超长扩大头预应力锚索基坑支护监测研究_刘娟.pdf

低温建筑技术-冻土与地基基础Dec.2022 No.294DOI：10.13905/ki.dwjz.2022.12.020超长扩大头预应力锚索基坑支护监测研究ON THE MONITORING OF FOUNDATION PIT SUPPORT WITH SUPER LONG AND ENLARGEDPRESTRESSED ANCHOR CABLE刘娟（太原学院建筑与环境工程系，太原 030032）LIU Juan（Department of Architecture and Environmental Engineering,Taiyuan University,Taiyuan 030032,China）【摘要】文中在对复杂地质条件下基坑支护的监测如何结合工程基坑支护的方式针对性地监测进行研究，通过工程项目山西某文化商务中心基坑支护实例，以其超长扩大头预应力锚索施工的基坑支护方式的施工工艺，从监测程序、监测点的布设原则和监测点的设置、监测频率3个方面研究了监测方案，确保施工的安全，经工程实践效果良好。对类似地质条件下超长扩大头预应力锚索基坑施工有一定的推广作用，可为今后类似的工程基坑支护监测提供借鉴与参考。【关键词】基坑支护；监测点；水平位移；竖向位移；监测频率【中图分类号】TU473.2【文献标志码】A【文章编号】1001-6864（2022）12-0088-04Abstract：Monitoring foundation pit supports under complex geological conditions in combination with the way ofengineering foundation pit support is studied with a project in Shanxi,which employs the construction technology ofsuper long expansion head prestressed anchor.The monitoring scheme is studied from three aspects,monitoring procedures,monitoring point layout principles and monitoring point settings,and monitoring frequency,ensuring thesafety of construction,and the effectiveness is good through engineering practice.It can promote the construction ofsuper long enlarged prestressed anchor cable foundation pit under similar geological conditions,and provide the reference for similar engineering foundation pit support monitoring in the future.Key words：foundation pit support;monitoring point;horizontal displacement;vertical displacement;monitoring frequency0引言20世纪初，随着基坑工程的发展，基坑监测技术更好地满足了基坑支护中安全管理的要求1。基坑监测技术随着大量的工程实践得到了广泛的应用。国内针对深基坑支护监测技术等方面的研究也逐渐增多，但针对复杂地质条件下深基坑施工与监测技术的研究相对较少。文中以山西某文化商务中心工程复杂地质条件承压水位以下扩大头预应力锚索施工基坑支护的技术难点，经过实际施工经验总结形成了钢筋混凝土地下连续墙（兼做止水帷幕）+扩大头锚索支护方式。