緊鄰立交橋的連續墻受力分析和安全性評價

陳江 陽軍生 陳思明 張學民 歐雪峰

摘要：以深圳地鐵車公廟交通樞紐7 & 9號線車站深基坑工程為研究背景，選取典型的監測斷面，埋置混凝土應變計，進行地下連續墻的內力測試，分析了連續墻在深基坑開挖過程中的內力變化規律，并對連續墻的安全性進行了評價，得到以下結論：隨著基坑開挖深度的增加，地下連續墻的內力變化越發明顯，基坑負二層和負三層開挖對連續墻的內力變化影響較大，應重點關注和監測；根據現場測試數據得到兩側地下連續墻的內力變化并非完全一致，主要受到緊鄰基坑開挖和周邊建筑物的影響；最后計算得到地下連續墻處于安全狀態。

關鍵詞：地下連續墻；現場測試；彎矩；安全系數

中圖分類號：TU28

文獻標志碼：A 文章編號：1674-4764（2016）03-0012-06

Abstract：A typical measurement-section was selected， and concrete strain meters were embedded to make measurement for diaphragm walls on the construction of Station of Metro Line 7&9 of Chegongmiao Station of Shenzhen Metro. The internal force change of diaphragm walls was discussed， and the reliability of diaphragm walls was evaluated. Results showed that with the increasing of the excavation depth of foundation pits， the variation of stresses of diaphragm walls was observable. According to the strain data from field measurement， safety factors of diaphragm walls were calculated， which turned out to meet national code. Meanwhile， it can be concluded that diaphragm walls were in the safe status. In the end， the variation relationship of their internal force， which would provide some references for the design and construction of similar projects in the future， was obtained.

Keywords：diaphragm wall； field measurement； bending moments； safety factor

隨著中國城市地鐵的大規模建設，施工中常遇到一些問題，尤其是地鐵車站深基坑施工的安全性，受到了工程建設者和專家的廣泛關注。為了確保深基坑施工過程的安全，對地下連續墻在施工過程中的受力變化規律進行研究十分必要。由于缺少對地下連續墻內力的現場測試，對地下連續墻在施工過程中的受力變化規律進行研究就比較困難，因此，對連續墻進行內力測試是直接和有效的手段。

對地下連續墻的研究，許多學者通過室內試驗和現場水平位移監測來進行。Emilios等[1]研究了地下連續墻的成槽和澆筑過程中對周邊建筑物的影響，但對連續墻的內力沒有研究；Anthony等[2]、Wyjadlowski等[3]對地下連續墻在基坑開挖過程中的穩定性進行了研究；在地下連續墻內力的現場測試方面，石鈺鋒等[4]通過對連續墻進行水平位移的實測，得到了偏壓基坑地下連續墻的水平位移變化規律，并對基坑圍護結構的穩定性進行了評價；王樹英等[5]通過埋置混凝土應變計得到結構底板的內力變化規律；Yasushi等[6]、Paolo等[7]、Chu等[8]、Nicoleta等[9]通過室內試驗和數值分析對地下連續墻的優化設計；Luis等[10-11]通過數值分析研究了雙層地下連續墻受力變化規律；Tan等[12]對上海大型基坑開挖對連續墻和結構板的水平位移和豎向位移以及周邊建筑物的沉降進行了研究，為上海地區地下連續墻設計和施工提出了一些建議。

大多數學者的研究都通過數值模擬的方法來分析基坑開挖過程中地下連續墻的內力和位移的變化，對基坑開挖過程中地下連續墻的現場內力測試方面研究較少。本文以深圳地鐵車公廟交通樞紐7 & 9號線地鐵車站基坑為研究背景，選擇典型的監測斷面，埋置混凝土應變計，進行了地下連續墻內力測試，獲得了地下連續墻的軸力和彎矩變化規律。

