润扬长江大桥基坑监测报告.docx

润扬长江大桥基坑监测报告.docx

《润扬长江大桥基坑监测报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《润扬长江大桥基坑监测报告.docx（57页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

润扬长江大桥基坑监测报告

润扬长江公路大桥

南汊悬索桥北锚碇基础工程

围护结构监测总结报告

上海岩土工程勘察设计研究院

2002年12月

润扬长江公路大桥南汊悬索桥北锚碇基础工程

围护结构监测总结报告

工程编号：

2001－J－031

工程地点：

江苏省镇江市世业洲岛

总工程师:

顾国荣

审定:

侯瑜玉

审核:

黄永进

工程负责:

杨玉泉

朱建

上海岩土工程勘察设计研究院

2002年12月

目录

第一部分工程概况

一、工程概述

二、项目参建单位

三、岩土工程地质条件

四、监测的目的与意义

五、监测方案制订及审查过程

六、监测方案的设计和变更依据

第二部分监测内容及历程

一、支护结构概况

二、基坑土方开挖及支撑浇注

三、基坑降水

四、监测内容

五、主要施工节点及监测进程

第三部分监测方法原理

一、监测点垂直沉降测量

二、监测点平面位移测量

三、围护墙侧向变位监测

四、墙体钢筋应力、立柱底部应力监测

五、支撑轴力监测

六、围檩应力监测

七、坑外孔隙水压力监测

八、地下水位监测

九、坑外土压力监测

一十、温度监测

第四部分监测点布置及实施

一、监测点的布置

1、围檩顶面垂直及水平位移

2、围护墙体侧向变位监测

3、连续墙钢筋应力监测

4、支撑轴力监测

5、围檩内力监测

6、立柱内力监测

7、坑外孔隙水压力监测

8、坑外土压力监测

9、坑内、外地下水位监测

10、立柱沉降监测

11、地基土垂直、水平位移监测

12、温度监测

二、监测方案实施细节和时间节点

1、地下连续墙内各监测元件的埋设

2、基坑外侧周边环境监测点的埋设

3、立柱桩内监测元件的埋设

4、支撑及围檩内监测元件的埋设

三、监测点实际布设数量及成活情况

1、监测点数量

2、监测元件成活情况

第五部分监测频率及报告的提交

1、监测频率

2、监测报告的提供

第六部分测试主要仪器设备

第七部分监测人员的配备

第八部分监测成果分析

一、地下连续墙监测

1、地下连续墙侧向变形监测

2、地下连续墙受力状况

二、基坑构件温度变化情况

三、支撑系统监测

1、围檩变形监测

2、围檩受力状况

3、支撑受力状况

4、立柱垂直沉降监测

5、立柱受力状况

四、土压力监测

五、水工监测

1、坑外水位变化情况

2、坑外孔隙水压力变化情况

六、基坑周边环境监测

1、测量精度分析

2、坑外土体沉降变化情况

3、长江内大堤沉降情况

七、围护结构及周边环境的巡检

第九部分结论和建议

第十部分监测设计、施工图纸目录

第十一部分监测数据图表目录

第一部分工程概况

一、工程概述

润扬长江公路大桥是江苏省“四纵四横四联”公路主骨干架和五处跨江公路通道规划中的项目，北联同江至三亚国道主干线，南接上海至成都国道主干线，是江苏省高速公路网建设的重要组成部分。

其南汊悬索桥主跨1490米，为目前中国第一、世界第三长的公路大桥。

设计等级是双向6车道，设计车速是100公里每小时，设计荷载等级是汽车超20级、挂车120，设计通航净高50米，其中南北主塔高219米，北锚碇深50米，南锚碇深30米，其模型图见图一。

北锚碇基础工程是全桥难度最高的施工项目，是全桥工程的关键。

它位于长江之中，基坑平面为长69米、宽50米的矩形结构，开挖深度50米。

规模庞大，属国内第一、世界罕见。

围护结构采用厚1.2米的嵌岩地下连续墙，内设十一道钢筋混凝土支撑，并布设直径为0.6米和1.5米两种桩长的46.5米～62.4米的混凝土钢管桩各16根作为立柱桩。

