杭州地鐵深厚軟土地區(qū)基坑開挖性狀分析研究

王 同 華

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100034)

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杭州地鐵深厚軟土地區(qū)基坑開挖性狀分析研究

王 同 華

(北京城建設計發(fā)展集團股份有限公司，北京 100034)

結合杭州地鐵2號線西北段站點工程的地質條件，介紹了工程主體的基坑支護方案，并從墻體測斜、土體測斜、鋼支撐軸力、地表沉降等方面，對基坑開挖過程進行了監(jiān)測，得出的監(jiān)測數(shù)據(jù)為基坑施工提供了依據(jù)。

地鐵，基坑，支護結構，監(jiān)測

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟高速發(fā)展，城市化進程加快，全國范圍內軌道交通建設規(guī)模日益增加。軌道交通行業(yè)的發(fā)展無疑大大方便了城市居民的出行，提高了城市的生活品質，對城市的發(fā)展也起到很大的促進[1]。但城市中修建地鐵車站的過程是漫長的，一般一座車站長達2年～3年之久，這對城市的道路交通和路面、周邊建構筑物、各種地下管線等等都有不同程度的影響。一旦基坑開挖過程中出現(xiàn)基坑涌水、支撐失效等造成地面塌陷、建(構)筑物傾斜、管線爆裂等事故，對人民的生活、生命財產(chǎn)安全都將造成重大深遠的影響。對于一座城市中修建地鐵深基坑，尤其是擬建場地為深厚軟土，其特有的流變性等特性使得基坑開挖過程中的挖土效率和墻體變形難以控制。因此軟土的開挖基坑需要及時總結不同土層中基坑開挖的經(jīng)驗教訓，以便于后期施工車站可以作為前車之鑒[2，3]。

1 基坑實例

1.1 工程概況

某地鐵為杭州地鐵2號線西北段站點，沿文二西路東西走向布置，并跨路口，西抵河道。車站為地面二層標準車站，頂板覆土2.5 m～3.82 m。車站主體基坑標準段深度約為16 m～17.3 m，寬度為21.3 m，基坑平面大致呈長方形。

主體基坑周邊地塊大都為已建用地，車站東南側為嘉綠苑北13層已建高層住宅，鋼筋混凝土框架結構，設有1層人防地下室，緊貼高層外為2層臨街商鋪，其基礎采用預應力管樁，距離東端頭井約6.6 m；車站西南及西北側為綠地，西側為蓮花港河，距離車站主體基坑約6.6 m；北側為益樂新村3層淺基礎住宅，距離主體基坑約27 m。

文二西路十字路口下方有大量地下管線存在，有電力、通信、燃氣、給水、雨水和路燈管道等多種地下管道。其中橫穿車站頂板的直徑1 000 mm的污水管及直徑500 mm的雨水管，設計采取永久就近改遷至車站結構東側頂板上方。其他管線施工期間臨時改遷至主體基坑周邊，或采用懸吊保護措施，待施工完成后重新遷至原處。

1.2 工程地質條件

工程場地屬于第四紀濱海湖沼相沉積平原，地貌形態(tài)單一。場地原地形大部分為魚塘和農(nóng)田等，后經(jīng)回填建設形成現(xiàn)繁華城區(qū)。開挖深度影響范圍內以深厚淤泥質粉質粘土等飽和軟土為主。地下水位穩(wěn)定在地表以下1.0 m左右，地基土層主要物理力學性質指標見表1[4]。

表1 土層物理力學性質指標

2 基坑開挖過程情況分析

2.1 基坑支護結構設計

主體基坑采用圍護+內支撐，圍護墻體采用0.8 m地下連續(xù)墻，基坑深度約16.6 m，插入比為 1∶1.02，墻趾進入⑦1層粘土層。內支撐自上而下為一道混凝土支撐+四道φ609鋼支撐。坑底以下3 m深采用裙邊+抽條二重管旋噴加固。主體基坑根據(jù)交改和管線遷改情況，在十字交叉路口設置一處封堵墻，將主體基坑分為東基坑和西基坑。并且在十字交叉路口采用全鋪蓋，其他為半鋪蓋結合全鋪蓋。基坑豎向支撐布置及土層情況見圖1。