对基坑支护进行监测方案研究，保证施工过程的安全可控2，确保基坑及周边建筑物、道路的安全，结合现场实际情况和基坑安全等级提出合理的变形监测方案，研究具有重要的社会意义和经济意义。1工程概况山西某文化商务中心项目工程围护结构基坑基底面积约 75000m2，周边长度 1100m，基坑深度介于16.318.1m，基坑降水采用钢管井降水，地基处理方式采用灌注桩基础。根据实地踏勘，基坑北侧管线有供电、通信、雨水、自来水；基坑东侧管线有雨水、污水；基坑南侧管线有供水、污水；基坑西侧管线有供水、雨水。勘察范围内均揭露地下水，实测混合静止水位埋深介于3.97.2m之间，水位标高介于771.31773.99m之间，地下水类型属于潜水-承压水，承压水头分别为4.68.9m，14.319.2m，测压水位分别为768.5770.13m及767.31769.2m。基坑使用年限为一年，基坑监测等级为一级。2基坑支护2.1支护方案工程项目地理位置重要，地下水位受地表补水影响，水位高、回填土厚、砂层深，地质情况复杂。扩大头预应力锚索设计锚固段长度局部达到15.5m，超过技术规程中扩大头锚固段长度不宜大于6m的要求。通过多方试验、对比、分析、收集整理数据，因地制宜，积极控制，经过实际施工经验总结形成了钢筋混凝土地下连续墙（兼做止水帷幕）+扩大头锚索支护方式。工法采用自由段套管护壁成孔与扩孔段水泥浆护壁结合的工艺解决了扩大头预应力锚索在承压水88位以下不易成孔，对基坑外围土体扰动范围较大的弊端，有效保证基坑和周边建筑、构筑物的安全，既能提高施工效率缩短工期，有效节约基坑的支护成本3。施工中在锚索扩孔后机械辅助置入锚杆可以有效保证扩孔质量和钢绞线的受力满足设计要求。整体施工工艺简单易操作，可有效指导锚固段长度6m的超长扩大头预应力锚索的施工。2.2关键技术在地下水位高、砂层厚区域深基坑支护中，扩大头预应力锚索机械成孔时自由段采用套管护壁成孔，钻孔至锚固段时利用中间喷管喷出高压旋喷水泥浆在锚固段（扩大头）长度范围内切割扩孔，注入的水泥浆置换出泥浆同时起到护壁作用，保证扩大头部位不塌孔，扩孔完成后拔出中间喷管，利用钻机小钻杆迅速安装锚杆杆体，并进行一次、二次劈裂注浆，形成一个圆柱状的扩大头，在注浆体和混凝土台座的抗压强度值达到要求后进行张拉和锁定。锚杆张拉至1.051.1Nt时，对岩层、砂性土层保持10min，对粘性土层保持15min，然后卸荷至锁定荷载设计值进行锁定，如图1所示。每道预应力锚索的试验数量不少5%且不得少于3根，预应力锚索的张拉应采取分级循环加、卸载荷法。起始荷载宜为锚索设计拉力值的30%，最大试验荷载不能大于承载力标准值的0.8倍。经过多次施工试验得出对于锚固段长度6m的超长扩大头锚索锚杆应采用扩孔完成后机械辅助置入锚杆杆体的方式施工，能有效保证杆体居中位置及扩大头的成型效果4。3基坑监测3.1基坑监测目的（1）通过对地表变形、围护结构变形、基坑开挖后锚索内力监测、地下连续墙深层水平位移监测，掌握支护结构的变形信息并及时反馈，指导施工作业和确保施工安全。（2）经测量数据的分析处理与必要的计算和判断后，进行预测和反馈，以保证施工安全和地层及支护的稳定5。（3）对测量结果进行分析，可应用到其它类似工程中，作为指导施工的依据。3.2基坑监测程序接受委托；现场踏勘，收集资料；制定监测方案，并报发包人及相关单位认可；展开前期准备工作，设置监测点、校验设备、仪器；设备、仪器、元件和监测点验收；现场监测；监测数据的计算、整理、分析及信息反馈；提交阶段性监测结果和报告；现场监测工作结束后，提交完整的监测资料。3.3基坑监测内容由于工程周边环境复杂，地理位置重要，开挖施工中不得出现任何意外险情。因此对监测工作提出了更高的要求6，所布设监测系统能及时有效、准确、精确、全面地反映施工中被监测对象的动向，确保施工的顺利安全进行。