全地埋污水處理廠超大基坑支護與監(jiān)測施工技術研究

謝鋒

（中鐵四局集團有限公司，合肥230000）

1 工程概況

江高凈水廠位于廣州市，污水廠采用全地埋方式布置，地下主體構筑物采用整體基坑開挖，基坑開挖深度主要為16.2 m和12.2 m 2 個深度，基坑開挖范圍約為283 m×172 m。圍護結構為地下連續(xù)墻加內支撐的圍護形式，內支撐為3 道混凝土支撐，斜撐截面尺寸0.8 m×1 m，對撐截面尺寸1 m×1.2 m。地連墻共 150 幅，其中 6 m“一”字形標準幅 146 幅，“L”形地連墻4 幅。地連墻厚0.8 m，土建部分一次性建成，工藝設備分期安裝。

本工程基坑開挖面積大且深度較深，采用地連墻圍護結構施工，且地下存在溶洞，施工前需要進行勘探，同時土方開挖量大，主體結構施工空間有限且施工工期短。項目整體效果圖如圖1 所示。

圖1 項目效果圖

2 地質水文情況

施工場區(qū)屬廣花沖積平原地貌。地層巖性依次為雜填土、淤泥質細砂、粉質黏土、中砂、粉砂、粉質黏土、粉砂、粗礫砂、粉質黏土、可塑粉質黏土、粉質黏土、角礫質粉質黏土、微風化石灰?guī)r。場區(qū)是地表水和地下水的徑流排泄區(qū)，地下水類型主要有上層滯水、孔隙潛水、承壓水和巖溶水。

3 關鍵項目施工順序

根據(jù)本項目實際情況制定本項目的關鍵施工順序為：施工準備→地質勘探→地下溶洞處理→地下連續(xù)墻及抗拔樁施工→基坑土方開挖及支撐施工→構建筑物主體結構施工→機電設備安裝、裝飾裝修及其他附屬工程施工→通水聯(lián)動調試→竣工驗收。

4 基坑開挖支護形式

選擇基坑支護方案時，應充分考慮影響邊坡安全性與穩(wěn)定性的各個不利因素，同時兼顧經(jīng)濟、高效的原則[1]。根據(jù)本工程的基礎埋深和基坑平面尺寸，并結合該地區(qū)的地層情況，對從技術上能滿足本項目基坑支護安全要求的幾種護坡方案進行技術和經(jīng)濟的對比分析，從而實現(xiàn)不同邊界條件下的最優(yōu)方案。根據(jù)國家和地方相關技術規(guī)范的要求，經(jīng)評定，本項目基坑工程安全等級為一級。同時，根據(jù)場地巖土工程地質勘察報告，結合場地周邊的環(huán)境情況并通過多方案的比較分析，本工程的基坑支護方案及基坑支護形式采用0.8 m厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，坑內采用3 道混凝土支撐，支撐布置以對撐、角撐為主。

5 基坑施工技術及監(jiān)測技術

進行基坑開挖施工前，組織測量人員進行導線點加密和導線點、水準點復測，對施工坐標進行計算和復核，現(xiàn)場施測后及時請監(jiān)理進行復核，無誤后方可交于現(xiàn)場進行施工。基坑開挖前，完成圍護結構頂部（樁頂）的位移監(jiān)測、基坑水位監(jiān)測、基坑圍護結構（樁身）形變監(jiān)測、圍護結構混凝土內（樁身）鋼筋應力監(jiān)測、支撐軸力等監(jiān)測項目初始值采集工作以及監(jiān)測點驗收工作（見表1）[2]。對監(jiān)測設備、儀器做好調試、校正，保證監(jiān)測設備、儀器的有效性。施工過程中對所有監(jiān)測點的狀態(tài)進行巡查，對占壓，破壞點位及時進行恢復。

表1 監(jiān)測項目控制標準表

在基坑開挖前，需要完成降水井施工并完成降水試驗。基坑開挖過程中，需要根據(jù)開挖量進行降水，確保開挖面與基坑地下水位處于安全距離。土方開挖前，對地連墻滲漏情況進行檢測，尤其是接頭位置的施工質量。針對基坑內存在的地質探孔，為確保施工安全，防止開挖時該探孔發(fā)生突涌，開挖前應根據(jù)地質報告探孔坐標現(xiàn)場放樣定位，確認是否封堵到位、有無遺漏。

