石紅

廣東盛翔交通工程檢測有限公司

摘 要：

深中通道伶仃洋大橋海中錨碇為整個深中通道橋樑工程關鍵線路的關鍵工程。海中巨型錨碇為國內首創，無直接經驗可供借鑑，需要結合以往橋樑工程、水力及港口工程、港珠澳大橋海上築島等經驗，集合各參建方優勢制定本質安全可行的方案。依託深中通道伶仃洋大橋錨碇設計及監控理論等方面的創新最佳化，達到了設想的目的，體現出同類型工程施工中先進的控制工藝及措施，具有較高的借鑑意義及應用價值。

關鍵詞：

海中錨碇；築島圍堰；基坑監控；應力分析；

1 背景介紹

深中通道地處珠江中游核心區域，位於虎門大橋下游約30km，距離港珠澳大橋上游約38km。該工程東接機荷高速，跨越珠江口，西至中山馬鞍島，與規劃的中開、東部外環高速對接，主體工程全長約24km。

錨碇採用圓形築島圍堰形成陸域作業環境，築島直徑220m即38000m2，圍堰採用由158根直徑2m的鎖釦鋼管樁與工字型板樁組合方案，樁長38m穿過厚25m承載力極低的軟弱覆蓋層進入砂層，利用大型打樁裝置、自主設計的監控理論方案、科學合理的組織，透過實時監控系統清楚掌握鋼管樁姿態變化，可靠的資料檢驗了施工質量與安全。錨碇基礎設計為8字形，直徑2×65m，採用先進銑槽機裝置構築堅實的地下連續牆。

橋樑工程跨越多個航道、航運繁忙；施工海域寬廣、遠離陸地，橋址區域颱風頻繁；環保要求高；大部分割槽域水深條件差，回淤強度大；基岩面埋置深度及起伏較大。

圖1 錨碇圍堰設計佈置圖 下載原圖

2 監控檢測的目的和意義

2。1 監控檢測目的

由於地質條件、荷載條件、材料性質、施工條件和外界其他因素的複雜影響，造成目前人們在岩土工程的認識上還有一定的侷限性，很難單純的從理論上預測工程中可能遇到的情況和問題。對於深中通道伶仃洋大橋這樣的控制性工程來講，為保證基礎工程施工與執行安全，在實際施工過程中實施嚴密的監控檢測控制系統就顯得非常必要。工程監控檢測的目的：

（1）將監控檢測資料進行歸納整理，以便能及時發現施工過程中的不穩定因素，及時採取補救措施，確保基坑穩定安全，減少和避免損失；

（2）將現場監控檢測的結果用於後續施工工序和部分結構設計的最佳化，使施工工序更為合理，結構設計優質安全、經濟合理。

2。2 資訊化施工監控檢測的意義

傳統的基坑監控檢測方案是對現場採集的監控量測資料進行資料處理和分析後，生成監控檢測日報，具有一定的時間滯後性，很容易由於監控檢測資訊反饋不及時，造成設計變更及施工調整不及時，給工程建設帶來安全隱患。本專案施工環境複雜多變，傳統監控檢測方案很難及時有效地反饋圍堰施工過程中可能出現的異常徵兆。

因此，採用資訊自動整合化監控檢測方法進行高精度、高頻率的監控檢測與實時反饋，透過將監控量測資料匯入建立的三維視覺化數字模型，實時顯示基坑及其支護的安全狀況；同時建立有限元模型進行模擬計算分析，為基坑資訊化施工組織與控制提供依據和合理化建議。

3 監控檢測內容

本工程為人工築島基坑開挖，人工築島鋼圍堰的結構穩定是圍堰內部施工的安全保障，圍堰內部圍護（地連牆）、支護與圍堰內土體相互作用形成一個穩定體系。本工程監控檢測共分為2大部分：鋼管樁圍堰外監控檢測與鋼管樁圍堰內（包含鋼管樁）監控檢測，詳見表1、表2。

表1 鋼管樁圍堰內施工監控檢測內容統計表 下載原圖

表2 鋼管樁圍堰外施工監控檢測內容統計表 下載原圖

3。1 監控檢測方法

（1）監控檢測點垂直位移測量，採用精密水準測量的方法進行。

（2）監控檢測點水平位移測量，採用精密導向測量配合極座標的組合進行。

（3）鋼管樁應力、鋼圍箍應力、地連牆鋼筋應力和混凝土應力、內襯鋼筋和混凝土應力監控檢測，採用預先安裝的光纖光柵應力（變）感測器來測試各監控檢測點應力。

（4）地連牆深層水平側向變形監控檢測，地連牆深層水平側向位移透過在地連牆體內埋設的測斜管進行。

（5）地下水位監控檢測，在基坑降水前測得各水位孔孔口高程及各孔水位深度，孔口高程減去水位深度即得到水位高程，初始水位為地連牆施工完畢、基坑內抽水前連續兩次測試的平均值。每次測得的水位高程與初始水位高程的差值即為水位累計變化量。

（6）土壓力監控檢測，用振弦式土壓力計實測其頻率的變化，根據出廠時標定的頻率-壓力率定值，求得土壓力值。土壓力盒在地連牆鋼筋籠下放時安裝。

（7）圍堰外沖刷監控檢測，採用浮力驅動埋入式監控檢測網-以人工島為中心向外輻射，環向佈設共計12組，組間相隔30°。每組佈設5個測點，徑向相距10m，形成50m寬的環狀監控檢測網。