图一润扬长江公路大桥模型

二、项目参建单位

本工程采用BOT方式管理，总体承包单位为中港集团第二航务工程局，我院作为总体承包单位下的一成员负责本工程监测部分工作，于2001年5月开始进驻现场实施监测工作。

以下为参加建设的各成员单位：

总体设计单位：

江苏省交通规划设计院

监理单位：

大桥工程建设监理公司

总体承包单位：

中港集团第二航务工程局

成员单位如下：

围护结构设计单位：

上海同济大学建筑设计研究院

围护封水设计单位：

长江勘测规划设计研究院

地连墙施工分包单位：

中国水利水电基础工程局

围护结构监测单位：

上海岩土工程勘察设计研究院

地质勘察单位：

江苏省交通规划设计院

铁道部大桥工程局勘测设计院

科研单位：

同济大学土木工程学院

清华大学土木工程学院

三、岩土工程地质条件

本工程位于长江主干道内的世业洲岛内。

场区内地质条件复杂，上部为第四系覆盖层，总厚达45.7m～48.8m。

其下伏基岩属燕山晚期侵入岩，岩性主要为花岗闪长岩和后期侵入的岩脉。

由于岩脉的穿插，使基岩裂隙发育，且有蚀变、破碎和断裂。

土性自上而下分别为：

表1工程地质情况

土层号

土层名称

层底埋深（m）

颜色

状态

1

亚粘土

1.10～3.70

灰黄～褐黄色

软塑

2-1

淤泥质亚粘土

6.00～11.80

灰色

流塑

2-2

亚粘土夹粉细砂

14.00～18.80

灰色

软塑～流塑

3-1

粉细砂

34.50～36.0

灰色、青灰色

稍密～中密

4a

含砾中粗砂

36.10～40.10

灰色、青灰色

中密

4

粉细砂

40.25～47.20

灰色、青灰色

中密～密实

4b

含砾中细砂～中粗砂

45.50～48.8

灰色、青灰色

中密～密实

9-1

强风化花岗闪长岩

46.30～51.70

灰绿色间肉红色

9-2

弱风化花岗闪长岩

48.80～56.80

肉红色间灰绿色

9-3

微风化花岗闪长岩

50.50～59.7

肉红色、灰绿色

表2地质及结构材料力学参数

参数

材料

容重gs

kN/m3

粘聚力

C（kpa）

内摩擦角

f（o）

渗透系数

Ki/10-5（cm/S）

第一层土

18.4

7

15

1.8

第二层土

18.1

10

18

0.18

第三层土

20.0

5

25

2300

第四层土

19.8

2

30

5600

基岩

24

2000

45

15

水文地质特征为16～17米以浅的软粘土，其透水性较差，为下伏微承压含水层的顶板；以下至风化基岩顶板厚度约32米的砂岩构成第四系微承压水的主要含水层。

由于场区距长江干流不及200米，水力联系密切，相互渗透，补给水源丰富，致场区地下水呈饱和状态，基坑封水风险较大。

四、监测的目的与意义

在岩土工程中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工条件和外界其它因素的复杂影响，造成目前人们在岩土工程的认识上还有一定的局限性，针对具体的工程，就很难单纯从理论上预测工程中可能遇到的情况和问题，所以，在现有理论指导下有计划地进行现场工程监测十分必要。

由于润扬长江公路大桥北锚碇所处位置岩土条件复杂，开挖深，支撑道数多、施工难度大，且没有前期经验可供参考，故必须在施工组织设计中制定、在实际施工中实施严密的监测控制系统，以确保基础工程在施工、运行中的安全，为优化设计、科学决策提供准确和可靠的依据。

工程监测的目的主要有：

1、监测数据进行归纳整理，以期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、将现场监测结果用于优化设计，使设计达到优质安全，经济合理、施工快捷的目的；

3、将现场监测的结果与理论预测值相比较，用反分析法推导出更为接近实际的理论公式，用以指导其它工程。

五、监测方案制订及审查过程

受中港集团第二航务工程局委托以及指挥部的慎重研究，我院对监测方案几度修改、优化及细化，先后共编制了四套版本的监测方案，于2001年8月份经指挥部专家审查会确定按第四版监测方案实施。