基坑開挖施工工藝流程及總體技術要求：行車便道采用1∶7 放坡，碾壓密實，上鋪80 cm 厚磚渣，根據(jù)需要鋪設2 cm厚鋼板；坡道側面坡面控制在1∶2，噴射5 cm 厚C15 素混凝土；土體開挖臨時，坡面為防止雨水沖刷，在不施工時滿鋪厚塑料布，坡頂、坡腳用沙袋壓實。場地清表及平整至標高第一層內支撐底（標高7.3 m），冠梁及第一層內支撐施工；南北側中間位置設置坡道，開挖基坑中間4 道對撐位置土方至第二層對撐頂30 cm（即標高2.90 m），施作第二層對撐及局部對撐，對撐采用開槽法進行施工；北側坡道拆除，從南側坡道運輸出土，施工北側第二層角撐，同時開挖對撐間的土方；填筑北側坡道，南側坡道拆除，施作南側第二層斜撐，同時開挖對撐間土方；填筑南側坡道，開挖基坑中部對撐下土方至第三層內支撐頂30 cm（即標高-2.20 m），施工第三層對撐及部分角撐；南北側坡道上下運輸車對中間2 道對撐區(qū)域進行土方開挖至基底標高（即-8.20 m），施工墊層、底板及塔吊基礎；先完成塔吊基礎底板的開挖及墊層、底板施工，底板完成后進行塔吊安裝。拆除北側坡道，從南側坡道運輸，施工北側第三道角撐，同時施工北側范圍內的高壓旋噴樁土體加固；開挖北側角撐下第三層土方至基底-8.20 m，施作墊層、底板及塔吊基礎，進行支護旋噴樁施工；開挖南側角撐下坡道至第三層支撐底，采用抓斗配合挖機進行，然后施工南側高壓旋噴樁及第三道角撐；開挖南側第三層土方至基底標高，完成所有土方開挖。

為了確保基坑施工及基礎施工全過程中基坑邊坡、周邊建筑物、道路及管線的安全，必須對基坑進行監(jiān)測，采用信息化施工。基坑監(jiān)測對象包括基坑外邊緣2 倍基坑深度范圍內重要建（構）筑物、管線、地表及工程結構本身[3]。監(jiān)測內容包括圍護結構墻頂水平及豎向位移、墻體深層水平位移、支撐內力、立柱豎向位移、地下水位、周邊地表沉降、周邊建筑位移和傾斜、周邊管線變形。監(jiān)測控制基準點選用3 個，高程基準點與平面基準點共用，選擇在施工影響范圍之外監(jiān)測條件良好、穩(wěn)固的地方，根據(jù)GB 50497—2009《建筑基坑工程監(jiān)測技術規(guī)范》的要求進行埋設；點位埋設穩(wěn)固、美觀，便于對基準點進行聯(lián)測。基準點復核每6 個月至少聯(lián)測1 次。

在基坑周邊地表布設16 個沉降斷面，每個沉降斷面4~6 個測點，測點間距從基坑圍護墻外側起由密變疏布點。在墻頂上布設墻頂水平位移與豎向位移監(jiān)測點31 個，每間隔30 m 布設一個測點，水平位移與豎向位移觀測點共用同一個點；墻頂監(jiān)測點采用CPIII（高速鐵路控制網(wǎng)）強制對中預埋件布設；在周邊建筑物布設測點54 個，測點采用在結構上鉆孔后埋設“L”形沉降觀測點的方法，然后在孔內灌注植筋膠進行固定。

