填海區單側近接敏感建筑深基坑施工監測分析

褚人猛

(中鐵十六局集團第一工程有限公司 北京 101300)

1 引言

為了解決交通擁堵、建筑物過度密集和城市綠地極度缺乏等問題，許多沿海城市進行了大量填海造地工程。填海區工程地質條件差、土體性質復雜，常導致工程設計參數選取不準、施工方案難以確定以及監測重點把控不到位。此外，填海區建筑物密度較大，新建工程常近接敏感建筑，而敏感建筑對變形要求較嚴格，致使施工難度增加。因此，填海區單側近接敏感建筑深基坑工程仍然是一項極具挑戰性、高風險和高難度的巖土工程技術熱點課題[1－6]。

目前，深基坑現場監測已經成為確保深基坑工程施工安全的必要和有效手段[7－9]。嚴謹的監測數據分析可以及時排除施工中潛在的危險，加快總體施工進度和減少成本。文章以穗莞深城際軌道深圳機場站深基坑工程施工為例，介紹在嚴格控制基坑變形條件下，如何采用嚴密、科學的監測技術，并根據監測結果輔以?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)發明專利技術，對基坑施工動態調整，確保基坑及周邊建筑物安全，為類似工程的施工提供可借鑒的經驗[10－12]。

2 依托工程條件及圍護結構設計

2.1 工程概況

穗莞深城際軌道深圳機場站為典型的填海區深基坑工程，車站東西側為機場集團能源中心，其西南側3.5 m處存在單側近接超大荷載4組蓄冷罐，該建筑屬于敏感建筑，對變形控制要求極高，其累計不均勻沉降限值為78 mm，罐體傾斜限值為0.29%，地表沉降限值為30 mm。每組蓄冷罐直徑為26.5 m，高度為30 m，運行總重為14 500 t。如何確保基坑和既有建筑物的安全及變形不超過設計要求，將成為本項目施工的重中之重，總體平面布置如圖1所示。車站基坑長約912 m，標準段基坑寬度為23.34 m，深度為19.9 m。端頭井基坑寬度為30.16 m，深度為23.34 m，基坑安全等級為一級。

圖1 車站總體平面布置

2.2 工程地質條件

穗莞深城際軌道深圳機場站地處深圳市西部沿岸，地貌類型為沖積海積平原，沉積了較厚的淤泥層。西部填海造陸項目一般步驟為先拋石擠淤形成海堤或隔堤，然后再堆載預壓。填筑材料除海堤、隔堤外，主要為黏性土，在濱海灘涂和潮間帶，早期填筑材料比較復雜，含有大量的塊石和碎石。填海區填土普遍較厚，且多數區域無序堆載。場地下存在淤泥及淤泥質土，呈流動狀，屬于欠固結土，強度低、變形大、固結慢。下伏花崗巖殘積土性質差，土層粒組不均勻、級配不良、缺少中間顆粒，在含水狀態下一經擾動極易軟化，產生流泥涌土現象，強度銳減。填海區地下水與海水聯系密切，水位較高。勘察期間測得地下水穩定水位埋深0.00～14.00 m。總體來說，填海區的止水、基坑支護及工程樁施工存在較大困難。

2.3 圍護結構設計方案

為保證連續墻施工及基坑開挖期間基坑及蓄冷水罐的安全，圍護結構設計考慮如下保護措施:

(1)蓄冷水罐影響范圍段地連墻厚度加厚至1.2 m，同時支撐由標準段4道增加至5道(第一、三道為混凝土支撐，其余為鋼支撐)，混凝土支撐間距由9 m加密至4.5 m。

(2)在蓄冷水罐側設置直徑0.8 m、間距1 m的鉆孔隔離樁，隔離樁外側設置攪拌樁格構式加固土體，可有效減少連續墻成槽和基坑開挖對蓄冷水罐的影響。

(3)為減少偏載作用下基坑及支撐體系的整體水平位移，在基坑被動側設置一排鉆孔樁(直徑1 m、間距2 m)，并在樁與連續墻之間進行格構式攪拌樁加固，同時設置連接板將連續墻頂與樁頂連接。

