1工程概况

 

　　 上海市轨道交通11号线南段工程北起浦东新区龙阳路站（连接11号线北段线路），途经浦东新区、南汇区及临港新城，终点为滴水湖边的临港新城站，本工程涉及该工程土建3标（高架段）施工监测。监测期间主要是进行施工场地的平整和PHC管桩施工，管桩桩长约50~60m，采用柴油锤锤击方法施工，施工震动剧烈，环境噪音大，对周边软土地基上的建筑物基础有较大的影响，为监控周边建筑的健康与安全需对其沉降位移进行高频率精密监测。

 

　　2地质及水文概况

 

　　 根据地质勘察资料，沿线区域地基土在70m深度范围内均为第四纪滨海～河口、滨海～浅海、溺谷等沉积相地层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般成层分布且较为稳定；本工程所监测区段主要为古河道沉积区。

 

　　 拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，由大气降水和地表水径流补给，地下水位随季节变化。年平均地下水位离地表面0.5～0.7m。承压水存于晚更新世（Qp32-2）河口滨海相沉积层砂性土层中，水头高度即承压水位约在地面下3m-11m。

 

　　 综合水文地质资料而言，现场地基土体趋于饱和软土，管桩施工可能有明显的挤土效应，加之软土地基稳固性很差，承载力不稳定，当地基土受力变化时周边建筑物极可能有明显的沉降位移。

 

　　3监测实施程序

 

　　 （1）建立并启动监测项目组，在项目开工时提前介入，加强沟通协调进一步细化、优化监测方案；全面检查将使用的仪器设备的测试精度、量程，以及仪器设备的鉴定有效期；

 

　　 （2）结合施工工况进行监测测点的埋设、安装工作，测量并获取有效的初始读数；

 

　　 （3）根据施工工况进行测量工作，整理汇总，综合分析其数据的可靠性、合理性，并通过抽测等方法以确保监测数据的客观真实，对有疑问的部分或监测数据异常的情况再进行复测验证；

 

　　 （4）实时分析施工现场的实际情况，在监测工作结束后及时提交带有工况说明和评价分析的监测报告供建设方、监理方参考；

 

　　 （5）监测项目或测点如有超过设计报警值，在报表中注明，及时上报相关部门，并分析判断是否需要启动报警措施；

 

　　 （6）做好巡视检查工作，将目测巡视与仪器测试工作有机结合，确保工程安全；

 

　　 （7）项目工程结束后，提交完整的监测资料和总结报告，完成全部资料的整理及归档。

 

　　4监测案例及分析

 

　　 根据监测技术要求，对站线结构外缘两侧PHC管桩1.5倍桩入土深度范围内建、构筑物的沉降进行观测，现以该工程K21+175处一民用房屋为监测对象，监测方案及数据处理分析情况如下。

 

　　4.1监测网点的布设

 

　　 基准点：在每个车站至少设1个基准点，基准点应选设在变形影响区（4倍桩长深度）外稳固可靠处，基准点采用金属标或钢管标制作。

 

　　 工作基点：选在比较稳定且方便实用的位置，一般在2倍桩长深度范围外。

 

　　 监测点：设在能反映监测体变形特征的位置或监测断面上。

 

　　 本案例地形及施工位置、监测点布置如图1所示：

 

　　4.2监测基准网的布测

 

　　 监测基准网系由基准点和部分工作基点构成，采用附合或闭合导线形式，监测基准网每1个月复测1次，当对变形监测成果发生怀疑时，应随时检核监测基准网。基准网观测按照国家Ⅱ等水准测量规范要求执行，精密水准测量的主要指术参照下表1：

 

　　4.3监测点的布设与施测

 

　　 监测点尽可能布置在通视良好，不易受破坏之处，每个建（构）筑物一般不少于4个测点（如本案例中F32~F35）。

 

　　 测量方法：按国家二等水准测量规范实施，通过工作基点间联测一条二等水准闭合线路，由线路的工作点来测量各监测点的高程，某监测点本次高程减前次高程的差值为本次沉降量，本次高程减初始高程的差值为累计沉降量。

 

　　监测频率：1次/天，每天向监理方、施工方报送日报表。根据设计参数要求，日变化量超过2mm或累计变化量超过20mm即向建设方、监理方报警。

 

　　4.4监测数据的分析与处理

 

　　 现以9月2日~9月20日的监测数据进行位移统计分析，期间施工工况见表2.