3。2 測點佈設及實施

（1）鋼管樁應力測點佈置，在鋼管樁上佈設GY01～GY14共計14組監控檢測點，每組沿鋼管樁軸向均勻佈置7個應力監控檢測點，如圖2所示。

（2）鋼管樁水平位移測點佈置，在鋼管樁上佈設W1～W14共計14個監控檢測點，點位用一金屬標誌頭埋設於鋼管樁上部。

（3）鋼圍箍應力測點佈置，採用7個鋼索計，編號G01～G07對鋼圍箍進行軸力監控檢測。

圖2 鋼圍箍應力測點佈置示意圖 下載原圖

（4）地連牆徑向水平和垂直位移測點佈置，在地連牆上佈設ML1～ML15共計15個監控檢測點，見圖3。

圖3 地連牆位移測點佈置平面示意圖 下載原圖

（5）地連牆深層水平側向變形測孔佈置9個深層水平側向位移測孔，即CX01～CX09，測孔深度同牆深。

（6）地連牆鋼筋和混凝土應力測點佈置，在地連牆中佈置10組應力測孔，組編號為GJ01～GJ10，其中GJ09和GJ10佈置在中隔牆。每組兩孔，每孔均布7個光纖式應變感測器。

（7）內襯鋼筋和混凝土應力測點佈置，內襯牆內共佈設12組應力測孔，編號為NC01～NC12。每組測孔按不同深度設5個應力感測器。

（8）坑外水位測點佈置，在基坑周圍5m範圍內佈置坑外水位觀測孔，每孔深度20m。

（9）坑外土壓力、坑內水位測點佈置，採用掛布法在地連牆迎土面一側埋設土壓力計，如圖4所示。

（10）坑外土體沉降測點佈置、圍堰外沖刷測點佈置如圖5所示。

圖4 坑外土壓力測點、坑內水位測點佈置平面示意圖 下載原圖

圖5 坑外土體沉降測點、圍堰外沖刷測點佈置平面示意圖 下載原圖

4 資料處理與分析

根據現場監控檢測資料資料，實施錨碇基坑施工變形、應力等智慧預測與控制，是資訊化施工的重要環節。

（1）建立基礎資料庫。基礎資料庫的資料分為兩大類：空間資料和屬性資料。空間資料可以簡單地理解為基坑，支護幾何尺寸與方位的數字化；屬性資料隸屬於空間資料的，例如位移、應力、應變等，屬性資料是時間動態透過測量而來或透過插值估計而來。

（2）量化指標預警體系。建立多步滾動BP神經元預測模型，基於已測得的實測資料對未來進行預測。建立有限元預測模型，根據最初的勘測資料、設計資料、施工資料進行有限元計算分析，對未來進行預測（正演分析）；根據已測得的資料反算土體的“真實”力學引數（粘聚力、內摩擦角等），進行反演分析。根據反演引數進行有限元計算分析，對比有限元計算所得資料與實測資料的差異，如果不符合要求則繼續反算土體力學引數，然後再進行有限元計算分析，和實測資料對比，直到滿足要求為止，正演分析和反演分析是交替、迴圈進行的。基於BP神經元預測模型的預測值和有限元分析預測模型的預測值，和預警值進行對比，從而確定預警的等級。

（3）成果釋出。

自基坑開挖開始至基坑底板施工完成，期間每天對各監控檢測專案進行一次監控檢測，每兩天提供一份監控檢測日報，每開挖完一層做一次反演分析，並提供層報。現階段成果總結分析如下：

從統計表可以看出，在鋼管樁圍堰內吹砂填築施工、外圍防護施工、場地內整平及硬化、三軸攪拌樁加固、導牆施工等過程中，鋼管樁應力呈緩慢增大狀態。鋼管樁外側約25m以上部位主要呈現受壓狀態，外側約25m以下主要呈現受拉狀態；內側約30m以上部位呈現受拉，內側約30m以下部位呈現輕微受壓，受力狀態內外側基本相互對稱。初步分析產生該狀態的原因為，前期隨著填築及圍堰內施工進行，鋼管樁受力隨土壓力增加逐漸增大，從鋼管樁深層水平位移可以看出鋼管樁整體向圍堰外偏移，與受力狀態一致。

圖6 深層水平位移監控檢測點變化曲線圖 下載原圖

圖7 鋼管樁應力監控檢測點變化曲線圖 下載原圖

圖8 鋼索圍箍拉力變化曲線圖 下載原圖

目前鋼索圍箍整體處於受拉狀態，受前期錨碇島體內吹砂填築施工，島體內部土壓力荷載增加，引起部分位置受拉較為明顯，目前填築施工及外圍防護施工已經結束，外部有較為明顯的反壓效果。

圖9 地基沉降變化曲線圖 下載原圖

結論：從曲線圖中可以看出，填築期隨著荷載的增大，沉降速率增大；填築間歇期，變形速率逐步減緩；後期填築完成後，變形逐漸收斂；吹砂填築施工結束後，4月下旬該測點附近開始進行旋噴樁施工，受旋噴樁施工影響，出現輕微隆起，旋噴樁施工後繼續處於沉降狀態；錨碇內場地地坪施工完成後，仍有持續下沉；隨著錨體內土體不斷固結，地下連續牆施工階段，錨體內地基沉降趨勢明顯收斂。

5 結語

橋樑錨碇結構主體處於海洋環境，颱風高發地帶，航道眾多且繁忙，各類風險、組織與協調難度均較大，以本質安全管理為前提，立足安全管理實施為核心，建立行之有效、切實可行的監控檢測程式及科學方法，透過實踐證明是有效的，能夠保證橋樑工程施工安全並實時預警，能夠為同行業同類型結構的監控檢測提供參考依據，具有較高的借鑑意義及應用價值。

參考文獻

[1]

JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規範．

[2]

JGJ 120-2012，建築基坑支護技術規程．

[3]

CECS55-93，孔隙水壓力測試規程．

[4]

深圳至中山跨江通道施工圖設計檔案第二篇第三冊《東錨碇基礎》．

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