(4)為減少地面超載下的坑底隆起量，對坑底土體進行裙邊加抽條式加固。蓄冷水罐區域基坑標準斷面如圖2所示。

圖2 蓄冷水罐區域基坑標準斷面(單位:mm)

3 蓄冷水罐作用范圍內基坑監測方案及施工控制

通過依托工程條件分析，確定敏感建筑蓄冷水罐監測和二號基坑結構監測方案，設置監測項目的監測點分布、監測精度、警戒值和最大限值以及出現緊急情況后的應急措施，二號基坑總體監測點布置如圖3所示。

圖3 蓄冷水罐作用范圍內基坑監測點布置

3.1 蓄冷水罐監測技術方案

蓄冷水罐監測項目包括:地表沉降、罐體沉降和傾斜監測，監測等級為特級。

(1)地表沉降

地表沉降監測點布置于罐體之間和罐體兩側，垂直基坑布置5排，每排各5個測點，排間距為10 m。

地表沉降最大限值為30 mm，警戒值為24 mm，變化速率為1 mm/d。

(2)罐體沉降

沿每個罐體的蓄體基礎周邊布設8組測點。罐體累計不均勻沉降最大限值為98 mm，警戒值為78 mm，變化速率1 mm/d。

(3)蓄冷水罐傾斜

以每組罐體差異沉降值與罐體基礎直徑的比值為罐體的傾斜率。罐體傾斜監測最大限值為0.29%。

3.2 蓄冷水罐范圍內基坑監測技術方案

基坑內的監測點位置及設置方法參考相關基坑監測規范，在此不做詳述。

(1)監測儀器設備

蓄冷水罐范圍內基坑監測儀器設備如表1所示。

表1 監測儀器設備

(2)監測項目

蓄冷水罐范圍內基坑監測項目及其對應的警戒值和最大限制如表2所示。

表2 蓄冷水罐范圍內基坑監測項目

3.3 開挖控制措施

基坑采用明挖法施工，圍護結構達到設計強度方可進行開挖。開挖過程中堅持分層、分塊、對稱、限時開挖及隨挖隨撐的原則。

(1)據基坑周邊環境允許的變形限度來控制土方開挖和支撐架設速度。

(2)為盡可能減少開挖過程對土體的擾動以及無支撐狀態下圍護結構暴露時間，嚴格執行基坑開挖與支撐架設采用分層、分步、對稱、平衡、隨挖隨支的施工方案，嚴格遵循“豎向分層、縱向分區分塊、隨挖隨支”的施工原則。

(3)分層開挖深度以各道支撐豎向間距為依據，分塊長度根據土方開挖能力及支撐安裝速度確定。

3.4 分級管控理念

由于蓄冷水罐為敏感建筑，為保證其安全，對蓄冷水罐的沉降及傾斜由低到高分三級管理。第一級管理:在施工過程中蓄冷水罐變形在控制總量的70%以下，但出現管路和接頭損壞情況，做出一級預警，啟動動態調整并加強監測頻率。第二級管理:沉降及傾斜變形繼續發生，但變形總量仍在變形總量的70%以下，但出現了蓄冷水罐設備供冷功效異常或失效，增加監測頻率并加強空間系統支護，嚴控基坑變形在允許范圍之內。第三級管理:沉降及傾斜繼續發生，達到控制總量的90%，可能危及罐體結構安全，立即停止施工，采取加固和應急措施。

3.5 動態調整理念

施工監測過程中，按照規范要求收集整理各種監測數據，對各項監測資料及時進行科學計算、分析和對比，各監測項目的監測值不能超過設計基準值。除此之外，還應保障信息化施工，及時發現異常情況并預警，預測基坑及結構的穩定性和安全性，提出工序施工的調整意見及安全措施。

本工程基于實際情況，采用自主研發的?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)專利技術，針對基坑在施工過程中變形進行自適應調整，嚴格控制變形在限值范圍內，保證了基坑及周圍建筑的安全。