以下为方案审查过程：

2001年2月初步监测方案确定（第一版），根据工程勘察报告，初步设计方案，周边环境的情况编制；

2001年3月初审监测方案（第二版），根据初审设计、施工方案及施工

工艺编制；

2001年7月复审监测方案（第三版），根据初审专家组意见和定稿的设计方案以及施工方案的实施情况在初审方案的基础上进行修订；

2001年8月定稿监测方案（第四版），根据复审专家组意见以及为《北锚碇关键技术课题研究》提供无缝隙式服务的要求进行修订；

2002年3月补充监测方案，根据《同济大学科研组，清华大学科研组，

中港二航局润扬大桥项目部关于更改支撑轴力监测方案的建

议》在第四版监测方案基础上进行了补充。

六、监测方案的设计和变更依据

1、上海市标准《基坑工程设计规范》（DBJ08-61-97）

2、上海市标准《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999）

3、上海市标准《岩土工程勘察设计规范》（DGJ08-37-94）

4、《城市测量规范》（CJJ8-99）

5、《精密水准测量规范》（GB/T15314-940）

6、《工程测量规范》（GB50026-93）

7、《孔隙水压力测试规程》（CECS55：

93）

8、《润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇基础工程施工图设计文件》（2001.4）

《润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇基础工程设计计算书》（2001.3）

上海同济规划建筑设计研究总院

9、《润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇地质钻探工程地质报告》（2001.3）

铁道部大桥工程局勘测设计院

10、润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇基础工程施工组织设计审查会专家评审审查意见（2001.4.18）

11、润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇基础工程监测设计审查会专家评审审查意见（2001.7.3）

