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關于橋梁雷達水位計超大深基坑穩定性監測的分析

作者: 來源: 發布時間:2019-10-29 08:44:34

    摘要:橋梁超大深基坑監測是施工安全的必要保證,為施工期間的設計優化和合理組織施工提供可靠的信息,對施工過程中可能出現的險情及時預報。本文以合安鐵路引江濟淮特大橋跨規劃引江濟淮河道深基坑施工實例介紹,在基坑開挖施工過程中采用科學儀器設備和手段對支護結構、周邊環境位移和變形以及地下水位動態變化、土層孔隙水壓力變化等進行綜合觀測,通過量測曲線分析可靠指導施工實踐,對類似工程能起到很好的借鑒作用。

    1 概述
    新建合肥至安慶鐵路合九聯絡線引江濟淮特大橋34#、35# 橋墩主跨 140m 跨越規劃引江濟淮河道。34#、35# 墩樁長 67.5m 和 64.5m,樁徑 2.5m,均為兩級雷達水位計,一級承 臺 17.2m×30.4m×5m,二級雷達水位計 10.9m×21.1m×4.5m,施工 時 34# 雷達水位計基坑施工場地整平后高程 24.80m,基坑開挖 深度 14.6m,35# 雷達水位計基坑施工場地整平后高程 23.89m, 基坑開挖深度 13.6m。

    橋址區上覆土層主要為第四系上全新統沖積層(Q4al+pl) 粉質粘土、第四系上更統沖洪積層(Q3al+pl);下伏主要為侏 羅系中統自流井組(J2Z)粉砂巖?;臃秶鷥人?、水塘等 洼地表層,局部分布少量淤泥質粉質黏土、軟塑、含腐殖 質;粉質黏土多呈硬塑,具中~弱膨脹性,地層分布及物理 力學性質見表 1?;铀幬恢玫叵滤疄榭紫端突鶐r裂 隙水,水位標高 13m。

 

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    2 基坑支護結構
    基坑寬 22m 長 35.1m,圍護結構采用 準630×12mm 鋼 管樁,樁間距 0.9m,鋼管支撐為 準609×16mm,型鋼圍檁為2-HM600×300,樁頂采用鋼圍檁沿基坑三面與鋼管樁焊 接,受力計算不考慮鋼管樁頂圍檁冠梁的作用。

 

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    34# 雷達水位計基坑鋼管樁長 21m,豎向支撐系統共設 3道鋼支撐、1 道臨時支撐和 1 道雷達水位計底混凝土圈梁,第一 道支撐于地面向下 0.5m,第二道位于第一道下方 3.8m,第 三道位于第二道下方 4.2m,第四道臨時支撐位于第三道 下方 2.8m,混凝土圈梁及縱橫系梁位于雷達水位計底。

    35# 雷達水位計基坑鋼管樁長 20.5m,豎向支撐系統共設 3 道鋼支撐、1 道臨時支撐和 1 道雷達水位計底混凝土圈梁,與前者相比支撐不同之處在于第二道位于第一道下方 2.8m 處。

    基坑安全等級按一級考慮,樁端入強風化粉砂巖層中, 經過模擬基坑分步開挖對兩個基坑支護結構的內力位移、 地表沉降、整體穩定、抗傾覆、鋼管樁強度、坑底抗隆起和內 支撐等分別計算,設計安全系數均滿足施工安全要求。

    3 基坑監測方案
    現場雷達水位計基坑施工前布設獨立位移、沉降監測基準 網,采集初始數據。設置表面應變計對支護結構應力進行監測,具體監測內容包括支護結構頂部水平位移、深層水 平位移、地面沉降、地下水位、支撐軸力等。