4 監測結果及分析

4.1 監控分析的關鍵點

(1)首先分析基準點的穩定性，在確保基準點起算數據可靠性的前提下，進行罐體監測數據分析。

(2)通過本次測量高程與上次測量高程的差值計算出本次變化值，從各測點找出本次最大變化值與測量誤差的最大值進行比較，當本次最大變化值小于測量誤差限值時，可認為該觀測點為沒有變形或變形不明顯。

(3)通過各期累計變化量的分析，判斷蓄冷水罐沉降、傾斜發展趨勢。

4.2 蓄冷水罐沉降監測結果及分析

施工監測從2016年7月2日至2017年7月16日，第三方從2017年7月21日開始監測蓄冷水罐沉降，具體監測情況如圖4所示。

圖4 蓄冷水罐沉降變化曲線

由圖4可知，1＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ11，累計最大沉降量為18.7 mm；2＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ19，累計最大沉降量為26.1 mm；3＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ29，累計最大沉降量為39.2 mm；4＃蓄冷水罐累計沉降最大點號為CJ35，累計最大沉降量為44.9 mm。蓄冷水罐在基坑開挖期間的累計最大沉降量為44.9 mm，小于蓄冷水罐累計不均勻沉降量警戒值78 mm。蓄冷水罐產生的不均勻沉降值為44 mm，最大傾斜率為0.169%，小于最大限值0.29%。最大月變化沉降量為5.1 mm，日均沉降量為0.17 mm，小于規定的變化速率1 mm/d。由此可見，基坑開挖期間可以保證蓄冷水罐的安全。

4.3 蓄冷水罐周邊地表沉降監測及分析

由圖5可知，蓄冷水罐周邊地表累計最大沉降量為7.1 mm，小于地表沉降監測警戒值24 mm。計算得出蓄冷水罐周圍地表沉降月變化情況，最大月變化沉降量為4.9 mm，日均沉降量為0.16 mm，小于規定的變化速率1 mm/d。

圖5 蓄冷水罐周圍地表沉降(累計變量)變化曲線

4.4 地連墻沉降監測及分析

地連墻變形與基坑本身安全相關性較強，通過分析地連墻沉降情況來評估基坑安全性。基坑開挖期間地連墻沉降日變化情況如圖6所示。

圖6 地連墻沉降變化曲線

由圖6可知，在開挖期間地連墻沉降日變化量在“0”附近小幅度波動，最大日變化量基本未超過1 mm，小于警戒值要求(2 mm/d)。通過累加日變化量可知，WW51測點累計沉降最大為2.66 mm，也小于警戒值要求(20 mm)。綜上，基坑在開挖期間處于安全狀態。

5 結束語

(1)為保證施工安全，編寫了針對本工程實際概況且符合規范要求的監測技術方案，對基坑周邊敏感建筑蓄冷水罐的變形和蓄冷水罐范圍內基坑力學指標進行跟蹤監測；研發的?一種基坑開挖混合支撐預應力自適應自動補償方法?(ZL 2018 1 0997658.2)實現了支撐內力的動態調整，有效控制了基坑變形，確保了基坑及鄰近重要建筑物的安全。

(2)為保證敏感建筑蓄冷水罐安全，對蓄冷水罐的沉降及傾斜由低到高分三級管理。為減少施工的盲目性，及時發現施工過程中的異常情況并預警，根據監測分析結果提出工序施工的調整意見及應采取的安全措施，保證整個工程安全、可靠推進。

(3)蓄冷水罐在開挖期間的累計最大沉降量為44.9 mm，小于蓄冷水罐累計不均勻沉降量警戒值78 mm；蓄冷水罐最大傾斜為0.169%，小于規定的最大限值0.29%。最大月變化沉降量為5.1 mm，日均沉降量為0.17 mm，小于規定的變化速率1 mm/d。蓄冷水罐周邊地表累計最大沉降量為7.1 mm，小于地表沉降監測警戒值24 mm；最大月變化沉降量為4.9 mm，日均沉降量為0.16 mm，小于限值1 mm/d。地連墻最大日變化量不超過1 mm/d，小于警戒值要求2 mm/d。