12、《结构监测项目与内容（简要）》（2001.7）

润扬长江公路大桥悬索桥北锚碇基础工程关键施工技术科研组

13、《关于北锚碇基础施工安全监测方案的意见》（2001.7.19）

润扬长江公路大桥总监办公室

14、《北锚碇深基坑监测方案修改意见》（2002.02.08）清华大学科研组

15、《斜撑上增设钢筋应力计》（2002.02.21）中港二航局润扬项目部

16、《关于支撑轴力监测点增加方案的批复意见》（2002.03.17）

润扬长江大桥总监办公室

第二部分监测内容及历程

一、支护结构概况

北锚碇基础工程是全桥难度最高的施工项目，是全桥工程的关键。

它位于长江之中，基坑平面为长69米、宽51米的矩形结构，开挖深度50米。

规模庞大，属国内第一、世界罕见。

围护结构采用深度为53米，厚度为1.2米的嵌岩地下连续墙，地下连续墙兼有挡土与止水两种作用，在地下连续墙外侧槽段之间接缝部位通过高压摆喷加固止水。

锚碇底板以下岩层采用劈裂注浆封底抗渗。

地下连续墙嵌岩深度一般为3米。

坑内设十二道钢筋混凝土支撑，坑内设16根直径为0.6米钢管混凝土桩和16根直径为1.2米钢管混凝土桩作为支撑立柱。

支撑平面结构及剖面见图二、三。

图二支撑结构平面图

图三支撑结构剖面图

二、基坑土方开挖及支撑浇筑

基坑开挖和支撑混凝土浇筑按照分区、分层、快速的原则进行。

具体如下：

合理分区，使开挖与支撑形成呈流水作业。

遵循对称施工原则，减少墙体结构的不均匀变形；开挖遵循先中间后四边的原则，形成“锅底式”作业；遵循快速成撑的原则，缩短墙体暴露的时间，减少墙体变形量。

土方开挖及支撑施工按图中I区->II区->VII区的顺序进行，具体见下图四：

图四基坑内每层土方开挖的工艺流程图

基坑开挖自2001年11月14日开始，在开挖初期，由于机械设备及人员配合均未达理想状态，每层开挖及支撑浇筑时间约需23天。

经过不断磨合及施工工序不断优化，每层施工所需时间缩短至10天左右。

支撑浇筑均能做到在基坑面暴露后48小时内完成。

到2002年4月20日完成混凝土封底，5月4日完成底板浇筑，目前北锚碇锚体结构已完成。

三、基坑降水

北锚锚区地质及水文条件和基础结构复杂，施工技术难度高，加上超深基坑本身技术含量高、风险大。

施工过程中一旦地质条件与预计情况有所变化，设计或施工考虑技术措施不周全，未留有足够的安全储备，在强大坑外水土压力作用下，基坑出现任何集中渗漏、突涌或结构破坏，将造成灾难性后果。

故施工单位准备了坑内外二套降水系统。

1、坑内降水

基坑内布置了6口ф325降水管井，管井深入基岩3米，用于坑内降水。

2、坑外降水

在地下连续墙与高喷帷幕之间23米宽的环形地带分两批共布置了30口降水井，其中第一批在基坑四周距地下连续墙外边缘3.5米，布置了20口降水井，管井间距12～14米。

第二批在高喷帷幕内侧距高喷帷幕边缘3.5米，布置了10口降水井。

所布降水井作为抵抗风险预案的技术储备。

四、监测内容

由于本工程为全国重点项目，责任重大，工程中不得有任何意外，布设的监测系统应能及时有效、准确地反映施工中围护体及周边环境的各种动向，为了确保施工的顺利安全进行，根据2001年8月复审专家组意见确定的监测方案（第四版），制定的施工监测内容如下：

（一）地下连续墙监测

1、地下连续墙纵向变形监测（测斜）

2、墙体钢筋应力监测

3、墙体温度监测

（二）支撑系统监测

1、围檩垂直沉降、平面位移监测

2、支撑轴力监测

3、立柱应力监测

4、围檩应力监测

5、支撑立柱垂直沉降监测

（三）土工监测

坑外土压力监测

（四）水工监测

1、坑外地下水位监测

2、坑外孔隙水压力监测

（五）环境监测

1、坑外地基土沉降、水平位移监测

2、长江大堤变形监测

五、主要施工节点及监测进程

我院监测部于2001年5月成立，并于5月正式进驻现场，紧密配合北锚锭施工进程，开展测点埋设、监测及数据处理工作，到2002年9月地下结构施工至0.00为止，历时16个月，具体进程见下表3。

