某地鐵基坑工程變形監測及分析

蘇　強

(上海三維工程建設咨詢有限公司,上海 200060)

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某地鐵基坑工程變形監測及分析

蘇強

(上海三維工程建設咨詢有限公司,上海 200060)

對杭州某地鐵車站基坑工程進行全程監測,通過對支撐軸力、地下連續墻水平位移、立柱樁頂沉降的動態監測數據進行分析,總結出在軟土地區進行基坑工程應嚴格遵循先撐后挖和限時支撐的要求,以減小基坑變形；同時，應做好承壓水降水作業,并加強對地下水位的監測工作。

地鐵車站;基坑;監測

杭州市在地理位置上位于錢塘江下游北岸,在地理環境上屬于長江三角洲區域,杭嘉湖平原的西南部,地形地貌復雜,具有豎向土層硬軟交替、多層組合、厚度變化大等特征,工程地質特征上表現為承載力低、高壓縮性、低強度、不穩定、易觸變。在這種地質環境中修建地鐵,經常會產生地基沉陷,邊坡坍塌等不良工程地質現象,因此更加凸顯了基坑變形監測的重要性。

1　工程概況

根據地鐵線網規劃,該車站為地下3層的島式站臺,4柱5跨3層結構,車站長303 m,標準段寬36.6 m,深約25 m,頂板覆土約4 m,兩端覆土約1.5 m,車站設有5個出入口,其中1、2、4號出入口為本次車站施工范圍,3、5號出入口為預留。

2　工程地質及水文情況

根據鉆孔揭露的地層結構、巖性特征及物理性質,結合區域地質資料,本項目地質情況大致如下。

①1層為雜填土：灰—雜色,松散,頂部有厚度為300 mm左右的混凝土地面,以下一般由建筑垃圾及碎塊石、瓦片等組成,黏性土充填,局部含大塊石,成分雜,分布在整個場區,層厚0.9～5.8 m；

①2 層為耕植土：灰—褐灰色,松散,主要由粉質黏土及粉土組成,含腐殖質及少量碎石。場區局部缺失該層,層厚0.60～3.70 m；

④1層為砂質粉土：灰色,稍密,含云母,局部夾薄層黏土,全場分布,層厚2.7～5.9 m；

④2層為淤泥質粉質黏土:灰色,流塑,含云母、腐殖質,干強度中等,全場分布,層厚0.9～5.9 m；

④3層為淤泥質粉質黏土夾粉土:灰色,流塑,含云母、貝殼碎屑等,夾較多散體狀粉土,層厚3.10～8.40 m；

⑥1層為淤泥質粉質黏土：灰—深灰色,流塑,局部軟塑。含云母,切面粗糙,呈鱗片狀,層厚1.20～8.50 m；

⑥2層為粉質黏土：灰色,軟塑,含腐殖物,局部夾粉砂。切面粗糙,魚鱗片狀,層厚0.60～3.80 m。

項目范圍內地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水和深部基巖裂隙水,根據地下水的含水介質、賦存條件、水理性質和水力特征,勘探深度內可劃分為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水,車站范圍淺部地下水屬孔隙性潛水類型,主要賦存于上部①層填土、②層粉土及④3層淤泥質粉質黏土夾粉土中,補給來源主要為大氣降水及地表水,地下水位隨季節性變化,勘探期間測得水位埋深0.4～3.8 m,對應高程為2.24～5.54 m。建議抗浮設防水位高程取6.0 m,地下水流速較小。

3　監測目的

該基坑開挖深度大,達到25 m左右,地質條件復雜,建設周期長,在施工過程中可能會出現各種難以預測的問題,危及施工安全,因此制定完善周密的監測方案,并在方案指導下進行有計劃有步驟的現場監測是十分必要的。通過將現場取得的監測數據與設計值進行對比分析,判斷現場施工參數是否符合設計要求,從而確定和優化施工工藝,同時通過對周邊環境監測數據的分析對比，得出周邊道路、管線是否處于可控范圍,進而對施工步驟、參數進行調整,以確保周邊環境安全。

4　監測工作布置

4.1監測項目及測點[1]

監測項目及測點見表1。

表1　監測項目及測點統計表

4.2監測頻率

監測頻率統計數據見表2。

4.3監測報警值

監測報警值見表3。

表2　 監測頻率統計表

表3　 監測報警值

5　基坑支護情況

基坑長度為303 m,寬度36.6 m,深度25 m,圍護結構是1 000 mm厚地下連續墻,混凝土強度水下C30,墻深55～63 m,第一、三、四道支撐為鋼筋混凝土支撐,強度C30,截面尺寸900 mm×1 000 mm,第二、五道是鋼支撐,Φ609 mm,厚度16 mm。

