深基坑安全管理文献综述（特大海中锚碇围堰及基坑监控检测关键技术）

石红广东盛翔交通工程检测有限公司

摘 要：深中通道伶仃洋大桥海中锚碇为整个深中通道桥梁工程关键线路的关键工程。海中巨型锚碇为国内首创，无直接经验可供借鉴，需要结合以往桥梁工程、水力及港口工程、港珠澳大桥海上筑岛等经验，集合各参建方优势制定本质安全可行的方案。依托深中通道伶仃洋大桥锚碇设计及监控理论等方面的创新优化，达到了设想的目的，体现出同类型工程施工中先进的控制工艺及措施，具有较高的借鉴意义及应用价值。

关键词：海中锚碇;筑岛围堰;基坑监控;应力分析;

1 背景介绍

深中通道地处珠江中游核心区域，位于虎门大桥下游约30km，距离港珠澳大桥上游约38km。该工程东接机荷高速，跨越珠江口，西至中山马鞍岛，与规划的中开、东部外环高速对接，主体工程全长约24km。

锚碇采用圆形筑岛围堰形成陆域作业环境，筑岛直径220m即38000m2，围堰采用由158根直径2m的锁扣钢管桩与工字型板桩组合方案，桩长38m穿过厚25m承载力极低的软弱覆盖层进入砂层，利用大型打桩设备、自主设计的监控理论方案、科学合理的组织，通过实时监控系统清楚掌握钢管桩姿态变化，可靠的数据检验了施工质量与安全。锚碇基础设计为8字形，直径2×65m，采用先进铣槽机设备构筑坚实的地下连续墙。

桥梁工程跨越多个航道、航运繁忙;施工海域宽广、远离陆地，桥址区域台风频繁;环保要求高;大部分区域水深条件差，回淤强度大;基岩面埋置深度及起伏较大。

图1 锚碇围堰设计布置图 下载原图

2 监控检测的目的和意义2.1 监控检测目的

由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，造成目前人们在岩土工程的认识上还有一定的局限性，很难单纯的从理论上预测工程中可能遇到的情况和问题。对于深中通道伶仃洋大桥这样的控制性工程来讲，为保证基础工程施工与运行安全，在实际施工过程中实施严密的监控检测控制系统就显得非常必要。工程监控检测的目的:

(1)将监控检测数据进行归纳整理，以便能及时发现施工过程中的不稳定因素，及时采取补救措施，确保基坑稳定安全，减少和避免损失;

(2)将现场监控检测的结果用于后续施工工序和部分结构设计的优化，使施工工序更为合理，结构设计优质安全、经济合理。

2.2 信息化施工监控检测的意义

传统的基坑监控检测方案是对现场采集的监控量测数据进行数据处理和分析后，生成监控检测日报，具有一定的时间滞后性，很容易由于监控检测信息反馈不及时，造成设计变更及施工调整不及时，给工程建设带来安全隐患。本项目施工环境复杂多变，传统监控检测方案很难及时有效地反馈围堰施工过程中可能出现的异常征兆。

因此，采用信息自动集成化监控检测方法进行高精度、高频率的监控检测与实时反馈，通过将监控量测数据导入建立的三维可视化数字模型，实时显示基坑及其支护的安全状况;同时建立有限元模型进行模拟计算分析，为基坑信息化施工组织与控制提供依据和合理化建议。

3 监控检测内容

本工程为人工筑岛基坑开挖，人工筑岛钢围堰的结构稳定是围堰内部施工的安全保障，围堰内部围护(地连墙)、支护与围堰内土体相互作用形成一个稳定体系。本工程监控检测共分为2大部分:钢管桩围堰外监控检测与钢管桩围堰内(包含钢管桩)监控检测，详见表1、表2。

表1 钢管桩围堰内施工监控检测内容统计表 下载原图

表2 钢管桩围堰外施工监控检测内容统计表 下载原图

3.1 监控检测方法

(1)监控检测点垂直位移测量，采用精密水准测量的方法进行。

(2)监控检测点水平位移测量，采用精密导向测量配合极坐标的组合进行。

(3)钢管桩应力、钢围箍应力、地连墙钢筋应力和混凝土应力、内衬钢筋和混凝土应力监控检测，采用预先安装的光纤光栅应力(变)传感器来测试各监控检测点应力。

(4)地连墙深层水平侧向变形监控检测，地连墙深层水平侧向位移通过在地连墙体内埋设的测斜管进行。

(5)地下水位监控检测，在基坑降水前测得各水位孔孔口高程及各孔水位深度，孔口高程减去水位深度即得到水位高程，初始水位为地连墙施工完毕、基坑内抽水前连续两次测试的平均值。每次测得的水位高程与初始水位高程的差值即为水位累计变化量。

(6)土压力监控检测，用振弦式土压力计实测其频率的变化，根据出厂时标定的频率-压力率定值，求得土压力值。土压力盒在地连墙钢筋笼下放时安装。

(7)围堰外冲刷监控检测，采用浮力驱动埋入式监控检测网-以人工岛为中心向外辐射，环向布设共计12组，组间相隔30°。每组布设5个测点，径向相距10m，形成50m宽的环状监控检测网。