表3北锚碇施工节点表

施工时间

施工内容

施工时间

施工内容

2001.06.18

开始第一幅地连墙的下放、浇筑

2002.02.26

第7道支撑围檩浇筑完毕

2001.10.28

42幅地连墙全部浇筑完毕

2002.03.05

第9层土体开挖

2001.11.14

第1层土体开挖

2002.03.07

第8道支撑围檩浇筑完毕

2001.12.08

第2层土体开挖

2002.03.15

第10层土体开挖

2001.12.09

第1道支撑围檩浇筑完毕；

正式提供监测报告

2002.03.17

第9道支撑围檩浇筑完毕

2001.12.25

第3层土体开挖

2002.03.26

第11层土体开挖

2001.12.28

第2道支撑围檩浇筑完毕

2002.03.29

第10道支撑围檩浇筑完毕

2002.01.06

第4层土体开挖

2002.04.05

第12层土体开挖

2002.01.08

第3道支撑围檩浇筑完毕

2002.04.07

第11道支撑围檩浇筑完毕

2002.01.19

第5层土体开挖

2002.04.11

第一块素砼垫层开始浇筑

2002.01.22

第4道支撑围檩浇筑完毕

2002.04.18

开始铺设底板钢筋

2002.02.01

第6层土体开挖

2002.04.19

土方开挖结束

2002.02.03

第5道支撑围檩浇筑完毕

2002.04.22

素砼垫层浇筑完毕

2002.02.12

第7层土体开挖

2002.04.29

底板钢筋铺设基本完毕

2002.02.16

第6道支撑围檩浇筑完毕

2002.04.30～05.04

底板砼浇筑

2002.02.23

第8层土体开挖

2002.05.04～09

锚体内隔撑浇筑、黄砂回填

第三部分监测方法原理

一、监测点垂直位移测量

采用业主提供的基准点ZYQ65和J2-1高程作为起算点，按国家Ⅱ等水准测量规范各限差要求进行测量，闭合差或符合差要求小于±1×√n毫米，n为测站数。

各监测点的高程是由通过该基准点的一条Ⅱ等水准闭合线路，由线路中的工作点来测定各监测点高程。

某监测点的本次高程与上次高程的差值即为其本次沉降量，本次高程与初始高程的差值即为其累计沉降量。

符号“+”表示上升，符号“-”则表示下降。

采用瑞士WILDN3精密水准仪。

二、监测点平面位移测量

以业主提供的场外基准点ZYQ65作为起算点，另两个坐标点ZYQ52、ZYQ54作为定向点，采用极坐标法测定各监测点的坐标，某监测点的本次坐标与上次坐标的差值即为其本次位移量。

符号“+”表示向坑内方向位移，符号“-”则表示向坑外方向位移。

采用瑞士WILDDI2000红外测距仪、WILDT2经纬仪、TOPCON311电子全站仪。

三、围护墙侧向变位监测

在连续墙施工时预先在墙体钢筋笼内埋设测斜管，管径为Φ70mm，长度同墙深。

测斜管内壁有二组互成90°的纵向导槽，导槽控制了测试方位。

埋设时，应保证让一组导槽垂直于墙体，另一组平行于基坑墙体。

测试时，测斜仪探头沿导槽缓缓沉至孔底，在恒温一段时间后，自下而上以1米为间隔，逐段测出X方向上的位移。

同时用光学仪器测量管顶位移作为控制值。

在基坑开挖前，分二次对每一测斜孔测量各深度点的倾斜值，取其平均值作为原始偏移值。

符号“＋”值表示向基坑内位移，符号“－”值表示向基坑外位移。

仪器采用美国Geokon-603测斜仪进行测试。

计算公式：

式中：

△Xi为i深度的累计位移（计算结果精确至0.1mm）

Xi为i深度的本次坐标（mm）

Xi0为i深度的初始坐标（mm）

Aj为仪器在0方向的读数

Bj为仪器在180方向上的读数

C为探头标定系数

L为探头长度（mm）

αj为倾角

四、墙体钢筋应力、立柱底部应力监测

采用钢筋应力计来测试墙体、立柱桩体钢筋应力。

把钢筋应力计预先安装在地下连续墙钢筋笼的指定位置以及立柱桩桩底部钢筋笼上，以监测墙体和立柱底部所受的应力。

安装时，拧下钢筋计两头的拉杆，在对焊机上与相同直径的钢筋对焊，然后将钢筋计按设计标高、顺序逐个与拉杆拧紧，绑扎在钢筋笼上。

测试时，按预先标定的率定曲线，即可根据钢筋计频率推算出墙体所受的内力。

计算公式：

σs=K（F02-Fx2）/S

式中：

K为率定系数（kN/Hz2）

F0为应力计初始频率（Hz）

Fx为应力计测试频率（Hz）

σs为实测钢筋计的应力（Mpa）

S为应力计截面积（m2）

五、支撑轴力监测

为了测定钢砼支撑结构的设计轴力与实际受力情况的差异，防止围护结构的失稳破坏，须对支撑结构中受力较大的断面进行监测。

在被测断面埋入应变计，支撑受到外力作用后产生形变。

其应变量通过振弦式频率计来测定，测试时，按预先标定的率定曲线，根据应变计频率推算出钢砼支撑轴向所受的力。

计算公式：

F＝S[K（fi2-f02）+C（ti-t0）]

