水利工程基坑安全監測與工程實踐

林太清,章李樂,戴國強

(1.江西省水利科學院，江西 南昌 330029；2.南昌市水利規劃服務中心，江西 南昌 330029)

水利工程主體建筑物施工主要是在圍堰工程內施工的，只有少量的建筑物施工是在不需要圍堰工程的情況下施工的。由于建筑物的基礎需要按設計要求開挖到一定的深度才能滿足地基承載力設計指標要求，因此水利工程建筑物基礎開挖就會形成一定深度規模的基坑。

基坑的安全不僅關乎主體建筑物的施工安全，也影響周邊環境的安全甚至更為關鍵。在基坑施工過程中，只有對基坑支護結構、基坑周圍的土體和相鄰的建筑物進行系統、全面監測，并將信息及時反饋給有關單位，判斷支護結構及周邊環境安全狀態，才能確保工程施工的順利進行[1]。

與其他行業相比，水利工程基坑在安全監測上缺少統一指導依據。而在基坑工程施工過程中，對基坑地下水和圍護結構等進行系統、全面監測，能及時掌握圍護結構和周邊環境安全狀態，確保工程施工的順利進行。本文在分析水利基坑監測現狀基礎上，以九江市沙閻路閘橋工程基坑監測為例，對水利工程基坑安全監測控制要點進行總結，為水利工程基坑監測提供經驗和借鑒。

1 基坑監測現狀

1.1 不同行業基坑監測的差異分析

目前基坑監測，主要依據建筑行業的GB 50497—2019《建筑工程基坑監測技術規范》[2]進行。規范從監測項目、監測點布置、監測方法及精度、監測頻率、監測報警、數據處理與信息反饋等對基坑監測的全過程進行了全面系統指導。部分行業根據自身基坑工程的特點制定了適用自身行業的規程規范。

(1)公路行業基坑

根據GB 50982—2014《建筑與橋梁結構監測技術規范》[3]，橋梁基坑工程應依據GB 50497—2019實施監測。

(2)城鐵行業基坑

根據GB 50911—2013《城市軌道交通工程監測技術規范》[4]實施監測。

(3)水電行業基坑

根據DL/T 5308—2013《水電水利工程施工安全監測技術規范》[5]，規范中并未明確基坑監測內容，但要求監測應符合國家標準，即水利水電基坑工程應依據GB 50497—2019實施監測。

1.2 不同地區建筑基坑監測的差異分析

在我國主要有山東、上海、北京等地較早有基坑監測的相關規范規程頒布施行。

最早在2003年山東省建設廳頒布DBJ 13—022—2003《基坑建筑項目監測技術規程》[6]。規范為基坑工程的監測提供了強有力的技術支持，從而保證了基坑的安全施工。山東規范提出了對工程中出現的超過規范應用范圍的重大技術難題、新成果的合理推廣應用以及嚴重事故的處理。

上海市建設和交通委員會2006年頒布了DG/TJ 08—2001—2006《基坑工程施工監測規程》[7]，并于2016年重新修訂，主要新增了自動化監測的相關內容[8]。

與上海市類似，為了對建筑基坑及周圍地區進行監測，北京市建設委員會2007年也出臺了基坑監測技術規程DB 11/489—2007《建筑基坑支護技術規程》[9]。北京地標在一些特殊環境內，如凍土、膨脹土和腐蝕性地層等方面的開挖基坑的監測提出了相應的措施。

1.3 水利行業基坑監測現狀

水利行業基坑監測起步相對較晚，在具體的監測實施上，除大型工程實施了監測外，其他工程項目基本未進行施工期的監測工作，而且多數水利工程基坑監測，主要以專項監測為主，如針對圍堰[10-15]或者開挖邊坡[16-17]進行單獨的專項監測，缺乏對基坑的全面系統的監測；監測技術規范方面，現階段水利行業基坑監測主要參照建筑基坑和大壩監測進行，其中對土石圍堰主要參照大壩監測進行[10-13]，鋼板樁或混凝土樁圍堰等以及開挖基坑主要參照建筑基坑進行監測[18]。目前僅有DL/T 5308—2013一部規范對水利工程施工監測工作進行指導，且對基坑工程涉及相對較少。鑒于水利工程基坑的特殊性和復雜性的特點，為進一步規范水利工程中基坑監測，亟需制定相應的技術規范指導水利工程基坑進行全面系統的監測工作。

