杭州紫之隧道南口明挖段深基坑監測分析

付順義

(浙江天成項目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

杭州紫之隧道南口明挖段深基坑監測分析

付順義

(浙江天成項目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

為了研究深基坑變形與受力特點,采用現場監測的方法對杭州紫之隧道深基坑進行實測,并探討了基坑圍護結構變形、支撐軸力、地表沉降、建筑物沉降及坑外水位的變化規律。實測分析得出：當基坑的開挖深度增大時,地下連續墻的變形由原先向坑內的前傾型曲線慢慢變成折線型；鋼筋混凝土和鋼支撐軸力的實測值小于報警值,說明當基坑開挖深度增加時,地下連續墻的結構設計比較保守,而提高軸力的監測頻率是加強基坑安全施工的可行手段；地表沉降大小與墻體深層水平位移有較大關系；建筑物的沉降值隨著基坑開挖深度的增加而增大,沉降值隨時間增長呈線性分布；隨著基坑開挖深度的增大,地下水位也相應下降。

深基坑；監測；位移；軸力；地表沉降

杭州隧道工程使交通變得更為方便,隧道建設離不開車站深基坑工程。但近年來隧道深基坑工程事故頻繁出現,關于基坑事故對社會造成的不良影響,也成為近幾年巖土工程的熱門課題[1-5]。基坑工程的變形特性和受力特點相當復雜,導致目前提出的理論無法同時考慮復雜環境、地質、周圍建筑物、墻后地表、地下水位等因素的影響。因此現場實測數據的分析,為人們深入了解基坑變形和受力提供了重要依據。

國內外有大量學者進行隧道深基坑的研究。國外主要以定性研究基坑在開挖時的因素居多;國內學者主要研究了深基坑在開挖時墻體水平位移、支撐軸力、地表沉降、建筑物沉降、坑外地下水位等監測項目的變化情況[6-10]。王建軍等[6]提出了基坑開挖時樁體最大水平位移出現的位置一般位于開挖面附近；趙玉勃等[7]提出基坑內部結構很好地限制了樁體的位移,進而抑制了地面沉降的發展。廖少明等[8]收集了多個基坑工程實測數據,分析了蘇州地區順作法施工的大尺度方形基坑的變形性狀；李淑等[9]通過分析30個深基坑的詳細資料,研究了北京地區基坑在開挖時引起的地表變形特性；任建喜等[10]根據現場實測,初步研究了圍護樁入土深度的變化對圍護結構變形的影響。

本文對杭州市紫之隧道深基坑的變形和受力特性進行了監測,對該工程的圍護墻體深層水平位移、支撐軸力、地表沉降、坑外地下水位等實測數據進行了分析,總結了變化規律,并針對施工和監測方案提出了一些建議。

1 現場監測

1.1 項目概況

杭州市紫之隧道(紫金港路—之江路)工程主線南起之浦路,入地后向西北轉向,下穿五浦河(象山浦)、之江路、梅靈南路后進入山體向北延伸；全線繞避西湖風景名勝區域界線,出蔡國忠山后沿紫金港路下穿西溪路、天目山路、沿山河,出地面接順現狀紫金港路,并分別設置一對匝道與之江路、西溪路相接。起點樁號K0+000,北至紫金港路,西線終點樁號K14+217.825,東線終點樁號K14+200.238,路線全長約14.4 km,含三座隧道、兩座橋涵,其中隧道長約13.9 km。主線道路等級為城市主干道,匝道接線為城市支路；主線設計速度為60 km/h,匝道設計速度30 km/h；主線道路為雙向六車道；隧道為城市一類隧道,橋梁設計荷載等級：城-A級,瀝青混凝土路面結構設計荷載：BZZ-100型標準車。本項目內容包括隧道及機電工程,管理用房、橋梁工程、道路工程、人行過街地道工程、洞內裝飾工程、景觀工程、管線工程及交通設施工程等。

南明挖隧道段影響范圍內主要建筑物有之江路、五浦河、珊瑚沙大橋、之浦路等。五浦河現狀河道寬約50～60 m,地面標高約8.2 m,河底標高約2.3 m,河堤為土石料堆砌。珊瑚沙大橋舊橋為1994年建,拼寬橋為2006年建,樁基為Φ1 200 mm鉆孔樁,明挖段與橋樁基水平凈距最近處約19.4 m。

