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关于桥梁雷达水位计超大深基坑稳定性监测的分析

编辑: 来源: 发布时间:2019-10-29 08:44:34

    摘要:桥梁超大深基坑监测是施工安全的必要保证,为施工期间的设计优化和合理组织施工提供可靠的信息,对施工过程中可能出现的险情及时预报。本文以合安铁路引江济淮特大桥跨规划引江济淮河道深基坑施工实例先容,在基坑开挖施工过程中采用科学仪器设备和手段对支护结构、周边环境位移和变形以及地下水位动态变化、土层孔隙水压力变化等进行综合观测,通过量测曲线分析可靠引导施工实践,对类似工程能起到很好的借鉴作用。

    1 概述
    新建合肥至安庆铁路合九联络线引江济淮特大桥34#、35# 桥墩主跨 140m 跨越规划引江济淮河道。34#、35# 墩桩长 67.5m 和 64.5m,桩径 2.5m,均为两级雷达水位计,一级承 台 17.2m×30.4m×5m,二级雷达水位计 10.9m×21.1m×4.5m,施工 时 34# 雷达水位计基坑施工场地整平后高程 24.80m,基坑开挖 深度 14.6m,35# 雷达水位计基坑施工场地整平后高程 23.89m, 基坑开挖深度 13.6m。

    桥址区上覆土层主要为第四系上全新统冲积层(Q4al+pl) 粉质粘土、第四系上更统冲洪积层(Q3al+pl);下伏主要为侏 罗系中统自流井组(J2Z)粉砂岩。基坑范围内水田、水塘等 洼地表层,局部分布少量淤泥质粉质黏土、软塑、含腐殖 质;粉质黏土多呈硬塑,具中~弱膨胀性,地层分布及物理 力学性质见表 1。基坑所处位置地下水为孔隙水和基岩裂 隙水,水位标高 13m。

 

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    2 基坑支护结构
    基坑宽 22m 长 35.1m,围护结构采用 准630×12mm 钢 管桩,桩间距 0.9m,钢管支撑为 准609×16mm,型钢围檩为2-HM600×300,桩顶采用钢围檩沿基坑三面与钢管桩焊 接,受力计算不考虑钢管桩顶围檩冠梁的作用。

 

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    34# 雷达水位计基坑钢管桩长 21m,竖向支撑系统共设 3道钢支撑、1 道临时支撑和 1 道雷达水位计底混凝土圈梁,第一 道支撑于地面向下 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,第四道临时支撑位于第三道 下方 2.8m,混凝土圈梁及纵横系梁位于雷达水位计底。

    35# 雷达水位计基坑钢管桩长 20.5m,竖向支撑系统共设 3 道钢支撑、1 道临时支撑和 1 道雷达水位计底混凝土圈梁,与前者相比支撑不同之处在于第二道位于第一道下方 2.8m 处。

    基坑安全等级按一级考虑,桩端入强风化粉砂岩层中, 经过模拟基坑分步开挖对两个基坑支护结构的内力位移、 地表沉降、整体稳定、抗倾覆、钢管桩强度、坑底抗隆起和内 支撑等分别计算,设计安全系数均满足施工安全要求。

    3 基坑监测方案
    现场雷达水位计基坑施工前布设独立位移、沉降监测基准 网,采集初始数据。设置表面应变计对支护结构应力进行监测,具体监测内容包括支护结构顶部水平位移、深层水 平位移、地面沉降、地下水位、支撑轴力等。

    3.1 监测点布置
    监测基准点设置 4 个,设在基坑变形影响范围之外,避开施工干扰且易于长期保存处,与监测点形成闭合路线构成节点网。基准点、监测点采用现场开挖砌井,混凝土浇 灌密实并设盖加以保护。桩顶水平位移监测点直接与桩体 焊接;深层水平位移监测点采用测斜管导槽,垂直于基坑 边线,管口加管盖;地下水位监测点沿基坑布置;钢支撑应 力监测点先将应力计支座焊接在支撑上,将钢板计安装在 支座上,外部用铁盒保护。根据规范要求,每个基坑布设 8 个桩顶水平位移监测 点、8 个桩体变形监测点、24 个支撑应变监测点、8 个地下 水位监测点、24 个地面沉降监测点。

    3.2 监测方法与频率
    监测方法与频率见表 2。

 

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    4 监测结果与分析
    34#、35# 基坑自 2017 年 11 月底完成防护管桩的施工,后基坑开始施工,至 2018 年 4 月初 回填完成。期间对各监测项目监测点进 行量测,监测过程中无任何异常情况。 以 34# 基坑为例,各实测监测数据成图 及分析如下:

    4.1 竖向位移
    基坑的竖向位移观测点多,每个基坑形成 8 组沉降观测曲线,34# 基坑施 工过程中有 2 个沉降观测点遭到破坏,导致对观测分析结果造成一定的影响。 图 3 取其中位于便道侧较典型的一组 沉降观测曲线,靠近基坑的点最大沉 降-5.12mm,靠近便道边缘的点最大沉 降-1.97mm,其他点沉降都较小,通过沉降曲线可以判断在基坑开挖期间地 表沉降速率较小且均在允许范围内,基 坑周边土体处于稳定状态。

 

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    4.2 桩顶水平位移
    根据观测数据显示基坑防护桩大部 分都是向基坑内收敛,其中存在 2 个长 边的角点向基坑外位移,但数值较小。其中 34#S-4 累计位移 最大值为 7.89mm,其他位移基本都在 4~6mm 范围,基坑防护结构整体较为稳定,之所以存在向基坑外的水平位移,初 步分析应该是支撑系统起到作用,施工过程基坑支护稳定 处于受控状态。(图 4)

 

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     4.3 深层水平位移
    该观测选择变化较为典型的 5 和 8 号测点的深层水 平位移分布图,其他测点的深层水平位移分布均在该范围内。监测过程中,基坑测点 34-5 累计位移最大值为-8.15mm、测点 34-8 累计位移最大值为 6.35mm,所有测点累计位移较小,随着地下结构形成,各测 孔的数据逐渐收敛。从整个基坑的土体 变形数据来看,本工程施工过程中,土体 变形相对均匀平缓,无异常和陡变现象出现。(图 5)

    4.4 地下水位
    从基坑水位累计变化及基坑地下水 位变化曲线可以看出,基坑水位累计最大值是 34-2 监测点,累计变化为-750mm, 且后期持续观测,基坑从开挖到回填期间,基坑其地下水位变化曲线呈缓变平直 型,地下水位处于稳定状态。(图 6)

    4.5 支撑轴力
    从基坑基坑支撑体系轴力变化曲线可以看出,基坑支撑体系轴力累计变化 最大值是第一层右侧第三道支撑监测 点,累计变化为 202.53kN,且后期持续观 测,基坑所有支撑体系轴力监测点变化曲线呈缓变平直型,基坑在开挖到回填 期间,支撑体系处于稳定状态。(图 7)

    5 小结
    本基坑工程在施工过程中,及时对基坑各监测点进行监测和数据曲线分析,变化速率和累计 值均未超过警戒值,确保人身、基坑及周边环境的安全,保 证各工序的顺利进行,达到了引导、优化、安全施工的目的,能有效避免重大隐患事故的发生。不足之处在于场地环境、施工干扰、天气等因素使部分监测无法正常观测,导致部分监测内容资料不连续,一定程度上影响监测结果分 析的准确性。同时现场工作人员对测点的保护意识不够,部分测点观测过程中遭到破坏。

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