2.2 監(jiān)測點布置情況

為監(jiān)測基坑開挖過程中圍護墻體、支撐構件、地面及鄰近建筑物的變化情況，在現(xiàn)場設置了多個測試項目[5，6]。本文主要對墻體測斜、土體測斜、鋼支撐軸力、地表沉降的監(jiān)測項目進行分析論述。

2.3 理論計算說明

1)墻體測斜及支撐軸力理論計算是根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護技術規(guī)程中關于彈性支點法計算圍護墻+內撐的計算理論，計算不同開挖階段外側水土壓力與坑內支撐水平軸力和被動區(qū)土體抗力平衡，同時根據(jù)支撐軸力結合支撐剛度計算，算出支撐處發(fā)生的位移，最后按增量法逐級算出每個開挖步下的墻體位移增量，以疊加得出墻體水平位移即測斜累計值。其中本場地為深厚飽和軟土，因此采用水土合算計算側向水土壓力，土壓力理論根據(jù)規(guī)程采用朗肯主動土壓力理論計算。

2)地表沉降理論計算：根據(jù)同濟拋物線理論，對于有較大的入土深度或墻體入土在剛性較大的地層內，墻體的變位類同于梁的變位，此時地表沉降最大值不是在墻旁，而是位于離墻一定距離的位置上，即地面沉降按正態(tài)分布曲線(拋物線法)。根據(jù)以往經(jīng)驗，此方法與一般地鐵基坑地面沉降趨勢相吻合。

2.4 主要監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總

1)地墻測斜及土體測斜。選取東基坑標準段，其在基坑開挖到底時理論計算墻體位移如圖2所示[7]。

結構回筑階段理論計算墻體位移如圖3所示。

2)鋼支撐軸力監(jiān)測。選取東基坑標準段，其理論計算鋼支撐軸力值和現(xiàn)場基坑開挖到底時(2015年1月16日)鋼支撐的實際軸力監(jiān)測值如圖4所示。

3)地面沉降監(jiān)測。車站主體基坑施工完畢后的地面沉降監(jiān)測值如圖5所示。

2.5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

由上圖中數(shù)據(jù)綜合對比分析如下：

1)基坑開挖至坑底時，墻體測斜理論計算值為23.9 mm，而監(jiān)測值為52.11 mm，其原因主要如下：a.鋼支撐預加軸力消散后，未及時復加，以至于鋼支撐軸力過小，見圖5。此斷面內支撐的軸力值總和為810.5 kN/m，而理論計算值水平外力總和達1 309.3 kN/m，即相當于實際監(jiān)測軸力值僅為理論水平外力值的61.9%。如此小的支撐軸力是導致墻體測斜偏大的主要原因。b.現(xiàn)場鋼支撐接頭過多，部分鋼支撐已達5個接頭，超出設計要求支撐不超過4個的要求，且局部鋼支撐預埋鋼板與支撐未頂緊。c.基坑開挖時，根據(jù)巡檢人員反映，該斷面鄰近十字交叉路口蓋板，而蓋板下方土方掏挖困難，施工現(xiàn)場未按照設計要求及時架設鋼支撐，且存在超挖現(xiàn)象。d.該基坑地質條件差也是墻體測斜值偏大的重要原因，見圖1。本基坑開挖范圍內主要為淤泥質粘土。本工程場地屬于濱海湖沼相沉積平原，原為魚塘，因此軟土厚度達23.7 m深，其為深厚淤泥質土體，因此開挖難度相對較大。該軟土具體天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)高、強度低，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質性質，在此場地中開挖深基坑，墻體測斜難以控制。

2)土體測斜值相對墻體測斜值趨勢一致，但數(shù)值偏小。主要是由于此處土體測斜監(jiān)測點距離圍護墻體約1.5 m，且測斜管豎向深度范圍內大多為深厚淤泥，軟土在基坑開挖過程中其土體位移情況較為復雜，此項監(jiān)測值僅能作為基坑變形情況的參照。