之江路現狀道路寬度約40 m,雙向4車道,城市主干路。之浦路現狀道路寬度約48 m,雙向六車道+雙向四車道輔道。道路路堤為重力式擋墻,高約0～3 m。之浦路上分布有多種管線,管線遷改應在隧道開挖前施工完成,周邊管線組要集中分布在之浦路下方。見圖1。

圖1 紫之隧道南口明挖段平面圖

1.2 水文地質條件

南明挖隧道工程地質條件是根據勘探和地面測繪,南明挖隧道段工程區出露地層時代有第四系全新統沖海相沉積的飽和粉土,第四系上更新統山前沖洪積中密狀碎石土層和全強中風化白堊系朝川組泥質粉砂巖,巖土層從上到下分為：素填土、粉砂、淤泥質砂質黏土、含黏性土碎石，以及全、強、中風化泥質粉砂巖。各土層的物理力學指標見表1。

場區南端為錢塘江水系,沿線河道主要為云棲溪、五浦河,并最終向南匯入錢塘江。本場地潛水位總體埋深較淺,主要受大氣降水和同地層下側徑流的補給。工程區地下水的形式與賦存主要受地層巖性、構造斷裂與地形地貌三大因素所控制,紫之隧道明挖段第四系地層以黏性土類、碎石夾黏性土類為主,富水性也很差。地下水對混凝土結構為微腐蝕性,對鋼筋混凝土結構中鋼筋在長期浸水和干濕交替作用下均為微腐蝕性。

1.3 基坑圍護結構設計和施工方案

國際會展中心建筑已處于工程建設階段,據調查,距離南口工作面最近的一棟建筑約20.1 m,該建筑為混12辦公樓,整體設置3層地下室,地下室距本工程凈距約7.5 m,基礎型式為樁基礎,設計基坑挖深約16 m,采用1 000 mm厚地連墻,采用蓋挖逆作法施工方案,據了解,紫之隧道基坑開挖之前,國際會展中心靠紫之隧道一側的蓋挖逆作法基坑,已實施完畢進行地面以上結構的施工。

從小里程向大里程方向,現狀之浦路標高約7.2～9.0 m,五浦河南岸約8.9～9.5 m,河底標高約3.7 m,五浦河北岸約8.0 m。五浦河清淤2 m,回填至5.0 m標高。

標準段基坑剖面圖見圖2。

表1 土層物理力學性質指標

圖2 標準段基坑剖面圖

基坑施工工序如下：

1) 地面平整后施工導墻,待導墻達到設計強度后分幅施工地下連續墻,之后施工高壓旋噴樁及降水井；

2) 坑內潛水降水后,逐層開挖至各支撐處并架設各道鋼管支撐,到最終基坑面并施作地板和側墻；

3) 待底板和側墻達到設計強度80%以上后,拆除第四、五道支撐并施作地下2層中板和側墻；

4) 待地下2層中板及側墻達到設計強度80%以上后,拆除第二、三道鋼支撐并施作地下1層中板及側墻；

5) 待地下1層中板及側墻達到設計強度80%以上后拆除臨時路面,回填覆土。

1.4 基坑監測項目及測點布置

本工程土質特殊復雜,周圍交通和建筑物非常密集。基坑監測項目主要內容包括： 1) 鋼筋混凝土、鋼支撐軸力；2) 墻后地表沉降； 3) 坑外地下水位。基坑監測點平面布置示意見圖3。

圖3 基坑監測點平面布置示意圖(單位：m)

2 監測結果分析

2.1 墻體深層水平位移監測結果分析

圖4 DQX7墻體測斜孔最大位移-時間關系曲線

圖5 DQX12墻體測斜孔最大位移-時間關系曲線

由圖4和圖5可知,隨著基坑的開挖,墻體最大位移產生處由上往下轉移,且速度較快。DQX7墻體最大位移產生處穩定在16 m左右,并且隨著基坑開挖,水平位移值逐漸增大,在最后階段有略微的減小,最后穩定在9.73 mm。DQX12最大水平位移產生處的深度在15 m左右,最后穩定在17.52 mm。測點的水平位移值均未超過預警值45 mm。在圖5上可以看出,3月4日左右發生了較大的墻體變形,在15 m深度處累計的位移達到14.19 mm。所以,持續地監測,保證土體在突然發生較大變形時,能及時得知情況,必要時采取措施,保證施工的安全。

