全地埋污水處理廠超大基坑支護(hù)與監(jiān)測(cè)施工技術(shù)研究

謝鋒

（中鐵四局集團(tuán)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(gòu)筑物采用整體基坑開(kāi)挖，基坑開(kāi)挖深度主要為16.2 m和12.2 m 2 個(gè)深度，基坑開(kāi)挖范圍約為283 m×172 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的圍護(hù)形式，內(nèi)支撐為3 道混凝土支撐，斜撐截面尺寸0.8 m×1 m，對(duì)撐截面尺寸1 m×1.2 m。地連墻共 150 幅，其中 6 m“一”字形標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備分期安裝。

本工程基坑開(kāi)挖面積大且深度較深，采用地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工，且地下存在溶洞，施工前需要進(jìn)行勘探，同時(shí)土方開(kāi)挖量大，主體結(jié)構(gòu)施工空間有限且施工工期短。項(xiàng)目整體效果圖如圖1 所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖

2 地質(zhì)水文情況

施工場(chǎng)區(qū)屬?gòu)V花沖積平原地貌。地層巖性依次為雜填土、淤泥質(zhì)細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、中砂、粉砂、粉質(zhì)黏土、粉砂、粗礫砂、粉質(zhì)黏土、可塑粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、角礫質(zhì)粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化石灰?guī)r。場(chǎng)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(guān)鍵項(xiàng)目施工順序

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況制定本項(xiàng)目的關(guān)鍵施工順序?yàn)椋菏┕?zhǔn)備→地質(zhì)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(kāi)挖及支撐施工→構(gòu)建筑物主體結(jié)構(gòu)施工→機(jī)電設(shè)備安裝、裝飾裝修及其他附屬工程施工→通水聯(lián)動(dòng)調(diào)試→竣工驗(yàn)收。

4 基坑開(kāi)挖支護(hù)形式

選擇基坑支護(hù)方案時(shí)，應(yīng)充分考慮影響邊坡安全性與穩(wěn)定性的各個(gè)不利因素，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)、高效的原則[1]。根據(jù)本工程的基礎(chǔ)埋深和基坑平面尺寸，并結(jié)合該地區(qū)的地層情況，對(duì)從技術(shù)上能滿足本項(xiàng)目基坑支護(hù)安全要求的幾種護(hù)坡方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的對(duì)比分析，從而實(shí)現(xiàn)不同邊界條件下的最優(yōu)方案。根據(jù)國(guó)家和地方相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，經(jīng)評(píng)定，本項(xiàng)目基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)。同時(shí)，根據(jù)場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)勘察報(bào)告，結(jié)合場(chǎng)地周邊的環(huán)境情況并通過(guò)多方案的比較分析，本工程的基坑支護(hù)方案及基坑支護(hù)形式采用0.8 m厚鋼筋混凝土地下連續(xù)墻，坑內(nèi)采用3 道混凝土支撐，支撐布置以對(duì)撐、角撐為主。

5 基坑施工技術(shù)及監(jiān)測(cè)技術(shù)

進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工前，組織測(cè)量人員進(jìn)行導(dǎo)線點(diǎn)加密和導(dǎo)線點(diǎn)、水準(zhǔn)點(diǎn)復(fù)測(cè)，對(duì)施工坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算和復(fù)核，現(xiàn)場(chǎng)施測(cè)后及時(shí)請(qǐng)監(jiān)理進(jìn)行復(fù)核，無(wú)誤后方可交于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工。基坑開(kāi)挖前，完成圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部（樁頂）的位移監(jiān)測(cè)、基坑水位監(jiān)測(cè)、基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)（樁身）形變監(jiān)測(cè)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)（樁身）鋼筋應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支撐軸力等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目初始值采集工作以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)驗(yàn)收工作（見(jiàn)表1）[2]。對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀器做好調(diào)試、校正，保證監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀器的有效性。施工過(guò)程中對(duì)所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行巡查，對(duì)占?jí)海茐狞c(diǎn)位及時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制標(biāo)準(zhǔn)表

