施工期安全监测技术在蒙城枢纽基坑施工中的应用

一、项目概况

1.工程概况

安徽涡河蒙城枢纽工程，是涡河流域一座集防洪、排涝、蓄水、灌溉、交通航运于一体的Ⅱ等大（2）型枢纽工程。拟建的主要建筑物由节制闸和船闸组成，节制闸为大（2）型水闸开敞式结构，两孔一联共16孔，单孔净宽10m，总过流宽度160m，设计流量为20年一遇2400m3/s，校核流量为50年一遇2900m3/s。新建船闸为Ⅲ级船闸，设计船型为1000t 级。

2.基坑主要参数

节制闸基坑最大长度约470m，最大宽度约200m，面积约7.6万m2，最大开挖深度达到12.3m；船闸基坑最大长度约530m，最大宽度约90m，面积约3.5万m2，最大开挖深度达到17m。降水前地下水埋深约在18.51～20.81m，开挖降水最大深度约为13.32m。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）属于Ⅰ类基坑。

3.地层岩性

工程位于皖北（华北）地层区，属于两淮地层分区淮北地层小区。区内第四系地层发育，分布广泛，厚度达数十米至数百米，以冲积和洪积类型为主，地层具多元结构：土性为粉质粘土、粘土、粉细砂、细砂、粉土、淤泥质粉质黏土等。

开挖深度范围内主要包括粉质粘土、粘质粉土、粉细砂等，局部有灰黑色淤泥、淤泥质土，具二元结构，为典型的近代冲积地层。

二、监测必要性分析

枢纽工程建设规模大，结构物集中，建设工期长，主体结构均在基坑内施工。根据已批复的施工组织设计，高峰期基坑内作业人员超过300 人，各种机械设备超过120台套，基坑稳定与否直接关系到参建人员、设备、材料的安全。且基坑两侧为涡河堤防，一旦因基坑开挖导致堤防失稳，可能影响整个淮河流域防洪度汛。因此，采取科学、高效的方式方法对基坑进行监测尤为必要。

三、监测项目及布置

经参建各方研究讨论，确定基坑监测项目主要包括基坑边坡水平、垂直位移监测、地下水位监测。另外，根据经验，对基坑边坡进行巡视检查，观察边坡有无裂缝、局部坍塌等现象。

1.边坡水平位移监测

基坑边坡水平位移采用测斜管监测，安装在基坑开挖较深的边坡顶部附近，节制闸基坑开挖边坡布置2 套，船闸基坑开挖边坡布置3 套，测斜管钻孔深度深入相应基坑底高程3m左右，共布置5 套测斜管。水平位移测点平面布置详见图1。

测斜管通过滑动式测斜仪监测，采用TL-06B型钻孔测斜仪。

仪器参数：

（1）传感器灵敏度：0.02mm/8″；

（2）标度因素：2.5±0.01v/g；

（3）导轮间距：500mm；

（4）测头尺寸：φ32mm×660mm；

（5）测量范围：±53°；

（6）工作温度：-20℃～70℃；

（7）耐水压：1.2MPa。

图1 测点布置图

观测时将测头导轮沿测斜管导向槽滑入，放松监测电缆将测头缓慢滑至孔底，记录深度标志。将孔底位置作为监测起点，每0.5m 测度一个读数，直至管口位置，然后将测斜仪旋转180°重复操作一次，以减少传感器的偏值和轴对准造成的误差。

测斜管采用ABS 材质专业管材钻孔安装，钻孔孔径130mm，测斜管逐根连接并密封后放入钻孔，调整导槽方向后周围用泥浆回填密实。

水平位移在基坑开挖过程中每周观测2～3次，根据测点变形速率进行适当调整。基坑开挖完成后待变形趋势趋于稳定后调整至1 周观测1次。

2.边坡垂直位移监测

基坑边坡垂直位移采用精密水准测量法监测，在节制闸和船闸开挖边坡顶部布置垂直位移测点，测点尽量布置在阳角处或基坑边坡中部，测点间距60m左右，开挖边坡较缓的位置测点间距可适当加大，在节制闸基坑开挖边坡布置10个测点，船闸基坑开挖边坡布置15个测点，共布置25个测点。垂直位移测点平面布置详见图1。