2.2 內支撐軸力監測結果分析

圖6 直撐ZL6各層軸力隨時間變化曲線

圖7 直撐ZL8各層軸力隨時間變化曲線

由圖6和圖7可知,第三道支撐的軸力比第二道支撐的軸力小很多,第三道支撐受力比較大。由于基坑在施工過程中,支撐軸力有反復變化的現象,故應盡快架設鋼支撐,改進受力條件,同時在基坑開挖中要提高對軸力的監測頻率,這與文獻[12]深基坑支撐軸力監測的規律一致。為了預防下層鋼支撐的拆除對上層支撐軸力影響,在下層支撐拆除的過程中應加強監測。當減小基坑無支撐暴露的時間后,鋼支撐能夠很好地控制墻體的側向位移,而基坑在每層土開挖完畢到施加該層鋼支撐這個階段是最危險的,故此時應加強支撐軸力的監測。

2.3 地表沉降監測結果分析

圖8 地表沉降隨時間變化曲線

圖9 水位隨時間變化曲線

圖8是基坑標準段地表沉降變化曲線,圖中地表沉降為正、隆起為負。地表沉降測點為CJ6-1、CJ6-2、CJ7-2、CJ7-3、CJ10-1、CJ10-2、CJ10-3。

圖8a)中地表沉降隨時間呈先增大后減小趨勢,后來反彈的原因是隨著開挖深度增加,基坑內外的土面高差不斷增大,荷載變化及應力差逐漸提高,使圍護墻外側土體產生剪切應變,導致地表沉降減小。由圖8b)中可以看出越靠近基坑邊，地表沉降越大。基坑周邊地表產生沉降的主要原因是地下連續墻向坑內發生位移導致的,這與文獻[13]中周圍地表發生沉降的原因一致。為了抑制地表沉降的發展,應使基坑內部結構更好地限制墻體位移。

2.4 坑外地下水位監測結果分析

圖9為地下水位隨時間變化曲線。如圖所示,隨基坑開挖深度的增大,地下水位也相應下降。曲線總體來說比較平穩,有些點雖然產生比較大的變化幅度,但是未超過水位警戒值。杭州由于天氣原因降水比較多,為了有效控制基坑周圍水位的變化,應減小墻體結構變形和墻后地面沉降,以此來增加基坑圍護結構穩定性。在粉砂土基坑施工過程中,做好防滲水工作,增加監測頻率。文獻[15]也提出了施工過程中要對坑外水位的監測密切關注,并及時掌握基坑變形情況。

3 結 語

1) 基坑開挖過程中,墻體的最大水平位移受到開挖深度的影響。而且基坑測斜數據可以在一定程度上反映局部土質好壞情況,墻體的水平位移往往會被土質所影響,開挖越深,對墻體水平位移的影響越大。

2) 鋼支撐軸力在周圍土體開挖及拆除鋼支撐時

變化比較明顯,而且呈現出波動型變化。基坑在每層土開挖完畢到施加該層鋼支撐這個階段是最危險的,此時應加強支撐軸力的監測。

3) 地表沉降隨時間呈先增大后減小趨勢,越靠近基坑邊地表沉降越大。建筑物的沉降值隨著基坑開挖深度的增加而增大,且隨時間增加近似呈線性增大。雖然墻體水平位移的最大值相差不是很大,但基坑南北兩側建筑物沉降存在很大的差異。

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Monitoring Analysis on the Deep Foundation Pit of the Open ExcdavationSection at the Southern Port of Zi Zhi Tunnel in Hangzhou

FUShunyi

2016-11-29

付順義(1967—),男，陜西西安人，高級工程師，從事交通工程、市政工程的管理工作。

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1008-3707(2017)01-0037-05