3.2 测点布设及实施

(1)钢管桩应力测点布置，在钢管桩上布设GY01～GY14共计14组监控检测点，每组沿钢管桩轴向均匀布置7个应力监控检测点，如图2所示。

(2)钢管桩水平位移测点布置，在钢管桩上布设W1～W14共计14个监控检测点，点位用一金属标志头埋设于钢管桩上部。

(3)钢围箍应力测点布置，采用7个钢索计，编号G01～G07对钢围箍进行轴力监控检测。

图2 钢围箍应力测点布置示意图 下载原图

(4)地连墙径向水平和垂直位移测点布置，在地连墙上布设ML1～ML15共计15个监控检测点，见图3。

图3 地连墙位移测点布置平面示意图 下载原图

(5)地连墙深层水平侧向变形测孔布置9个深层水平侧向位移测孔，即CX01～CX09，测孔深度同墙深。

(6)地连墙钢筋和混凝土应力测点布置，在地连墙中布置10组应力测孔，组编号为GJ01～GJ10，其中GJ09和GJ10布置在中隔墙。每组两孔，每孔均布7个光纤式应变传感器。

(7)内衬钢筋和混凝土应力测点布置，内衬墙内共布设12组应力测孔，编号为NC01～NC12。每组测孔按不同深度设5个应力传感器。

(8)坑外水位测点布置，在基坑周围5m范围内布置坑外水位观测孔，每孔深度20m。

(9)坑外土压力、坑内水位测点布置，采用挂布法在地连墙迎土面一侧埋设土压力计，如图4所示。

(10)坑外土体沉降测点布置、围堰外冲刷测点布置如图5所示。

图4 坑外土压力测点、坑内水位测点布置平面示意图 下载原图

图5 坑外土体沉降测点、围堰外冲刷测点布置平面示意图 下载原图

4 数据处理与分析

根据现场监控检测数据资料，实施锚碇基坑施工变形、应力等智能预测与控制，是信息化施工的重要环节。

(1)建立基础数据库。基础数据库的数据分为两大类:空间数据和属性数据。空间数据可以简单地理解为基坑，支护几何尺寸与方位的数字化;属性数据隶属于空间数据的，例如位移、应力、应变等，属性数据是时间动态通过测量而来或通过插值估计而来。

(2)量化指标预警体系。建立多步滚动BP神经元预测模型，基于已测得的实测数据对未来进行预测。建立有限元预测模型，根据最初的勘测资料、设计资料、施工资料进行有限元计算分析，对未来进行预测(正演分析);根据已测得的数据反算土体的“真实”力学参数(粘聚力、内摩擦角等)，进行反演分析。根据反演参数进行有限元计算分析，对比有限元计算所得数据与实测数据的差异，如果不符合要求则继续反算土体力学参数，然后再进行有限元计算分析，和实测数据对比，直到满足要求为止，正演分析和反演分析是交替、循环进行的。基于BP神经元预测模型的预测值和有限元分析预测模型的预测值，和预警值进行对比，从而确定预警的等级。

(3)成果发布。

自基坑开挖开始至基坑底板施工完成，期间每天对各监控检测项目进行一次监控检测，每两天提供一份监控检测日报，每开挖完一层做一次反演分析，并提供层报。现阶段成果总结分析如下:

从统计表可以看出，在钢管桩围堰内吹砂填筑施工、外围防护施工、场地内整平及硬化、三轴搅拌桩加固、导墙施工等过程中，钢管桩应力呈缓慢增大状态。钢管桩外侧约25m以上部位主要呈现受压状态，外侧约25m以下主要呈现受拉状态;内侧约30m以上部位呈现受拉，内侧约30m以下部位呈现轻微受压，受力状态内外侧基本相互对称。初步分析产生该状态的原因为，前期随着填筑及围堰内施工进行，钢管桩受力随土压力增加逐渐增大，从钢管桩深层水平位移可以看出钢管桩整体向围堰外偏移，与受力状态一致。

图6 深层水平位移监控检测点变化曲线图 下载原图

图7 钢管桩应力监控检测点变化曲线图 下载原图

图8 钢索围箍拉力变化曲线图 下载原图

目前钢索围箍整体处于受拉状态，受前期锚碇岛体内吹砂填筑施工，岛体内部土压力荷载增加，引起部分位置受拉较为明显，目前填筑施工及外围防护施工已经结束，外部有较为明显的反压效果。

图9 地基沉降变化曲线图 下载原图

结论:从曲线图中可以看出，填筑期随着荷载的增大，沉降速率增大;填筑间歇期，变形速率逐步减缓;后期填筑完成后，变形逐渐收敛;吹砂填筑施工结束后，4月下旬该测点附近开始进行旋喷桩施工，受旋喷桩施工影响，出现轻微隆起，旋喷桩施工后继续处于沉降状态;锚碇内场地地坪施工完成后，仍有持续下沉;随着锚体内土体不断固结，地下连续墙施工阶段，锚体内地基沉降趋势明显收敛。

5 结语

桥梁锚碇结构主体处于海洋环境，台风高发地带，航道众多且繁忙，各类风险、组织与协调难度均较大，以本质安全管理为前提，立足安全管理实施为核心，建立行之有效、切实可行的监控检测程序及科学方法，通过实践证明是有效的，能够保证桥梁工程施工安全并实时预警，能够为同行业同类型结构的监控检测提供参考依据，具有较高的借鉴意义及应用价值。

参考文献

[1] JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范．

[2] JGJ 120-2012，建筑基坑支护技术规程．

[3] CECS55-93，孔隙水压力测试规程．

[4] 深圳至中山跨江通道施工图设计文件第二篇第三册《东锚碇基础》．

声明：我们尊重原创，也注重分享。有部分内容来自互联网，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如无意中侵犯了哪个媒体、公司、企业或个人等的知识产权，请联系删除，另本头条号推送内容仅代表作者观点，与头条号运营方无关，内容真伪请读者自行鉴别，本头条号不承担任何责任。

,