某地鐵車站基坑變形影響因素分析

余新明 錢梅芳

對深基坑變形的現場監測已經成為確保地鐵深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段。本文以某地鐵深基坑的實測數據為基礎,對影響基坑變形的因素進行了分析與探討,并提出一些工程建議及改進措施,希望對同類地質條件下地鐵車站基坑工程建設提供有益的借鑒。

1 工程概況

某地鐵車站為地下二層島式車站,車站外包總長122.0 m(凈長120.6 m),外包總寬18.7 m(凈寬17.3 m)。根據地勘資料,該車站場地主要地層從上到下為①填土,②粉質黏土,③黏土、粉質黏土,④粉土、粉質黏土夾粉土,⑤粉質黏土,⑥黏土、粉質黏土,⑦粉質黏土、粉土,⑧粉質黏土。潛水含水層主要由填土層組成,微承壓含水層由晚更新統沉積成因的土層組成,主要為③粉質黏土和④粉土,承壓含水層由⑦粉質黏土、粉土層組成。該站基坑圍護結構采用φ 1 000@800咬合樁,樁長 27.2 m～31.2 m,車站標準段沿深度方向設置一道鋼筋混凝土支撐和三道φ 609×16鋼管支撐。

2 監測內容

深基坑的開挖是個動態過程,與之有關的穩定和環境影響也屬于動態工程,因此加強在施工過程中的監測,有助于快速反饋施工信息,以便及時發現問題并采用最優的工程對策。通過實時監測,可掌握地鐵結構的變化情況,分析變形原因和趨勢,決定是否需要采取某種措施;另一方面可檢驗設計,為今后的設計和科研提供依據。根據該站基坑工程周邊環境特點與支護方案及相關的規范,基坑監測標準按二級執行,監測內容有:1)坑外地表沉降觀測;2)周邊建筑物沉降觀測;3)圈梁水平位移及沉降觀測;4)圍護樁不同深度的水平位移觀測。

3 監測結果分析

3.1 圍護樁體深層水平位移

由不同工況下測點水平位移沿深度分布典型曲線可知,隨著基坑分步開挖,支護結構位移變化復雜。當初期開挖至架設第二層鋼支撐時,支護樁體水平位移曲線近似直線變化,隨著開挖深度增加,樁體所承受的側向土壓力隨之增大,當架設第四層支撐后,由曲線圖可以看出,位于深度12.5 m附近處,樁體位移明顯增大,最大位移達22.74 mm。而后拆除第四道支撐、拆除第三道支撐、澆筑中板、拆除第二道支撐、澆筑頂板這幾個階段的樁體位移曲線形態與架設第四層支撐階段相似,最大位移均在深度12.5 m左右,即第四道鋼支撐架設處,位移值最大達39.72 mm。在深度15.5 m,即基礎底板位置處,從底板澆筑完畢后,整體樁體位移發展趨緩,尤其是底板以下墻體,位移已趨于穩定。

3.2 圈梁沉降

圈梁沉降反映圍護樁體的豎直沉降。目前圈梁沉降最大達11.5 mm。總體變形量較小,分析原因,基坑圍護樁屬于承壓樁,其豎直沉降主要由土體固結壓縮、樁土間負摩擦力引起土體壓縮變形、基坑側向變形引起,其中前兩項對圍護樁體沉降影響較小。

3.3 圈梁水平位移

圈梁水平位移反映支護結構的頂部變形情況,是支護結構安全狀況的重要指標。選取部分樁頂水平位移監測點繪制位移隨時間變化曲線,見圖1。由圖1可知:ZD1-1,ZD2,ZD3,ZD14測點水平位移向基坑內側方向隨時間增加,但中間有局部減小現象,可能是由于架設支撐所致。ZD11和ZD12測點位移波動較大。圈梁水平位移最大值為30 mm,未超出警戒值。

3.4 地表沉降

選取典型地表沉降隨時間的變化曲線如圖2所示。由圖2可知:地表道路沉降在前期土方開挖速度不快的條件下,沉降速率不大,累計沉降量緩慢增長,期間的沉降量約占最終累計沉降量的15%;待土體開挖深度大于10 m至底板澆筑完畢,基坑開挖面切入其荷載作用下的應力包的程度逐漸增大,沉降速率迅速增長,外側土體的主動土壓力與支撐約束能力將是圍護結構側向變形的主要影響因素,期間的沉降量約占最終累計沉降量的75%;底板澆筑完畢,鋼筋混凝土底板達到一定的強度,圍護結構受底板及上部支撐的約束,沉降趨于穩定,期間的沉降量約占最終累計沉降量的15%。地表累計沉降量較大,分析原因:1)巖土工程條件不良,在基坑開挖影響范圍內普遍存在淤泥質黏土、淤泥質粉質黏土等高壓縮土體,土體固結量較大;2)基坑自身支護結構變形較大(深層位移監測數據可以說明);3)基坑周邊由于施工機械的原因,導致基坑外部動荷載較大。

3.5 建筑物沉降

由建筑物沉降隨時間的變化曲線可知:曲線波動較大,沉降最大值均發生在頂板結構澆筑完畢時,在澆完頂板后有較明顯的回升。建筑物總體沉降量不大,保護良好。分析原因:1)基坑降水過程中采用慢降水,少抽水的方式,對鄰近地基影響較小,水土流失較少,由此產生的固結排水沉降較小。2)基坑周邊的預加固措施發揮了重要的作用,特別是對建筑物的保護至關重要。3)基坑西端頭井在開挖過程中,靠近建筑物一側土體做到合理放坡,充分利用坑內土體自身支護能力。4)設計方案合理,采用支護能力更好的鋼筋混凝土支撐,且在開挖的過程中支撐架設及時。

4 結語

1)圍護結構頂部側移均很小;隨著深層土體的不斷開挖,圍護結構側移迅速增大,最大側移點深度也隨著開挖不斷下移,水平位移變化速率一般在基坑開挖到底、未澆筑墊層前最大,墊層澆筑完成后位移發展趨緩,變化速率迅速減小;墻體變形整體呈“大肚”狀,即“兩頭小,中間大”。2)地表累計沉降量較大,主要因地質條件不良,支護結構變形大和周邊有大型施工機械所致。3)基坑采用慢降水、少抽水的方式,周邊進行預加固,開挖時合理放坡,這三點使得建筑物沉降很小,保護良好。

[1] 王建華,徐中華,陳錦劍,等.上海軟土地區深基坑連續墻的變形特性淺析[J].地下空間與工程學報,2005,1(4):485-489.

[2] 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

[3] 龔曉南.基坑工程實例[M].北京:中國建筑工業出版社,2006.

[4] 孫 鈞.城市環境土工學[M].上海:上海科學技術出版社,2005.

[5] 安關峰,宋二祥.廣州地鐵琶州塔站及站后折返線工程基坑監測分析[J].巖土工程學報,2005,27(3):333-337.

[6] 肖武權,冷伍明,律文田.某深基坑支護結構內力與變形研究[J].巖土力學,2004,25(8):1271-1274.

[7] 潘 勁,潘觀強.深基坑工程監測技術概述[J].山西建筑,2007,33(5):111-112.