平面控制網(wǎng)采用獨立坐標系，按照水平位移變形監(jiān)測二等網(wǎng)精度，采用GPS 靜態(tài)觀測法獨立建網(wǎng)，運用無約束平差方法進行解算。高程控制網(wǎng)高程系統(tǒng)與施工高程系統(tǒng)聯(lián)測，按垂直位移變形監(jiān)測二等基準網(wǎng)要求進行，采用DS05 級電子水準儀進行觀測；水平位移監(jiān)測主要使用全站儀及配套棱鏡組等進行觀測。豎向位移監(jiān)測主要有圍護墻頂部豎向位移監(jiān)測、立柱豎向位移觀測、周邊道路豎向位移監(jiān)測、周邊建筑物豎向位移監(jiān)測、周邊管線豎向位移監(jiān)測。通過工作基點間聯(lián)測一條二等水準閉合或復合線路，采用中視法測量各監(jiān)測點的高程，各監(jiān)測點高程初始值在基坑開挖前測定至少2 次，初始高程減本次高程的差值為累計豎向位移量。

在混凝土支撐里面安裝鋼筋計，支撐受到外力作用后產(chǎn)生形變。其應變量通過振弦式頻率計測定，根據(jù)鋼筋計頻率推算出支撐軸力。基坑開挖前，混凝土強度達到設計要求后測得穩(wěn)定值作為計算軸力變化的初始值，初始值均采用3 次成果的平均值。計算公式如下:

式中，N1為鋼筋平均受力值；A1為鋼筋計截面積（已考慮附著的主筋截面積）；ES為主鋼筋彈性模量；AS為主鋼筋總面積；AC為支撐截面積；EC為混凝土彈性模量。

在工程監(jiān)測中，每一項監(jiān)測的項目都應根據(jù)工程的實際情況和周邊環(huán)境等因素事先確定相應的監(jiān)控報警值，用以判斷支護結構的受力情況、位移是否超過允許的范圍，進而判斷基坑和周邊環(huán)境的安全性，決定是否對設計方案和施工方法進行調整，并采取有效及時的處理措施。如圖2、圖3 所示。

圖2 地表沉降累計變化曲線

圖3 Z30 累計變化曲線圖

圖4 Z29 累計變化曲線圖

由圖2~圖4 可知，在施工過程中，隨著基坑的施工進展，各變形監(jiān)測值的增量都是先增大后減小，最后趨于穩(wěn)定；各監(jiān)測值在監(jiān)測報警控制值之內，基坑外潛水位變化較大；部分原因是監(jiān)測期間持續(xù)暴雨，淺層土體開挖不會引起明顯的土體側向位移和地面沉降，但深部土體開挖會引起較大的側向位移和沉降，這部分土體變形無法完全恢復；深基坑開挖引起的土體回彈會帶動立柱和支護的上升，而立柱和支架的上提會影響支護結構連接部位的力學性能，從建筑物沉降監(jiān)測累計變化統(tǒng)計表及曲線圖可以看出，本工程建筑物沉降監(jiān)測點在基坑開挖過程中受影響較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。基坑建設過程中，因基坑內土體的挖出及坑外荷載等施工因素造成部分地表監(jiān)測點、管線監(jiān)測點、圍護墻頂部水平位移及深層水平位移監(jiān)測點、支撐軸力監(jiān)測點發(fā)生一定程度的變化，但監(jiān)測點變化均未超過報警值。基坑竣工后1 年多的跟蹤觀測結果表明，各項指標均達到了質量要求，表明基坑施工是成功的。

6 結語

認真抓好超大基坑方案設計和施工管理，使整個基坑施工過程中各參數(shù)都在可控范圍內，是保證基坑施工質量和安全的最基本措施。在方案設計時，要根據(jù)工程條件，結合工程特點，選擇最合理的施工方案和監(jiān)測方法。對于基坑監(jiān)測，需要通過適當頻度的變形監(jiān)測和科學的數(shù)據(jù)分析，才能防患于未然。

綜上所述，江高凈水廠超大型基坑的水平位移、沉降監(jiān)測結果滿足規(guī)范要求。事實證明，采用地下連續(xù)墻+混凝土內支撐的支護形式，樁間設旋噴樁止水支護體系設計，結合工程技術與管理措施進行建造管理，完全能夠實現(xiàn)限制坡體的變形的設計目標。不僅滿足廣州市對深基坑地下水抽排的限制規(guī)定，而且確保了邊坡的安全，有效地控制了超大基坑坡體病害的深層破壞，施工簡便易行，技術風險低，有利于坡體的動態(tài)設計，施工工期短，能有效地抑制坡體的變形，可以為未來同類基坑工程開控提供借鑒。