垂直位移按照二等水准测量精度要求进行观测，垂直位移测量监测设备采用徕卡DNA03 电子水准仪，水准仪配合铟钢条码尺使用，仪器每千米往返误差0.3mm。

施工期垂直位移测点采用带底座的钢管标形式，底座尺寸0.8m×0.8m，埋深1.0m，测点顶部焊接沉降标点，并设保护装置。

垂直位移在基坑开挖过程中每周观测2～3次，根据测点变形速率进行适当调整。基坑开挖完成后待变形趋势趋于稳定后调整至1 周观测1次。

图2 水平位移典型测点测值曲线图

图3 垂直位移典型测点测值过程线图

图4 地下水位典型测点变化过程线图

图5 截渗墙内外水位变化相关过程线图

3.地下水位监测

地下水位采用测压管监测，测压管布置在基坑中央和两个相邻的降水井中间位置，在节制闸基坑中央布置2个测点，基坑边坡降水井中间布置4个测点；船闸基坑中央布置3个测点，基坑边坡降水井中间布置13个测点，在节制闸截渗墙外侧分别布置2个测点，在船闸截渗墙外侧布置4个测点，测点与截渗墙内侧的测点对应布置。测压管安装深度比相邻的降水井深2m左右。共布置测压管28 根，具体平面布置详见图1。

地下水位通过电测水位计观测。采用HY.SWJ-1型电测水位计，仪器分辨率1mm，重复性误差0.2mm。首次观测时应测量测压管管口高程，并根据电测水位计监测结果计算地下水位高程。

测压管采用镀锌钢管钻孔安装，钻孔孔径110mm，透水段钢管钻孔后包裹无纺布，周围回填中粗砂，地面以下3m范围内回填粘土球封孔。

地下水位观测与降水工作同步进行，基坑地下水测压管在降水未达到设计要求水位前，每天观测2次，观测时间应尽量与排水井水位同步观测。当水位达到设计要求水位且水位稳定后，每1～2 天观测1次，基坑回填停止降水后停止观测。

4.巡视检查

主要内容包括对边坡周边有无塌陷、裂缝和滑坡，边坡表面有无裂缝、滑坡和渗水点，基坑底部有无隆起和渗水点，监测设施的是否完好等情况进行巡视检查。该项工作每周巡视1次。日常参建各方发现问题均可直接向项目部提出。

四、监测资料整编与分析

1.水平位移监测资料分析

基坑边坡水平位移监测自2019年4月4日开始进行监测，并及时进行资料整编分析，上报监测结果，指导基坑开挖和施工。基坑开挖施工以来水平位移测值变幅整体相对较小，累计变化量最大值为11.4mm，发生在船闸基坑开挖边坡中间部位。测值没有明显突变和不收敛的趋势性变化，水平位移测值低于规范要求的30mm 警戒值要求，表明基坑边坡整体处于稳定状态。基坑边坡水平位移典型测点曲线见图2。

2.垂直位移监测资料分析

基坑边坡垂直位移监测自2019年4月26日开始观测，目前垂直位移测点变幅相对较小，没有明显的趋势性变化，测值累计变化量最大值为13.4mm，发生在节制闸靠河床侧基坑边坡顶部，各个垂直位移测点变幅值均低于规范要求的30mm 警戒值要求，基坑边坡整体稳定。基坑边坡垂直位移典型测点变化过程线见图3。

3.地下水位监测资料分析

基坑降水工作开始前，基坑内地下水位初始高程在18.51～20.81m范围内，截止到2020年4月20日，各测压管地下水位高程在5.70～16.51m范围内，地下水位最大降幅13.32m。截渗墙内外水头差为2.52～5.79m，表明截渗墙防渗效果良好。

在基坑开挖过程中，通过计算基坑各个典型开挖高程的测压管水位警戒值指导施工开挖，有效保证了施工安全。目前基坑开挖已达到设计最大深度，基坑地下水位基本趋于稳定，未发生突涌、管涌等危害工程的异常情况。地下水位典型测点变化过程线见图4，截渗墙内外水位变化相关性见图5。

五、结语

涡河蒙城枢纽工程在基坑开挖施工过程中，对基坑开挖的安全监测工作进行全面、系统的事前策划和过程控制，采用测斜管、高精度水准测量、测压管水位量测和巡视检查结合的方式，通过监测反馈和指导施工，有效预防了基坑内突发涌水、边坡坍塌等险情的发生，为保障基坑施工期安全发挥了重要作用，可为同类工程施工提供参考和借鉴■