中国建筑第八工程局华北分公司 天津 300450
摘要：随着城市建设的发展，一些超大、超深基坑如污水处理厂、车站和大型厂房等工程越来越多，这类基坑由于“大”和“深”的因素在开挖施工过程中往往会引起支护结构内力的变化和位移，以及基坑内外土体变形等情况的发生，因此风险性较大，稍有不慎，不仅危及基坑本身安全，而且会殃及邻近的建筑物、构筑物、道路桥梁和各种地下设施，造成的经济损失和社会影响往往十分严重。一种智能化的、即时性的、经济实用的监测技术是保障超大超深基坑安全施工的前提条件。本文以天津市东郊污水处理厂及再生水厂迁建工程为载体，总结基坑智能化自动检测技术在超大超深基坑中应用的经验。
关键词：超大超深基坑；基坑监测；智能化自动监测；变形曲线
1 工程概况
东郊污水处理厂及再生水厂迁建工程建成后是亚洲最大的半地下式污水处理厂，本工程箱体建筑面积18.1万㎡。基坑东西长475m，南北宽400m，占地面积17.2万㎡，基坑开挖深度最深为16.5m，本工程为超大超深基坑。本项目工程分为44个区块，地下结构多并且复杂，导致基坑暴露的时间过长，大面积基坑对闭水的要求也高，加上天津市软土地区土质时空效应的影响，给基坑的安全施工带来巨大挑战。
箱体结构基坑较深，最深处超过16m，西北角坑深14.5～16.3m和南侧坑深11.9m处安全等级为一级，其余部分为二级。工程为密集群桩，应按照中心向外围的顺序进行沉桩，沉桩时应加强基坑的监测，防止沉桩挤土导致基坑变形过大。坡顶水平、垂直位移报警值为25mm，支护桩顶水平、垂直位移报警值为35mm，支护桩深层位移报警值为35mm，立柱桩竖向位移报警值为25mm，构件裂缝宽度报警值为0.3mm，基坑开挖后应随时观察坑壁漏水，混凝土构件裂缝，基坑周围地面开裂、下沉，坑底隆起等情况。
基坑周边环境概况：本工程所处天津市东丽区南淀郊野公园内，京津塘高速公路和外环线调整线西北侧夹角范围内，周边无建构筑物。基坑东侧距新建外环东路110m，南侧距京津唐高速公路145m，北侧距盛捷路350m，基坑西侧为空地。
基坑周边管线情况：基坑西北角有架空高压走廊。基坑西北角开挖深度大，距离高压塔41m，距离高压走廊外缘投影线水平距离为25m，基坑东侧距热力管线15m，管径1.2m，埋深2.85m。
基坑周边环境及管线情况较为复杂，基坑的安全直接影响着工程、市政道路、管线及高压电线的安全，本工程采用智能化的自动监测技术实时监测基坑的变形情况。(见图1）
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图1 基坑周边管线、构筑物布置情况
2 基坑监测内容
2.1 地下水位监测
2.1.1 布设原则
按照东郊污水处理厂及再生水厂迁建工程项目降水施工图纸及降水施工方案的要求，本工程坑外水位观测井布设于基坑外2m处，在基坑周边布设43口坑外水位观测井，井顶大沽2.20，井底大沽-10.10m，井深12.30m。
在基坑降水及开挖期间配合降水施工单位观测坑内降水井水位计流量的变化，综合地表沉降观测数据分析判断基坑周边止水帷幕的可靠性。
2.1.2 监测方法
在基坑外的检测井中布置水位监测管。水位监测管可自动采集检测井内水位高度，经黑匣子收集传至基坑监测网页。检测井水位一天可采集12次，在网页中自动绘制为时间——水位变形曲线，使水位变化的监测更加直观和便捷，为现场的土方开挖及降水施工提供数据支持。
2.2 支撑轴力检测
2.2.1 布设原则
监测点宜设置在支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用的杆件上，每层支撑的内力监测点不应少于3个，各层支撑的监测点位置上竖向保持一致，混凝土支撑的监测截面宜选择在两支点间1/3部位，并避开节点位置，每个监测点截面内传感器的设置数量及布设应满足不同传感器测试要求。
本基坑支撑结构均为混凝土支撑，共布设6组支撑内力监测点，其中西北侧第一道支撑布置3组支撑内力监测点，第二道混凝土支撑布置3组支撑内力监测点。
2.2.2 布设方法
混凝土支撑轴力：采用在混凝土支撑的四角主筋上安装钢筋应力计，通过对主筋应力的观测，计算得到混凝土支撑的受力状态。监测断面选定后，在四角主筋上分别埋设与主筋粗细相匹配的四个钢筋计。钢筋计与受力主筋通过连杆电焊的方式连接，在焊接过程中，为了避免高温对钢筋计产生不利影响，采用两种方法进行焊接：1.有条件时应先将连杆与受力钢筋碰焊对接(或碰焊)，然后再旋上钢筋计。2.在安装钢筋计的位置上先截下一段不小于传感器长度的主筋,然后将连上连杆的钢筋计焊接在被测主筋上焊上。钢筋计连杆应有足够的长度,以满足规范对搭接焊缝长度的要求。在焊接时,为避免传感器受热损坏,要在传感器上包上湿布并不断浇冷水,直到焊接完毕后钢筋冷却到一定温度为止。在焊接过程中还应不断测试传感器,看看传感器是否处于正常状态。（见图2）
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图2 支撑轴力及混凝土钢筋计埋设位置示意图
2.3 支护桩深层水平位移监测
2.3.1 布设原则
围护结构深层水平位移监测主要考虑在灌注桩支护区域进行布点，参照设计图纸，在灌注桩支护区域均有4m深度的放坡，灌注桩支护临空面深度应在基坑深度的基础上减去4m。基坑深度＜9m的区域，灌注桩支护临空面深度＜5m。