1 工程概況

車公廟樞紐站為既有地鐵1號線與新建7 & 9、11號線綜合換乘樞紐站，位于深圳市福田區深南大道與香蜜湖路交叉處西南角。7 & 9號線車站基坑緊鄰香蜜湖立交橋和換乘大廳基坑以及物業開發基坑，車站整體為地下3層三柱四跨結構，車站全長315 m，監測斷面所在的蓋挖逆作段基坑長246.54 m，基坑寬41.2 m，深約25.3～26.4 m；7 & 9號線車公廟站基坑均采用1 m厚地下連續墻作為圍護結構[13]（如圖1、圖2所示）。

地層情況主要為粉質粘土，礫質粘土，全風化花崗巖，強風化花崗巖（如圖3所示）。

2 地下連續墻內力測試方案

根據車公廟站換乘樞紐總平面圖并結合施工現場情況，準備在地下連續墻E6和W7各埋設7對智能混凝土應變計；共計28個智能混凝土應變計（如圖3、圖4所示）。在連續墻不同深度不同位置的主筋上埋置混凝土應變計，固定在連續墻不同深度位置內外側豎向主筋上，通過導線統一引到冠梁上部。

3 連續墻內力測試的結果分析

3.1 地下連續墻E6的內力測試結果分析

2014年1月17日，地下連續墻E6冠梁施工完成后，開始采集應變數據，從圖5和圖6可以看出：

1） 從頂板覆土開始開挖（2月27日），地下連續墻的應變值發生明顯變化，從地下連續墻E6測點最大的拉應變為813 με，地下連續墻N21測點最大壓應變為-392 με；2） 由于地下連續墻E6的許多混凝土應變計已經損壞，所以圖6和圖7的應變曲線未呈現明顯的對稱性；3） 隨著基坑的開挖深度增加，大多數測點的應變值變化明顯；工序8和工序9施工時，混凝土應變計的測試數據變化幅度最大；4） 每道工序在埋置混凝土測試元件附近施工時，測點應變值變化較大，各條曲線表現為波動明顯，在遠離埋置混凝土測試元件施工時，測點應變值變化很小，各條曲線表現為平滑；5） d51、d52和d32測點應變值變化較大，主要由于這幾個測點的混凝土應變計埋深較淺，受開挖的擾動的影響較大。施工完成后，混凝土應變計的測試數據變化很小，最后趨于穩定。

根據混凝土應變計測得應變值，計算地下連續墻E6的軸力和彎矩，如圖7和圖8所示。從圖7看出，在工序8（開挖車站基坑的負2層）之前，地下連續墻的軸力變化較小，但是，從工序7（施作車站第1層中板）開始，連續墻軸力變化逐漸增大，工序10（開挖車站基坑的負3層）完成后軸力值最大達到-7 585 kN，而從工序8到工序10，地下連續墻埋深15.5 m處，測點軸力從-1 395 kN變為7 585 kN，因此，工序8到工序10，對地下連續墻軸力的影響較大。

從圖8看出，在工序8之前，各工序之間地下連續墻的彎矩變化不大，但是，隨著開挖深度的增加，彎矩變化越來越大，工序9（施作車站第2層中板）之后，最大彎矩值出現在埋深15.5 m處，最大值為-2 099 kN·m。從圖8看出，工序9和工序10的彎矩曲線變化最大，說明工序8到工序10，對地下連續墻的彎矩影響較大，彎矩計算結果與軸力計算結果規律相類似。因為施工現場情況復雜，一些混凝土應變計遭到了破壞，所以軸力和彎矩曲線變短。

