地面以下1.0 m處，位移值為73.5 mm，處于安全報(bào)警的臨界狀態(tài)。

6 結(jié)語(yǔ)

由于本工程水文、地質(zhì)條件差，周圍環(huán)境復(fù)雜且對(duì)基坑變形的要求較高，為確保施工安全，對(duì)基坑開挖的整個(gè)過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)基坑的監(jiān)測(cè)，及時(shí)捕捉到了施工中的細(xì)微變化，取得了大量有用的信息并及時(shí)反饋指導(dǎo)施工，達(dá)到有效控制施工的目的，取得了較好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張保志,周龍翔，藍(lán) 媚.廣州黃沙某基坑監(jiān)測(cè)成果分析[J].華南地震，2014,34(1)：62-65.

[2] 宋建學(xué)，鄭 儀，王原嵩.基坑變形監(jiān)測(cè)及預(yù)警技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2006(28):1889-1891.

[3] 李慶偉，陳龍華，程金明.北京某深基坑監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].施工技術(shù)，2008(37):30-32.

Analysis on deep foundation excavation and deformation monitoring of drainage pumping station

Li Haitao

(HuanghuagangOreHarborServiceCo.,LtdofCangzhouinHebeiProvince,Cangzhou061113,China)

Combining with the drainage pumping station engineering conditions including bad hydrological conditions, complicated surrounding environment and big piling field load, the paper applies information monitoring methods and monitors the foundation construction process, analyzes changing conditions of underground continuous wall displacement, horizontal steel support axial force, cable ditch surface subsidence, underground water level and deep soil displacement surrounding the foundation and so on. As a result, it guarantees the foundation safety in construction process.

foundation, construction monitoring, underground continuous wall, steel support

2015-02-27

李海濤(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)13-0070-03

TU463

A