基坑支护桩最大水平位移多数将出现在支护桩顶部。支护桩顶水平位移在一定程度上可以可靠地反映支护桩的最大变形情况。
根据原围护结构设计单位提供的图纸显示，在基坑周边布设4个围护结构深层水平位移点。结合基坑实际情况分析，为更进一步确保基坑安全，对原设计图提供布点方案进行适当增加，对于基坑深度大于10m区域考虑布设深层水平位移点。共布设7个深层水平位移监测点。
同时应在深层水平位移监测点顶部布设墙顶水平位移监测点，在监测深部水平位移监测点的同时对相对应的顶部水平位移监测点进行监测，以用于检核深层水平位移监测点的位移量，测斜管的长度与支护灌注桩钢筋笼的深度相同。
2.3.2 布设方法
因本基坑灌注桩外侧采用了一级放坡，灌注桩在基坑开挖前先行施工，因而测斜管应随同灌注桩施工时同步布设并埋入土体中。待基坑外边缘放坡至第一级坡底，灌注桩露出，将测斜管引至地表上，根据灌注桩上部压顶梁的高度确定加接测斜管的长度，为防止测点破坏，在测斜管外加套Φ150的钢管，钢管长度高于测斜管50mm并加盖保护。测斜管应紧贴迎土面埋设，因灌注桩上部压顶梁施工时需凿除浮浆，条件允许可在顶板高度位置的测斜管外面套钢管保护，防止凿除灌注桩上部浮浆时破坏测斜管。（见图3）
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图3 围护结构深层水平位移（测斜）测斜管布设示意图
2.4 建筑物倾斜检测
布设方法：本基坑施工需要监测的建（构）筑物主要是位于基坑西北侧的220KV高压铁塔，在高压铁塔底座四角处各布置一沉降点位，测点均采用沉降钉布设。220KV高压铁塔的沉降变形数据同步至智能化监测网页，供施工管理人员实时监测现场高压铁塔的变变形情况。
2.5 沉降监测
2.5.1 布设原则
本工程基坑土方开挖深度变化范围较大，从6.45m-16.5m，根据基坑开挖深度的不同，要求在基坑周边按照断面间距30-60米共布设31个沉降断面，其中西北侧深坑处每个断面7个测点,其余每个断面5个测点，基坑深度较深区域适当增加监测断面密度。共布设约150个地表监测点。布点综合考虑坡顶已经布点的情况，取地表点测点间距从基坑边坡止水帷幕起向基坑外侧2m、4m、5m、8m、10m（由密变疏布点），监测范围总体取约30m。其中基坑西北侧监测断面设7个测点，监测范围50m。（见图4）
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图4 基坑地面沉降监测点布置图
2.5.2 布设方法
当地表沉降点设置于道路或是有车辆来往地段时，在测点处钻一直径不小于110mm、深约60cm的孔，钻孔深度根据硬路面层厚确定。然后在孔内插入长80～100cm的圆头钢筋至软土层中，钢筋头低于地面5～10cm，并用回填土将钢筋头以下部位填实。（见图5）
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图5 位于道路的地表沉降测点布设示意图
当地表沉降点布置于空地时，直接在地表打入100～120cm的圆头钢筋（直径≥12mm）至土层，超过冻土深度影响范围，地面采取保护措施，保证测点不被破坏。在上部可套直径大于60mm的PVC或钢套管，对点位进行保护，点位附近均作上明显标记(标记点号涂上红油漆)。
3 应用效果
基坑危险的变形控制区域，埋设变形监测设备，并将设备生成数据同步至指定的基坑监测网页。现场管理人员均可登录网页查看相应控制项目的每日变化、周变化、月变化、季度变化甚至年变化。智能化监测设备的应用可将施工现场变形实时地以变形曲线的形式呈现给管理人员，减少现场人工测量工作的同时也规避了手工测量的误差。管理人员可直观地了解到随着施工进度的基坑变形的变化，对整个基坑的安全施工有个全局的把控。智能化自动监测技术的应用，污水处理厂基坑的检测结果坡顶水平、垂直位移、支护桩深层位移、立柱桩竖向位移、构件裂缝等均小于设计的允许值，保证了基坑的施工安全。（见图6-7）
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图6 深层水平位移变形曲线
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图7 地下水位变形曲线
4 结语
天津东郊污水处理厂及再生水厂迁建工程基坑占地面积大、土方开挖深度大属于超大超深基坑，基坑安全因素较多，且现场的基坑监测工作较为繁重。基坑施工时，预先埋设监测设备，实时监测基坑的地下水位、支撑轴力、支护桩深层水平位移、建筑物倾斜和沉降等变形，将数据以变形曲线的形式供管理人员查看。污水处理厂的基坑智能化监测结果符合设计要求，解决了超大超深基坑的基坑变形监测问题。基坑智能化自动监测技术在超大超深基坑中的应用可为类似工程提供借鉴。
参考文献：
[1]曹磊.深基坑开挖边坡稳定性实施技术[J].水运工程，2019
[2]赵尘衍,刘全海，谢友鹏，张洋.自动化检测技术在地铁基坑工程检测中的应用[J].城市勘测，2019
[3]郝雨绮,于建文.深基坑监测技术探讨[J].山东工业技术，2018