監測點具體布設數量見表1 ,為了便于比較，我們只分析支撐軸力、地下連續墻水平位移、立柱樁頂沉降。

6　現場實測數據分析

6.1支撐軸力

本基坑鋼筋混凝土支撐采用鋼筋計焊接于支撐主筋上,鋼支撐采用軸力計安裝于鋼支撐上,混凝土支撐設計值為5 098.0 kN,鋼支撐設計值為2 928.0 kN,實測軸力達到設計值的80%時報警。鋼支撐架設完成后,按設計要求對其預加70%的設計軸力,開挖到基底時,混凝土支撐軸力ZCL5-01達到最大值3 755.29 kN, 鋼支撐ZCL5-03最大軸力達到656.47 kN,均小于報警值。混凝土支撐軸力變化波動幅度明顯大于鋼支撐軸力,根據五道支撐的實測數據反映出在當前工況支撐下開挖,支撐軸力會增大,后續工況架設的支撐下挖土,前道支撐軸力會發生適當調整,后道支撐軸力會加大。見圖1。

圖1　支撐軸力監測點平面布置圖

6.2地下連續墻水平位移(測斜)

地下連續墻測斜測點平面布置見圖2。

圖2　地下連續墻測斜監測點平面布置圖

本基坑地下連續墻測斜孔共布置了32個(ZQT1～ZQT32),南側測斜孔ZQT5的變形具有典型性,見圖3。該處地連墻隨開挖深度的加大,水平位移也在逐步增加,ZQT5最大位移量為49 mm,北側ZQT17最大位移41 mm,但當第五道支撐架設完成后水平位移增加量開始減小,從整個位移曲線上可以看出最大位移量出現在基底附近,這也符合常規的多道內支撐變形曲線。

圖3　地下連續墻ZQT5測斜管實測曲線

與采用有限元計算得到的結果相比對(表4),會發現地下連續墻ZQT5除開挖第一、二道支撐以外其余工況下墻體變形數據均大于計算結果,這是由于基坑開挖過程中由于坑邊堆載較多、動荷載較大(運土車輛、挖掘機、緊挨基坑邊交通主干道德大車流量)以及個別鋼支撐架設滯后等原因,造成了墻體變形的增大。

表4　 地下連續墻水平位移計算值與實測值比對

6.3立柱樁頂沉降

地下連續墻立柱樁沉降監測點平面布置見圖4。

圖4　地下連續墻立柱樁沉降監測點平面布置圖

圖5　 立柱樁LZC5豎向位移曲線

根據埋在基坑中部測點LZC4～7,LZC5在開挖到第五道支撐時最大隆起量為21.3 mm(圖5),剛超出累計報警值,但底板混凝土澆筑完成后開始下降,在影響立柱樁豎向位移的所有因素中基底隆起與豎向荷載是最主要的兩點,土方開挖會直接引起基底土層隆起,進而帶動立柱樁上浮,而豎向荷載則引起立柱樁下沉,但整個立柱樁的位移機理還是比較復雜的,僅僅通過計算是很難準確預測的[2]。因此，只能通過實時監測, 利用實測數據不斷調整與控制施工步序,從而降低豎向位移,進而減少立柱樁

與地下連續墻之間的差異沉降,保證支撐體系的穩定。

7　結　語

1)本工程地處城市繁華地段,周邊環境復雜,建筑物及管線眾多,設計人員在基坑圍護方案上選擇了地下連續墻加內支撐的組合,整個基坑開挖過程都遵循“先撐后挖,限時支撐,嚴禁超挖”的原則。基坑的變形基本都在報警值附近,任何一個監測項目也未出現數據日變量急劇增加或者累計變量過大的情況,從而證明了該圍護方案是安全有效的。

2)在方案選擇正確的前提下,要保證施工過程符合設計要求就必須通過各項監測數據進行判定,讓監測數據來指導施工,及時調整施工步驟,將安全隱患消滅在萌芽狀態,確保基坑及周邊環境的安全。

3)在地下水位偏高、水量豐富、地基多為軟弱地基的地區應加強對地下水位的監測,以確保地下水位始終在開挖面以下1 m左右的位置,同時做好承壓水降水,以保證承壓水頭符合設計要求。

[1]濟南大學,萊西市建筑總公司,山東省工程建設標準造價協會.GB 50497—2009 建筑基坑工程監測技術規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社,2009.

[2]劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社,2009．

Monitoring and Analysis on Deformation for a Metro Excavation Engineering

SUQiang

2016-05-12

蘇 強(1976—),男,福建廈門人,工程師,從事地鐵監理工作。

TU433

B

1008-3707(2016)10-0035-04