3.2 地下連續墻W7的內力測試結果分析

2014年1月20日，地下連續墻W7開始采集應變數據，從圖9和圖10可以看出：

1）從頂板覆土開始開挖（2月20日），地下連續墻的應變值發生明顯變化，地下連續墻W7測點最大拉應變為896 με，最大壓應變為-436 με；2） 隨著基坑的開挖深度增加，大多數測點的應變值呈增長趨勢，工序8和工序9施工時，混凝土應變計的測試數據變化幅度最大；3） 每個工序在埋置混凝土測試元件附近施工時，測點應變值變化較大，各條曲線表現為波動明顯，在遠離埋置混凝土測試元件施工時，測點應變值變化很小，各條曲線表現為平滑；4） c41、c51、c52和c61測點應變值變化較大，受開挖的擾動的影響較大；5） c71和c72測點埋深最深，在基坑開挖面以下，所以測點應變值受基坑開挖的影響較小。施工完成后，混凝土應變計的測試數據變化很小，最后趨于穩定。E6和W7兩幅地下連續墻的測試數據變化規律整體相似。

根據混凝土應變計測得應變數值，計算地下連續墻W7的軸力和彎矩，如圖11和圖12所示。從圖11看出，在工序7之前，地下連續墻的軸力變化較小，工序9后軸力最大，達到8 439 kN。從工序8到工序10，地下連續墻埋深15.5 m處，測點軸力從-230 kN變為8 439 kN，說明工序8到工序10對地下連續墻軸力的影響較大。西側連續墻W7總體變化規律與東側連續墻E6相似。

從圖12看出，在工序7之前，各工序之間地下連續墻的彎矩變化不大，但是，隨著開挖深度的增加，彎矩變化越來越大，工序8之后，最大彎矩值出現在工序8，最大值為-2 318 kN·m。從工序8完成到工序10，地下連續墻W7埋深15.5 m處，彎矩值從-359 kN·m變為-2 209 kN·m。由于地下連續墻W7是7&9號線車站基坑和換乘大廳基坑的共用連續墻，受換乘大廳的基坑開挖的影響較大。從圖12看出，工序8到工序10的彎矩曲線變化較大，說明工序8到工序10對地下連續墻的擾動較大。地下連續墻W7彎矩計算結果與軸力計算結果的規律相類似。

4 地下連續墻E6和W7的安全性評價

為了分析基坑開挖對地下連續墻安全性的影響，根據《混凝土結構設計規范》[14]和截面配筋，計算得到地下連續墻E6、W7的抗彎承載力，并結合實測內力計算數據，計算得到測試斷面連續墻的安全系數。如圖13所示，地下連續墻的最小安全系數出現在連續墻E6，最小安全系數為2.6，地下連續墻E6主要受到鄰近香蜜湖立交橋的高路堤的擠壓影響，受到軸力和彎矩要比另一側地下連續墻W7的軸力和彎矩大。滿足規范《建筑基坑支護技術規程》[15]的最小安全系數2.2的要求，說明地下連續墻E6和W7處于安全狀態，地下連續墻是穩定安全的。

5 結 論

以深圳地鐵車公廟交通樞紐7 & 9號線車站深基坑工程為背景，選取典型的監測斷面，埋置混凝土應變計，進行深基坑的地下連續墻內力測試，得到以下結論：

1）隨著基坑開挖深度的增加，地下連續墻的內力變化越發明顯，表現為7 & 9號線車站基坑負3層土體開挖的軸力和彎矩值大于負2層土體開挖的軸力和彎矩值，負2層土體開挖的軸力和彎矩值明顯大于負1層土體開挖的軸力和彎矩值。工序8到工序10對地下連續墻的內力變化影響較大，應重點關注和監測。

2）由于受到緊鄰基坑開挖和周邊建筑物的影響，7 & 9號線車站深基坑兩側的地下連續墻E6和W7的軸力和彎矩變化曲線并非完全一致。

3）根據實測應變數據，計算得到連續墻的安全系數，地下連續墻W7的最小安全系數為2.95，地下連續墻E6的最小安全系數為2.6，說明地下連續墻處于安全狀態，地下連續墻E6和W7是穩定安全的，但是地下連續墻E6最小安全系數較小，主要受到鄰近香蜜湖立交橋的高路堤的擠壓影響，所以，連續墻設計時應考慮周邊環境的影響。

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（編輯 王秀玲）