3)地表沉降監(jiān)測最大值和理論計算值雖然趨勢相同，但相比而言，實測沉降值偏大，且沉降影響范圍也偏大。分析其原因主要如下：a.因為地面沉降點靠近基坑約12 m范圍內設置在原有道路硬殼層中，其沉降量相對于設置在原狀土中的監(jiān)測點沉降值偏小。由此分析鄰近基坑處約12 m范圍內的實際地表沉降值應比目前檢測值偏大。也即地表沉降值比理論計算值大約1.2倍。b.軟土自身的蠕變性和觸變性使得隨著基坑開挖深度的加深，其影響范圍增大，根據(jù)本基坑16.6 m深，其影響范圍約為30 m，相當于基坑開挖深度的1.8倍。沉降量最大處約在距離基坑1倍挖深的位置。距離基坑10 m～21 m處地面沉降值在4 cm～6 cm范圍內。由此可推測在深厚軟土區(qū)域開挖標準地下2層車站時，要重點考慮對距離基坑0.6倍～1.4倍挖深位置的淺基礎建(構)筑物的影響問題。

3 結語

根據(jù)杭州地鐵1號線基坑科研成果，杭州按地層可劃分為六大類地層，而城西深厚的軟土地層是典型地貌形態(tài)單一第四紀濱海湖沼相沉積平原，在此深厚飽和軟土地質中進行深基坑開挖，其基坑內力和相對應的變形性狀問題是城市中修建地鐵需要深入分析總結的課題。本文僅以地鐵2號線西北段深厚淤泥質軟土中的第一座標準地下兩層站的理論計算和實測結果值的對比分析。目前本站已于2015年9月主體基坑全部完工，本基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析具有指導意義。

但是，限于每個基坑具有自身特點，地質條件和周邊環(huán)境條件復雜性不同，還須深入分析總結并繼續(xù)研究深厚軟土中基坑開挖過程中的以下問題：

1)深厚軟土中深基坑開挖對鄰近的淺基礎房屋影響的程度如何量化并評判其風險程度。2)深基坑開挖過程中，對于設置有半鋪蓋的情況下，首道混凝土支撐監(jiān)測數(shù)據(jù)日變量達1 000 kN，車輛反復的碾壓蓋板對此處混凝土支撐的軸力監(jiān)測影響情況如何；混凝土支撐監(jiān)測手段如何適應動載下的構件監(jiān)測。

[1] 錢七虎.迎接我國城市地下空間開發(fā)高潮[J].巖土工程學報，1998(1)：112-113.

[2] 曹 蕓.軟土地區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究[J].建筑工程，2012(14)：79.

[3] 應宏偉，楊永文. 杭州深厚軟黏土中某深大基坑的性狀研究[J].巖土工程學報，2011(12)：88.

[4] 杭州市勘測設計研究院.《杭州地鐵2號線一期工程西北段(Ⅱ標段)詳細勘察階段豐潭路站(巖土工程勘察報告)》[R].2011：4.

[5] 北京中天路通工程勘測有限公司.杭州地鐵2號線XX路站施工監(jiān)測方案[Z].2014.

[6] 楊有海，王建軍，武進廣，等.杭州地鐵秋濤路車站深基坑信息化施工監(jiān)測分析[J].巖土工程學報，2008,30(10):1550-1554.

[7] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規(guī)程[S].

Analysis of Hangzhou subway excavation characters in deep silty soft soil

Wang Tonghua

(BeijingUrbanConstructionDesign&DevelopmentGroupCo.,Limited,Beijing100034,China)

Combining with geological conditions of northwest station section engineering of Hangzhou subway line No.2, the paper introduces the major engineering foundation support scheme. Starting from aspects of lateral wall, lateral earthwork, steel bearing axis force, and surface subsidence, it carries out foundation excavation monitoring, and finally obtains monitoring data, which will provide some guidance for foundation construction.

subway, foundation pit, support structure, monitoring

1009-6825(2016)13-0081-03

2016-02-23

王同華(1983- )，女，碩士，工程師

TU473.2

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