2 水利工程基坑監測

2.1 水利工程基坑的基本特征

傳統的水利工程如攔河壩、防洪堤的修建，主體建筑物的施工多在以土石圍堰或開挖邊坡形成的基坑內進行，基坑的安全主要以單一的圍堰或邊坡監測為主進行控制。

近年來，以城鎮防洪為主的濱湖臨河的閘壩、泵站等的建設，受周邊需要保護的建筑、居民等環境的影響，以鋼板樁等新型圍堰形成的基坑越來越多地應用到水利工程中，基坑的監測必然需要更為系統地進行。

區別于其他土建工程的基坑，水利工程基坑總結起來主要有以下幾個特征：①以臨水為主要特征，基坑安全受外河湖水荷載的影響較大。②除開挖外，圍堰及開挖山體邊坡也是形成基坑的主要方式。③汛期基坑的安全問題特別突出，部分基坑甚至有過水的需要。④基坑的形狀多數不規整，或不封閉。

2.2 水利工程基坑監測的必要性

SL 721—2015《水利水電工程施工安全管理導則》[19]第7.3.1條規定，施工單位應在施工前，對達到一定規模(開挖深度達到3m(含)～5m或雖未超過3m但地質條件和周邊環境復雜的基坑(槽)支護、降水工程；開挖深度達到3m(含)～5m的基坑(槽)的土方和石方開挖工程)的危險性較大的單項工程應編制專項施工方案；對于超過一定規模(開挖深度超過5m(含)的基坑(槽)的土方開挖支護、降水工程；開挖深度雖未超過5m但地質條件、周圍環境和地下管線復雜、或影響毗鄰建筑(構筑)物安全的基坑(槽)的土方開挖、支護、降水工程)的危險性較大的單項工程，施工單位應組織專家對專項施工方案進行審查論證。

SL 721—2015第7.3.2條規定的專項施工方案應包括內容中的第5項有“監測監控”等施工安全保證措施要求。第11.3.1條2款規定，開挖深度超過3m(含)的深基坑作業和開挖深度雖未超過3m，但地質條件、周圍環境和地下管線復雜、或影響毗鄰建筑(構筑)物安全的深基坑作業的深基坑工程屬于重大危險源；第11.3.1條10款規定，圍堰工程屬于其他重大危險源。

《水利工程生產安全重大事故隱患判定標準(試行)》(水安監〔2017〕344號)第3.1條規定：圍堰工程未開展監測監控，工況發生變化時未及時采取措施；深基坑(槽)未按要求(規定)監測的直接判定為水利工程建設項目生產安全重大事故隱患。《水利水電工程施工危險源辨識與風險評價導則(試行)》(辦監督函〔2018〕1693號)附件2水利水電工程施工重大危險源清單(指南)規定：開挖深度超過5m(含)的深基坑作業，或開挖深度雖未超過5m，但地質條件、周圍環境和地下管線復雜，或影響毗鄰建筑(構筑)物安全的“深基坑作業”和“圍堰工程”屬于直接判定的“設施場所類”重大危險源。

綜上，水利工程中基坑安全是工程施工過程安全管理、隱患判定、危險源識別十分重要的一項內容。為確保水利工程主體建筑物施工安全順利進行，根據水利工程的特點有針對性、系統性的對水利工程基坑進行安全監測是非常必要的。

3 水利基坑監測案例

3.1 工程概況

沙閻路閘橋工程位于九江賽城湖和八里湖的隔堤上，工程主要目的為實現八里湖和賽城湖連通。水閘設計2孔閘室，單孔凈寬25mm，上部設置交通橋與兩側隔堤道路連接。

為營造干燥施工場地，在2湖側分別采用圍堰形成基坑。2湖側圍堰均采用雙排預制混凝土方樁圍堰，圍堰堰寬8m，2排方樁之間設置鋼拉桿進行固定，方樁圍堰迎水側設置竹排及復合土工膜，背水側設置竹排及反濾土工布，堰室內填黏土。此外迎水側設置寬3m護腳，基坑側設置5m填土護道。圍堰上部迎水側設置袋裝土子堰。