 

　　

 

　　 监测点F32~F35在9月2日~9月20日的日沉降观测量的统计如图2所示，数据采样间隔为一天。

 

　　（注：纵轴为位移量，单位：mm，+表示上升，-表示下沉；横轴为日期序列）

 

　　 结合表2每日工况记录可以总结出：随着桩基施工（PHC管桩）的推进，打入地下的管桩的增多房屋整体会逐渐抬升，打桩速度越快，抬升速度也越快，施工承台越靠近房屋，房屋垂直位移越剧烈，甚至同一座建筑物靠近桩机一侧的垂直位移也要比远离桩机的一侧明显。当桩机施工经过以后，持续抬升的趋势得以迅速扭转，甚至出现小幅下沉，下沉有一定的延续性和滞后性。

 

　　 除了记录报告日变化量外，累计变化量也是重要的监测指标，F32、F33、F34、F35累计沉降观测成果统计如图3所示：

 

　　（注：纵轴为位移量，单位：mm，+表示上升，-表示下沉；横轴为日期序列）

 

　　 从图3中可以发现，随着PHC管桩桩基施工的推进，打入地下管桩的增多房屋整体会逐渐抬升，其抬升的累计量逐渐增加，并随着桩机的靠近不断加快累计，位移累计量的变化与日变化量的变化有类似的规律。当桩机施工经过后，尽管管桩还在不断打入地下，但房屋仍然会小幅下沉，累计垂直位移量也逐步回落。

 

　　 从日变化量与累计变化量的统计可以作如下分析：随着PHC管桩不断被打入软土地下，桩身在强大的外力作用下挤入土体原有的空间，使桩周的土体向四周排开，本工程管桩周围土体本就是饱和软土，孔隙性潜水的存在使土体受到排挤时无法通过自身体积的压缩来消解，挤压应力只能通过土体位移（水平和垂直位移）来消减，土体水平排开是一个漫长的渐进过程，短时间内主要通过垂直隆起（抬升）来平衡受力，挤土效应十分显著。持续增大的土压力迫使土体隆起周边建筑物也就会随之发生抬升位移，打入的管桩越多，抬升量越多，打桩速度越快抬升速度也越快。当桩机逐步靠近时，这种作用过程更为显著，抬升速度逐步加快，累计位移量也快速增加。同一建筑靠近桩机一侧的位移速度和累积量可大于其远离桩机一侧的结构，不均匀沉降由此发生。桩机施工经过后土体压力不再增大，滞后的横向排挤加之隆起部分自重的作用使得抬升的土体缓慢下沉，带动建筑物也逐步下沉，位移累积量也逐步回落。

 

　　5结论与建议

 

　　 软土中管桩桩机施工时，随着管桩不断被打入地下，周边建筑物会因挤土效应发生抬升位移；打入的管桩越多、越快、距离越近，日抬升量越多；同一建筑因距离桩机远近不同而使得位移速率和累积量不同，易发生不均匀沉降；管桩施工结束后建筑反而会缓慢下沉。以上情况是饱和软土管桩施工周边建筑物沉降位移的一般规律，可以作为对照模型或预报范例。当发生明显不同的位移趋势时则需分析具体原因，防止监测工作中的失误和安全事故的发生。

 

　　 针对监测工作总结的规律，建议在管桩施工中注意以下几点以确保周边建筑的健康与安全：

 

　　严格控制管桩施工进度，按设计要求安排作业量并结合具体环境调整速度；

 

　　施工监测要有足够的频率和精度要求，监测成果应当作为调整施工进度的重要依据；

 

　　靠近建筑物打桩时可适当减小锤击力、放慢施工速度，使得土体有较充足的应变时间，防止不均匀沉降带来的严重破坏（如建筑物开裂等）；

 

　　对于需要特殊保护的建构筑物（学校、医院、古建筑等），管桩施工前可以采取开挖缓冲沟、临时降低地下水位等简便措施减轻挤土效应的危害。

 

　　参考文献

 

　　[1]杨林德等编著.岩土工程问题安全性的预报与控制.科学出版社.2009

 

　　[2]黄声享尹晖蒋征著.变形监测数据处理.武汉大学出版社.2003

 

　　[3]黄东胜李湖胜王朝胜.挤土效应机理及其防护措施研究.四川建筑科学研究.2009.10.第5期

 

　　[4]中华人民共和国国家标准.工程测量规范.中国计划出版社.2001[10]