地下連續(xù)墻墻頂水平位移變化規(guī)律研究

趙曉旭 劉雅琪 楊智超

(1.湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.株洲日升人力資源有限公司，湖南 株洲 412000； 3.株洲市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 株洲 412007)

地下連續(xù)墻墻頂水平位移變化規(guī)律研究

趙曉旭1劉雅琪2楊智超3

(1.湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；
2.株洲日升人力資源有限公司，湖南 株洲 412000； 3.株洲市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南 株洲 412007)

結(jié)合無錫地鐵2號(hào)線梁溪大橋地鐵車站明挖法施工的具體情況，介紹了車站深基坑監(jiān)測(cè)方案，并對(duì)地下連續(xù)墻墻頂水平位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，探討了墻頂水平位移隨著施工工況變化的規(guī)律和機(jī)理，為類似基坑作業(yè)提供參考借鑒。

深基坑，監(jiān)測(cè)方案，地下連續(xù)墻

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛，地鐵項(xiàng)目越來越成為各大城市交通建設(shè)的熱點(diǎn)領(lǐng)域，地鐵深基坑工程正呈現(xiàn)深度越來越深、面積越來越大的趨勢(shì)，深基坑開挖與支護(hù)問題已經(jīng)成為巖土工程界主要研究熱點(diǎn)之一。而在深基坑的施工作業(yè)過程中也經(jīng)常發(fā)生基坑倒塌、圍護(hù)機(jī)構(gòu)位移過大等事故。如何保證地鐵車站深基坑的順利建設(shè)是地鐵建設(shè)中的關(guān)鍵[1-4]。深基坑工程中的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大是引起深基坑工程事故的主要原因，目前，對(duì)基坑變形的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)已經(jīng)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[5]。本文以無錫地鐵2號(hào)線梁溪大橋地鐵車站為例，對(duì)地下連續(xù)墻墻頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，探討墻頂水平位移隨著施工工況變化的規(guī)律和機(jī)理，為此類基坑作業(yè)提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)條件

梁溪大橋站位于無錫市南長(zhǎng)區(qū)，沿梁溪大橋北側(cè)匝道與五愛路交叉口下南北走向布置。車站主體為地下兩層兩跨框架結(jié)構(gòu)(變電所部分為兩層三跨框架結(jié)構(gòu))，長(zhǎng)204.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬19.4 m(端頭井段寬23.45 m)，開挖深度16.65 m(端頭井深約17.55 m)，覆土厚度3.0 m。從上至下土層分別為：①1雜填土，層底標(biāo)高-2.67 m～16.97 m。③1黏土，層底標(biāo)高-8.35 m～-0.44 m。③2粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-9.21 m～-1.68 m。③2a淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-9.13 m～-6.11 m。③3粉土夾粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-11.63 m～-5.75 m。⑤1粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-14.70 m～-5.51 m。⑥1a粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-20.47 m～-10.56 m。⑥1黏土，層底標(biāo)高-25.58 m～15.97 m。⑥2粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-28.67 m～-3.24 m。⑦1粉質(zhì)黏土，-37.72 m～-24.12 m。⑦3粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-42.42 m～-30.05 m。⑧2b粉土夾粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-47.40 m～-33.65 m。⑧3粉質(zhì)黏土，層底標(biāo)高-45.33 m～-43.86 m。基坑開完范圍內(nèi)土體自上而下土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

1.2 基坑及支護(hù)體系

梁溪大橋站主體結(jié)構(gòu)及附屬結(jié)構(gòu)采用明挖順作法施工，基坑支護(hù)體系為地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐：地下連續(xù)墻厚800 mm，共86幅，標(biāo)準(zhǔn)段墻長(zhǎng)26.25 m(端頭井段墻長(zhǎng)28.7 m)，標(biāo)準(zhǔn)段插入基底9.54 m～11.14 m(端頭井段插入基底13.45 m)，墻趾位于⑥1a粉質(zhì)黏土、⑥1黏土，鎖口管接頭；標(biāo)準(zhǔn)段豎向設(shè)置3道內(nèi)支撐，第一道為混凝土支撐；第二、三道采用φ609，t=16 mm鋼管撐(第二道為雙拼)；端頭井段豎向設(shè)4道內(nèi)支撐，第一道為混凝土支撐，第二、三、四道采用φ609，t=16 mm鋼管撐(第三道處換撐)。主體結(jié)構(gòu)頂板厚800 mm，中板厚400 mm，底板厚900 mm(端頭井1 000 mm)，側(cè)墻厚700 mm(端頭井800 mm)。梁溪大橋站設(shè)四個(gè)出入口(1號(hào)出入口預(yù)留)和三組風(fēng)亭。

2 施工監(jiān)測(cè)方案

由于地鐵車站深基坑的地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、地下構(gòu)筑物的受力狀態(tài)和力學(xué)機(jī)理、施工條件以及外界其他因素的綜合性與復(fù)雜性，巖土工程和隧道工程的科學(xué)技術(shù)迄今為止仍不十分成熟，單純從理論上計(jì)算出和預(yù)測(cè)工程中可能遇到的問題仍然十分困難，而且理論預(yù)測(cè)值還不能全面而準(zhǔn)確的反映工程的各種因素的變化。所以，在理論分析指導(dǎo)下有計(jì)劃地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)是十分必要的。