在基坑開(kāi)挖前，需要完成降水井施工并完成降水試驗(yàn)?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，需要根據(jù)開(kāi)挖量進(jìn)行降水，確保開(kāi)挖面與基坑地下水位處于安全距離。土方開(kāi)挖前，對(duì)地連墻滲漏情況進(jìn)行檢測(cè)，尤其是接頭位置的施工質(zhì)量。針對(duì)基坑內(nèi)存在的地質(zhì)探孔，為確保施工安全，防止開(kāi)挖時(shí)該探孔發(fā)生突涌，開(kāi)挖前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)報(bào)告探孔坐標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)放樣定位，確認(rèn)是否封堵到位、有無(wú)遺漏。

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

為了確?；邮┕ぜ盎A(chǔ)施工全過(guò)程中基坑邊坡、周邊建筑物、道路及管線的安全，必須對(duì)基坑進(jìn)行監(jiān)測(cè)，采用信息化施工。基坑監(jiān)測(cè)對(duì)象包括基坑外邊緣2 倍基坑深度范圍內(nèi)重要建（構(gòu)）筑物、管線、地表及工程結(jié)構(gòu)本身[3]。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂水平及豎向位移、墻體深層水平位移、支撐內(nèi)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(cè)控制基準(zhǔn)點(diǎn)選用3 個(gè)，高程基準(zhǔn)點(diǎn)與平面基準(zhǔn)點(diǎn)共用，選擇在施工影響范圍之外監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)規(guī)范》的要求進(jìn)行埋設(shè)；點(diǎn)位埋設(shè)穩(wěn)固、美觀，便于對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行聯(lián)測(cè)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)復(fù)核每6 個(gè)月至少聯(lián)測(cè)1 次。

在基坑周邊地表布設(shè)16 個(gè)沉降斷面，每個(gè)沉降斷面4~6 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距從基坑圍護(hù)墻外側(cè)起由密變疏布點(diǎn)。在墻頂上布設(shè)墻頂水平位移與豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)31 個(gè)，每間隔30 m 布設(shè)一個(gè)測(cè)點(diǎn)，水平位移與豎向位移觀測(cè)點(diǎn)共用同一個(gè)點(diǎn)；墻頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用CPIII（高速鐵路控制網(wǎng)）強(qiáng)制對(duì)中預(yù)埋件布設(shè)；在周邊建筑物布設(shè)測(cè)點(diǎn)54 個(gè)，測(cè)點(diǎn)采用在結(jié)構(gòu)上鉆孔后埋設(shè)“L”形沉降觀測(cè)點(diǎn)的方法，然后在孔內(nèi)灌注植筋膠進(jìn)行固定。

平面控制網(wǎng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，按照水平位移變形監(jiān)測(cè)二等網(wǎng)精度，采用GPS 靜態(tài)觀測(cè)法獨(dú)立建網(wǎng)，運(yùn)用無(wú)約束平差方法進(jìn)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(cè)，按垂直位移變形監(jiān)測(cè)二等基準(zhǔn)網(wǎng)要求進(jìn)行，采用DS05 級(jí)電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)；水平位移監(jiān)測(cè)主要使用全站儀及配套棱鏡組等進(jìn)行觀測(cè)。豎向位移監(jiān)測(cè)主要有圍護(hù)墻頂部豎向位移監(jiān)測(cè)、立柱豎向位移觀測(cè)、周邊道路豎向位移監(jiān)測(cè)、周邊建筑物豎向位移監(jiān)測(cè)、周邊管線豎向位移監(jiān)測(cè)。通過(guò)工作基點(diǎn)間聯(lián)測(cè)一條二等水準(zhǔn)閉合或復(fù)合線路，采用中視法測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的高程，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程初始值在基坑開(kāi)挖前測(cè)定至少2 次，初始高程減本次高程的差值為累計(jì)豎向位移量。