3.2 監測項目及測點布置

為確保閘橋主體建筑物施工安全進行，對基坑圍護結構水平和豎向位移、基坑地下水位和2湖水位、周邊建筑物及主體建筑物進行了監測，基坑監測平面布置如圖1所示。

圖1 監測平面布置圖

(1)水平位移監測

圍堰水平位移采用高精度全站儀進行監測，測點主要包括基坑圍堰的樁頂水平位移監測點。監測點沿圍堰和基坑周邊布設，布設間距為40m和30m，共布設40個水平位移監測點(其中圍堰周邊共布置18個水平位移監測點，基坑周邊共布置22個水平位移監測點)，測點包含了圍堰的陽角、轉角及圍堰中部等關鍵部位。

基坑邊坡水平位移采用測斜管監測，在基坑開挖較深的邊坡頂部附近布置11套測斜管，測斜管鉆孔深度深入基坑底高程1/2開挖深度左右。采用滑動式測斜儀按照每0.5m從底部逐步觀測的方法，計算邊坡不同深度的水平位移。

(2)豎向位移監測

豎向位移采用精密水準測量法監測，監測點包括基坑圍堰監測點和周邊建筑物監測點。監測點沿圍堰和基坑周邊布設，布設間距為40m和30m，共布設40個豎向位移監測點(其中圍堰周邊共布置18個豎向位移監測點，基坑周邊共布置22個豎向位移監測點)，測點包含了圍堰的陽角、轉角及圍堰中部等關鍵部位；周邊建筑物(即水產大樓)布置8個豎向位移監測點。

(3)基坑地下水位及兩湖水位監測

為監測圍堰滲水狀況，分別對基坑地下水位和2湖水位進行監測。基坑地下水位采用測壓管監測，測壓管布置在基坑四周邊坡布置11個測點。測壓管安裝深度與基坑開挖深度基本一致。2湖水位采用水位尺進行監測。

(4)主體建筑物的監測

考慮經開開挖、地下水位及基坑進水后主體建筑物的安全，在主體建筑物布置了20個監測點對建筑物的水平位移和豎向位移進行了監測。

(5)巡視檢查

基坑巡視檢查內容主要包括：支護結構有無塌陷、裂縫和滑坡，有無涌土、管涌；施工場地地表水、地下水排放狀況是否正常，基坑降水設施是否運轉正常；基坑周邊道路(地面)及建筑物有無裂縫、沉陷；監測設施的完好情況。

3.3 監測頻次確定

基坑安全監測貫穿于施工全過程，在施工開始前按規范和設計圖紙要求及時布置監測點并采集初始值，且采集次數不少于3次。隨著施工進度，必要時適時適當增加監測點。與建筑基坑不同，水利工程基坑監測頻次完全按開挖深度進行顯然不適用，本次監測工作主要根據汛期情況進行安排，見表1。

表1 監測頻次

3.4 監測預警值確定

基坑監測過程中，根據基坑設計圖紙、施工方案及基坑圍護結構確定合理的預警值是監測工作開展前的一項重要工作。主要通過累計值和變化速率2個指標控制，變形監測和地下水位監測的預警值按表2執行。

表2 監測預警值

3.5 監測信息反饋

基坑監測的主要作用是確保工程在施工過程中的安全，包括對基坑的安全預警和指導施工進度。因此基坑監測過程中應盡快將監測數據進行整編分析，并及時將信息反饋，包括正常情況的日報、月報及最終的監測分析，必要時需要提交周報；預警情況下的快報及消警報告等。

3.6 監測效果評價

沙閻路閘橋工程基坑施工過程中，通過儀器監測結合現場巡視檢查工作，多次對基坑圍護結構變形、滲水等工程險情進行了預警，有效保證了工程安全，基坑施工全過程未發生重大安全事故。

4 結語

經過沙閻路閘橋工程等工程基坑的監測，總結水利工程基坑的監測經驗如下：

(1)水利工程多建于濱湖臨河位置，與其他土建工程基坑周邊為陸地不同，基坑不封閉、地下水補給豐富。基坑滲流、圍護結構的變形受河湖水位的變化影響較大，施工中需要考慮的因素更多，難度更高，基坑的防滲、排降水需更加重點監測。

(2)水利工程主體建筑物常兼做施工期基坑圍護結構的一部分。一方面對主體建筑物的設計、施工需要考慮的因素更加復雜，另一方面施工期主體建筑物的監測需納入基坑監測的范疇。

(3)水利工程建設均有防汛度汛的需要，汛期根據洪水等級的不同，基坑監測在監測項目、頻次及預報上有更為嚴格的需求。

此外，目前水利工程基坑監測尚無相應的行業標準或規范性文件要求等。因此，制定適用水利工程基坑安全監測標準是迫切需要的。