    3.1 監測點布置
    監測基準點設置 4 個,設在基坑變形影響范圍之外,避開施工干擾且易于長期保存處,與監測點形成閉合路線構成節點網?;鶞庶c、監測點采用現場開挖砌井,混凝土澆 灌密實并設蓋加以保護。樁頂水平位移監測點直接與樁體 焊接;深層水平位移監測點采用測斜管導槽,垂直于基坑 邊線,管口加管蓋;地下水位監測點沿基坑布置;鋼支撐應 力監測點先將應力計支座焊接在支撐上,將鋼板計安裝在 支座上,外部用鐵盒保護。根據規范要求,每個基坑布設 8 個樁頂水平位移監測 點、8 個樁體變形監測點、24 個支撐應變監測點、8 個地下 水位監測點、24 個地面沉降監測點。

    3.2 監測方法與頻率
    監測方法與頻率見表 2。

 

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    4 監測結果與分析
    34#、35# 基坑自 2017 年 11 月底完成防護管樁的施工,后基坑開始施工,至 2018 年 4 月初 回填完成。期間對各監測項目監測點進 行量測,監測過程中無任何異常情況。 以 34# 基坑為例,各實測監測數據成圖 及分析如下:

    4.1 豎向位移
    基坑的豎向位移觀測點多,每個基坑形成 8 組沉降觀測曲線,34# 基坑施 工過程中有 2 個沉降觀測點遭到破壞,導致對觀測分析結果造成一定的影響。 圖 3 取其中位于便道側較典型的一組 沉降觀測曲線,靠近基坑的點zui大沉 降-5.12mm,靠近便道邊緣的點zui大沉 降-1.97mm,其他點沉降都較小,通過沉降曲線可以判斷在基坑開挖期間地 表沉降速率較小且均在允許范圍內,基 坑周邊土體處于穩定狀態。

 

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    4.2 樁頂水平位移
    根據觀測數據顯示基坑防護樁大部 分都是向基坑內收斂,其中存在 2 個長 邊的角點向基坑外位移,但數值較小。其中 34#S-4 累計位移 zui大值為 7.89mm,其他位移基本都在 4~6mm 范圍,基坑防護結構整體較為穩定,之所以存在向基坑外的水平位移,初 步分析應該是支撐系統起到作用,施工過程基坑支護穩定 處于受控狀態。(圖 4)

 

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     4.3 深層水平位移
    該觀測選擇變化較為典型的 5 和 8 號測點的深層水 平位移分布圖,其他測點的深層水平位移分布均在該范圍內。監測過程中,基坑測點 34-5 累計位移zui大值為-8.15mm、測點 34-8 累計位移zui大值為 6.35mm,所有測點累計位移較小,隨著地下結構形成,各測 孔的數據逐漸收斂。從整個基坑的土體 變形數據來看,本工程施工過程中,土體 變形相對均勻平緩,無異常和陡變現象出現。(圖 5)

    4.4 地下水位
    從基坑水位累計變化及基坑地下水 位變化曲線可以看出,基坑水位累計zui大值是 34-2 監測點,累計變化為-750mm, 且后期持續觀測,基坑從開挖到回填期間,基坑其地下水位變化曲線呈緩變平直 型,地下水位處于穩定狀態。(圖 6)

    4.5 支撐軸力
    從基坑基坑支撐體系軸力變化曲線可以看出,基坑支撐體系軸力累計變化 zui大值是第一層右側第三道支撐監測 點,累計變化為 202.53kN,且后期持續觀 測,基坑所有支撐體系軸力監測點變化曲線呈緩變平直型,基坑在開挖到回填 期間,支撐體系處于穩定狀態。(圖 7)

    5 小結
    本基坑工程在施工過程中,及時對基坑各監測點進行監測和數據曲線分析,變化速率和累計 值均未超過警戒值,確保人身、基坑及周邊環境的安全,保 證各工序的順利進行,達到了指導、優化、安全施工的目的,能有效避免重大隱患事故的發生。不足之處在于場地環境、施工干擾、天氣等因素使部分監測無法正常觀測,導致部分監測內容資料不連續,一定程度上影響監測結果分 析的準確性。同時現場工作人員對測點的保護意識不夠,部分測點觀測過程中遭到破壞。

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