在混凝土支撐里面安裝鋼筋計(jì)，支撐受到外力作用后產(chǎn)生形變。其應(yīng)變量通過(guò)振弦式頻率計(jì)測(cè)定，根據(jù)鋼筋計(jì)頻率推算出支撐軸力?；娱_(kāi)挖前，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后測(cè)得穩(wěn)定值作為計(jì)算軸力變化的初始值，初始值均采用3 次成果的平均值。計(jì)算公式如下:

式中，N1為鋼筋平均受力值；A1為鋼筋計(jì)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(cè)中，每一項(xiàng)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目都應(yīng)根據(jù)工程的實(shí)際情況和周邊環(huán)境等因素事先確定相應(yīng)的監(jiān)控報(bào)警值，用以判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力情況、位移是否超過(guò)允許的范圍，進(jìn)而判斷基坑和周邊環(huán)境的安全性，決定是否對(duì)設(shè)計(jì)方案和施工方法進(jìn)行調(diào)整，并采取有效及時(shí)的處理措施。如圖2、圖3 所示。

圖2 地表沉降累計(jì)變化曲線

圖3 Z30 累計(jì)變化曲線圖

圖4 Z29 累計(jì)變化曲線圖

由圖2~圖4 可知，在施工過(guò)程中，隨著基坑的施工進(jìn)展，各變形監(jiān)測(cè)值的增量都是先增大后減小，最后趨于穩(wěn)定；各監(jiān)測(cè)值在監(jiān)測(cè)報(bào)警控制值之內(nèi)，基坑外潛水位變化較大；部分原因是監(jiān)測(cè)期間持續(xù)暴雨，淺層土體開(kāi)挖不會(huì)引起明顯的土體側(cè)向位移和地面沉降，但深部土體開(kāi)挖會(huì)引起較大的側(cè)向位移和沉降，這部分土體變形無(wú)法完全恢復(fù)；深基坑開(kāi)挖引起的土體回彈會(huì)帶動(dòng)立柱和支護(hù)的上升，而立柱和支架的上提會(huì)影響支護(hù)結(jié)構(gòu)連接部位的力學(xué)性能，從建筑物沉降監(jiān)測(cè)累計(jì)變化統(tǒng)計(jì)表及曲線圖可以看出，本工程建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)在基坑開(kāi)挖過(guò)程中受影響較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)。基坑建設(shè)過(guò)程中，因基坑內(nèi)土體的挖出及坑外荷載等施工因素造成部分地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)、管線監(jiān)測(cè)點(diǎn)、圍護(hù)墻頂部水平位移及深層水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生一定程度的變化，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)變化均未超過(guò)報(bào)警值?；涌⒐ず? 年多的跟蹤觀測(cè)結(jié)果表明，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了質(zhì)量要求，表明基坑施工是成功的。

6 結(jié)語(yǔ)

認(rèn)真抓好超大基坑方案設(shè)計(jì)和施工管理，使整個(gè)基坑施工過(guò)程中各參數(shù)都在可控范圍內(nèi)，是保證基坑施工質(zhì)量和安全的最基本措施。在方案設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)工程條件，結(jié)合工程特點(diǎn)，選擇最合理的施工方案和監(jiān)測(cè)方法。對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)，需要通過(guò)適當(dāng)頻度的變形監(jiān)測(cè)和科學(xué)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(cè)結(jié)果滿足規(guī)范要求。事實(shí)證明，采用地下連續(xù)墻+混凝土內(nèi)支撐的支護(hù)形式，樁間設(shè)旋噴樁止水支護(hù)體系設(shè)計(jì)，結(jié)合工程技術(shù)與管理措施進(jìn)行建造管理，完全能夠?qū)崿F(xiàn)限制坡體的變形的設(shè)計(jì)目標(biāo)。不僅滿足廣州市對(duì)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(jiǎn)便易行，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低，有利于坡體的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，施工工期短，能有效地抑制坡體的變形，可以為未來(lái)同類基坑工程開(kāi)控提供借鑒。