3.3.1竖向位移监测竖向位移监测布设基准点和工作基点应避开交通干道主路、地下管线、水源地、松软填土、滑坡地段、机器振动区以及其他可能使标石、标志宜遭腐蚀和破坏的地方；基准点应选设在基坑开挖深度3倍变形影响范围以外稳定、易于长期保存的地方。竖向位移监测基准点也可选择在基础深且稳定的建筑上；基准点数不应少于3个，工作基点可根据需要设置。基准点和工作基点应形成闭合环或形成由符合路线构成的节点网。基准点、工作基点之间便于进行水准测量。基准点埋设原状土层，基准点制作采用埋设预制混凝土墩方式进行布设，具体做法见图2。在外业踏勘后选定的位置处成孔，待定点孔深和宽度挖好后，在坑底铺设200mm厚的碎石并夯实，将预制好的混凝土观测墩放入坑内，然后用素土填实，顶部用木板进行遮盖。硬化路面用电锤成孔，打穿路基层，然后用铁锤打入20mm钢筋，长度为60cm，顶部磨光处理，顶上刻划“+”字，露出地面部分不能太长，约12cm，避免影响行人和车辆行走。图1扩大头预应力锚索张拉与锁定（a）扩大头预应力锚索张拉（b）扩大头预应力锚索锁定完成后89低温建筑技术-冻土与地基基础Dec.2022 No.2943.3.2水平位移监测水平位移监测布设基准网可采用导线网和视准线等形式。当采用视准线法时，轴线上或轴线两端应设立校核点。水平位移监测布设基准网宜采用独立坐标系统并进行一次布设。必要时可与国家或施工坐标系进行联测7。项目平面基准点与高程基准点二者共用。水平位移监测工作基准点布设在基坑外侧，标准观测墩作为工作基点见图3，观测墩布设需选择通视条件需满足观测要求，根据基坑现场条件情况确定具体位置，满足基坑支护的变形观测。基准点标石埋设后，应达到稳定后方可开始观测。稳定期应根据观测要求与地质条件确定，一般不宜少于15d。在基坑开挖过程中两个月复测1次，点位稳定后每季度或每半年复测1次。当观测点变形测量成果出现异常应及时进行复测，对其稳定性进行分析。3.3.3围护墙顶部竖向位移及水平位移监测围护墙顶部竖向位移及水平位移布设支护桩顶部的水平和竖向位移监测点应沿冠梁顶部布置，围护墙中部、阳角处应布置监测点；监测点水平间距1520m，每边监测点数目不宜少于3个；水平和竖向位移监测点为共用点。测点埋设待冠梁浇筑完成后，用电锤在冠梁顶部位置钻孔，深度10cm，将不锈钢测量标志放入孔内并用植筋胶固定。3.3.4锚索拉力监测锚索拉力监测点应选择在受力较大且有代表性的位置，基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂的区域宜布置监测点；每层锚杆的拉力监测点数量应为该层锚杆总数的1%3%，并不应少于3根；每层监测点在竖向上的位置宜保持一致；每根杆体上的测试点宜设置在锚头附件和受力有代表性的位置；监测点水平间距宜为3050m，每边监测点数目不应少于1个。测点埋设在将要观测的锚索锚固段锚固后，张拉前将锚索测力计安装在孔口垫板上，安装张拉机具和锚具（千斤顶），同时对测力计的位置进行校验，安装就位后，开始预紧和张拉。3.3.5基坑内、外地下水位监测基坑内、外地下水位监测点应沿基坑、被保护对象的周边或在基坑与被保护对象之间布置，水位孔埋设（见图4水位孔埋设示意图）。监测点间距宜为2050m；相邻建筑、重要的管线或管线密集处应布置水位监测点；当有止水帷幕时，宜布置在止水帷幕的外侧约2m处；观测管的管底埋置深度应在最低设计水位或最低允许地下水位之下35m。基坑内、外地下水位监测点利用基坑内降水井和基坑外观测井进行监测。3.3.6周边建筑物水平、竖向位移监测及裂缝监测周边建筑物水平位移监测布设在建筑四角、沿外图2基准点制作（单位：mm）木板自然地面素土填实碎石垫层夯实70040020060050050350自然地面7001000100015001200主筋12箍筋7100200图3观测墩示意图（单位：mm）透水段PVC回填回填图4水位孔埋设90墙每1015m处或每隔23根柱基上，且每侧不小于3个监测点；在不同地基或基础分界处；在不同结构的分界处；在变形缝、抗震缝或严重开裂处的两侧；在新、旧建筑或高低建筑交接处的两侧；在高耸构筑物基础轴线的