式中：

F为支撑轴力（kN）（计算结果精确至1kN）

S为支撑截面积（m2）

fi为应变计的本次读数（Hz）

c温度修正系数（kN/m2/0C）

ti为实测时的现场温度（0C）

t0为测读k值时的温度（0C）

K为应变计的标定系数（kN/Hz2/m2）

六、围檩内力监测

采用钢筋应力计来测试围檩内力。

把钢筋应力计预先安装在围檩钢筋主筋上，以监测围檩所受的拉、压力。

安装方法同墙体钢筋应力监测。

计算公式：

σs=K（F02-Fx2）/S

式中：

K为率定系数（kN/Hz2）

F0为应力计初始频率（Hz）

Fx为应力计测试频率（Hz）

σs为实测钢筋计的应力

S为应力计截面积（m2）

再根据砼应变与钢筋应变相同（即εs=εc）的原则换算成砼内的应力：

σc=σs·Ec/Es

其中：

σc为混凝土内应力

Ec、Es为混凝土和钢筋的弹性模量

（注：

正应力为压应力，负应力为拉应力）

七、坑外孔隙水压力监测

在基坑开挖施工中，须大面积井底降水以保持基坑内土体干燥，若围护结构防水性能不理想，会造成坑外水位下降，水压减小。

对孔隙水压力的变化进行监测，可以有依据地控制降水的速率，减小降水影响的范围，以达到施工的安全。

用振弦式孔隙水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，求得孔隙水压力值。

计算公式：

P＝K（fi2-f02）

式中：

P为孔隙水压力（kPa）（计算结果精确至1kPa）

fi为压力传感器的本次读数（Hz）

f0为压力传感器的初始读数（Hz）

K为压力传感器的标定系数（kPa/Hz2）

八、地下水位监测

为了使地下水位保持一适当的水平，使周边建筑物及地基处于稳定状态，同时也为了检验挡土墙的渗漏特性，应对坑内、外地下水位的动态变化进行监测。

在基坑降水前测得各水位孔孔口标高及各孔水位深度，孔口标高减水位深度即得水位标高，初始水位为连续二次测试的平均值。

每次测得水位标高与初始水位标高的差即为水位累计变化量。

W＝W0－Wi

式中：

W为本次水位标高（m）（计算结果精确至0.01m）

W0为水位孔的孔口标高（m）

Wi为本次水位的深度（m）

九、坑外土压力监测

基坑开挖施工中，由于坑内土体卸载，导致墙体内外土压力失衡。

对土压力的变化进行监测，可以有依据地控制开挖速率，以达到施工的安全。

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。

计算公式：

P＝K（fi2-f02）

式中：

P为本次土压力（kPa）（计算结果精确至1kPa）

fi为压力传感器的本次读数（Hz）

f0为压力传感器的初始读数（Hz）

K为压力传感器的标定系数（kPa/Hz2）

一十、温度监测

在支撑、围檩、地下连续墙内布置温度计，掌握它们的温度变化情况，一方面将有助于对支撑、围檩及地下连续墙受力进行温度修正；另一方面也是高温日照曝晒作用下对结构内力、变形研究工作的需要。

测试采用RT-2型电阻温度计，随着埋设点处温度的变化，其内部的精密电阻值也随之发生相应变化，测读通过VW-101型频率仪与温度计电缆连接直接读出温度，不需要换算。

第四部分监测点布置及实施

一、监测点的布置

i.围檩顶面垂直及水平位移监测（见图01）

在连续墙顶部的围檩上布设A1～A20共计20个监测点，点距约为13～18米，保证每个围檩与支撑节点均有一个监测点，点位用一金属标志头埋设于围檩顶部。

ii.围护墙体侧向变位监测（见图02）

在连续墙内埋设带导槽PVC塑料管，以跟踪围护结构位移。

选择在可能产生较大变形的部位，共布设14孔，实施监测时有2孔作为备用孔未予使用。

其中长短边各设2孔，深度同墙深，PVC塑料管外径Φ70mm，为保证测斜管的成活率，在基坑四侧各布置一根为备用孔，共计12根测斜管。

后考虑到测试精度、不同计算方法的差异等情况，又在南侧25#、西侧36#地连墙内利用检查孔各增加埋设一根60米长Φ53mm的小口径测斜管。

先行埋设的测斜管用细铁丝按导槽方向固定在钢筋笼上；埋设于检查孔的测斜管采用干燥黄砂填实测斜管与钢管内壁间的空隙。

iii.连续墙钢筋应力监测（见图02）