施工監(jiān)測(cè)是對(duì)工程施工質(zhì)量及其安全性用相對(duì)精確之?dāng)?shù)值解釋表達(dá)的一種定量方法和有效手段，是對(duì)工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)安全系數(shù)的動(dòng)態(tài)詮釋，是保證工程順利完成的必需條件。在預(yù)先周密安排好的計(jì)劃下，在適當(dāng)?shù)奈恢煤蜁r(shí)刻采用先進(jìn)的儀器和方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)可收到良好的效果，特別是在工程師根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整各項(xiàng)施工參數(shù)，使施工處于最佳狀態(tài)，在實(shí)行“信息化”施工方面起到日益重要的、不可替代的作用。

為了確保施工期間周邊建筑物、管線的安全，城市地下軌道開挖均須對(duì)工程區(qū)域地表、周邊建(構(gòu))筑物與地下管線以及工程本身進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)。

本文主要研究的是地下連續(xù)墻墻頂水平位移、沉降。測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

監(jiān)測(cè)地下連續(xù)墻墻頂水平位移、沉降時(shí)，沿基坑每20 m布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，本工程共布置水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)22個(gè)，編號(hào)QD1～QD22。

3 墻頂沉降及墻頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

墻頂水平位移主要由圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂支撐施筑前挖土引起的變形和支撐桿件壓縮帶來的變形兩部分組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的鋼度和支撐施筑前的挖土深度是挖土引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形位移量主要影響因素，作用在圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的水土壓力和支撐材料的剛度是支撐桿件壓縮引起的變形位移量主要影響因素。過大的水平位移會(huì)影響到基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)的施工空間及周圍環(huán)境安全。通過監(jiān)測(cè)位移量適時(shí)的對(duì)基坑開挖順序和速度進(jìn)行調(diào)整、反算地層的水土壓力，確保基坑和周圍環(huán)境的安全，并對(duì)測(cè)斜觀測(cè)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校核。

基坑兩側(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)QD1～QD11和QD22～QD12呈對(duì)稱分布。由圖2可見，基坑兩側(cè)地下連續(xù)墻墻頂水平位移累積量變化趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)基坑兩端小，基坑中間大的趨勢(shì)。這是因?yàn)榛觾啥藶閮蛇吋s束，而中間范圍是一邊約束。基坑的中間范圍所受約束力較小，故基坑中間區(qū)域地下連續(xù)墻墻頂水平位移較大。

從圖3可得知，隨著基坑開挖深度的增加，地下連續(xù)墻墻頂水平位移逐漸增大，并且以階梯式形狀的規(guī)律增長(zhǎng)，當(dāng)開挖到一定深度以后，墻頂?shù)淖畲笏轿灰浦饾u趨向于穩(wěn)定值。這是因?yàn)樵摶庸こ滩扇×朔謱臃侄伍_挖，每開挖一個(gè)單元層土體，添加基坑兩側(cè)的鋼支撐，在一定程度上約束了墻頂?shù)乃轿灰疲?dāng)開挖深度達(dá)到一定范圍以后，已架起一定數(shù)量的鋼支撐，導(dǎo)致基坑底層的水平位移影響減弱，故保持穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論與建議

地鐵基坑工程的監(jiān)測(cè)對(duì)基坑工程的設(shè)計(jì)與施工非常重要，也是實(shí)現(xiàn)信息化施工的必要條件。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果能夠很好地把握基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律以及受力特點(diǎn)，為安全施工提供有效的保障。

1)由于基坑中間區(qū)域?yàn)橐贿吋s束，與基坑兩端相比，地下連續(xù)墻墻頂?shù)乃轿灰泼黠@增大，故基坑中間區(qū)域更容易失穩(wěn)發(fā)生安全事故，所以在此類基坑工程中應(yīng)注意中間區(qū)域的加固。

2)鋼支撐能夠有效的約束地下連續(xù)墻墻頂?shù)乃轿灰疲瑧?yīng)做到隨挖隨支撐，盡量避免超挖，并減少無基坑支撐的暴露時(shí)間。

[1] 任建喜，高 濤.地鐵換乘站深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律FLAC模擬研究[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(9):80-83,99.

[2] 張世峰，周 健，賈敏才，等.深基坑施工的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)及其時(shí)空效應(yīng)分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2007，37(6):53-55.

[3] 張明聚，由海亮，杜修力，等.北京地鐵某車站明挖基坑施工監(jiān)測(cè)分析[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，32(10):874-878.

[4] 李青林，劉 軍，賀美德.地鐵車站基坑變形規(guī)律及施工控制方法[J].市政技術(shù)，2005，23(4):215-217.

[5] 廖鴻雁.珠海廣場(chǎng)地鐵車站基坑施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的研究分析[J].世界隧道，2000，37(5):23-27.

[6] 張榮富，苗志同.深基坑變形和受力監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].山西建筑，2013，39(3)：53-54.

Study on horizontal displacement law of underground continuous wall top

ZHAO Xiao-xu1LIU Ya-qi2YANG Zhi-chao3

(1.College of Civil Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China;2.Zhuzhou Risheng Human Resources Co., Ltd, Zhuzhou 412000, China; 3.Zhuzhou Planning Institute, Zhuzhou 412007, China)

The specific circumstances of law in open excavation Line No.2 Liangxi bridge combined with the Wuxi Metro subway station, introduces the deep foundation pit monitoring scheme of the station, and the underground continuous wall top horizontal displacement monitoring data analysis, to explore the horizontal displacement of the top with the rule and mechanism construction conditions change, provide the reference for the similar foundation pit operation.

deep foundation pit， monitoring project， underground continuous wall

1009-6825(2014)31-0077-02

2014-08-29

趙曉旭(1988- )，男，在讀碩士； 劉雅琪(1991- )，女； 楊智超(1988- )，男

TU196.1

A