地鐵深基坑施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析

郭 賽

中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司

地鐵深基坑施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)分析

郭 賽

中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司

地鐵深基坑一般在人口密集、構(gòu)筑物較多的市區(qū)，對(duì)基坑安全要求嚴(yán)格，深基坑具有很強(qiáng)的區(qū)域性，同一城市不同區(qū)域也有差異。基坑工程的支護(hù)體系設(shè)計(jì)與施工和土方開(kāi)挖都要因地制宜，根據(jù)本地情況進(jìn)行，外地的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，但不能簡(jiǎn)單搬用。本文分析了不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以鉆孔灌注樁為例，分析了樁體的傾斜對(duì)基坑的影響。

深基坑；圍護(hù)結(jié)構(gòu)；鉆孔灌注樁；傾斜量

1 、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的形式

隨著基坑的不斷變深，變大，深基坑圍護(hù)工程的風(fēng)險(xiǎn)性也在增加。而基坑工程涉及土力學(xué)、流變學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)等多門學(xué)科，且實(shí)踐性較強(qiáng)，基坑工程的設(shè)計(jì)與施工兩者緊密相連。因此要正確地進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工，保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工中的安全及鄰近建筑物和地下管線的安全[1]。

1、鋼板樁墻。成品制作，可反復(fù)使用，施工簡(jiǎn)單，但施工有噪聲。剛度小，變形大，與多道支撐結(jié)合，適用于水深4m以上，河床覆蓋層較厚的砂類土、碎石土和半干性黏土以及風(fēng)化巖層等，在軟弱土層中也可采用。在鋼板樁新的時(shí)候止水性尚好，如有漏水現(xiàn)象，需增加防水措施。

2、SMW工法。SMW工法也叫柱列式土壤水泥墻工法，即利用多軸型長(zhǎng)螺旋鉆孔機(jī)在土壤中鉆孔，達(dá)到預(yù)定深度后，邊提鉆邊從鉆頭端部注入適合不同工程連續(xù)墻的水泥漿，將其與原土壤進(jìn)行攪拌，在原位置建成一段土壤水泥墻。SMW工法對(duì)周邊環(huán)境小，占用場(chǎng)地僅為其他施工方法的60%~80%，有利于保護(hù)周邊的建筑、道路及空中、地下管線。成柱質(zhì)量可靠，連續(xù)施工防水效果好，工程造價(jià)低，施工速度快[2]。

3、地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻是區(qū)別于傳統(tǒng)施工方法的一種較為先進(jìn)的地下工程結(jié)構(gòu)形式和施工工藝。它是在地面上用特殊的挖槽設(shè)備，沿著深基坑開(kāi)挖工程的周邊，在泥漿護(hù)臂的情況下，開(kāi)挖一條狹長(zhǎng)的深槽，在槽內(nèi)放置鋼筋籠并澆灌水下混凝土，筑成一段鋼筋混凝土墻段。然后將若干墻段連接成整體，形成一條連續(xù)的地下墻體。它能在建筑物、構(gòu)筑物密集地區(qū)施工，對(duì)鄰近建筑物和地下管線的影響較小。施工時(shí)振動(dòng)小、噪聲低，有利于城市建設(shè)環(huán)境中的環(huán)境保護(hù)。剛度大，開(kāi)挖深度大，可適用于所有地層，強(qiáng)度大、變位小，隔水性好，同時(shí)可兼做主體結(jié)構(gòu)的一部分。適用于各種地質(zhì)條件，特別是砂卵石地層，但造價(jià)高、對(duì)廢漿液難于處理。

4、鉆孔灌注樁。它是指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)機(jī)械鉆孔在地基土中形成樁孔，并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁。剛度大，可用在深大基坑，在各種地基上均可用。施工對(duì)周邊地層、環(huán)境影響小。需和止水措施配合使用，混凝土是在泥水中灌注的，因此混凝土質(zhì)量較難控制。施工質(zhì)量的好壞對(duì)樁的承載力影響很大。費(fèi)工費(fèi)時(shí)，成孔速度慢。

2 、工程概況

北大營(yíng)街站為地鐵十號(hào)線與地鐵四號(hào)線換乘站，位于北海街和合作街十字路口以西，其中十號(hào)線車站為地下二層三跨島式車站，有效站臺(tái)寬度14m。十號(hào)線車站設(shè)計(jì)起點(diǎn)里程為K13+476.907，車站終點(diǎn)里程為K13+665.917，車站計(jì)算站臺(tái)中心里程為K13+587.107，車站全長(zhǎng)189.0m，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.7m，頂板覆土約3.9~4.4m，車站底板埋深約18.25m。車站共設(shè)3個(gè)出入口，1個(gè)緊急疏散口，2個(gè)風(fēng)道。車站總建筑面積8885.33㎡。車站主體采用蓋挖順作法施工，支護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼支撐基坑圍護(hù)，坑外降水。車站1、2號(hào)出入口采用明暗挖法結(jié)合施工；車站1號(hào)風(fēng)道為明挖法施工；緊急疏散口為豎井+暗挖法施工；3號(hào)出入口、2號(hào)風(fēng)道、換乘通道結(jié)構(gòu)不在我單位施工范圍內(nèi)[3]。

北大營(yíng)街站附屬結(jié)構(gòu)基坑南北約50m寬、東西約120m長(zhǎng)，基坑面積5500㎡；基坑深11.5m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護(hù)體系。

3 、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

施工監(jiān)測(cè)是信息化施工的重要組成部分，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的關(guān)鍵施工區(qū)段尤為重要。可以分析車站開(kāi)挖周圍土體在施工過(guò)程中的變形特征，明確工程施工對(duì)原始地層的影響程度及其潛在風(fēng)險(xiǎn);可以分析圍護(hù)樁及支撐的受力變形情況，并進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定性分析;可以及時(shí)分析施工方法的實(shí)施效果，反饋相關(guān)信息，對(duì)開(kāi)挖、支護(hù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。

一般來(lái)說(shuō)，基坑的變形測(cè)量工作應(yīng)從施工前開(kāi)始，到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后終止。測(cè)量前應(yīng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)工程土質(zhì)情況及支護(hù)工程進(jìn)行原始記錄;當(dāng)天氣、地震等環(huán)境因素顯著變化時(shí)，應(yīng)增加觀測(cè)頻率，基坑結(jié)構(gòu)體與土體趨于穩(wěn)定期間可延長(zhǎng)觀測(cè)頻率，劇烈變動(dòng)期間應(yīng)縮短觀測(cè)頻率。

主體結(jié)構(gòu)基坑圍護(hù)采用鉆孔灌注樁，樁體深層水平位移使用測(cè)斜管測(cè)斜儀，每天監(jiān)測(cè)一次，半米一側(cè)。

圖1 樁體變形

如圖一所示，6.1~6.11分別表示采集數(shù)值的日期，橫軸表示開(kāi)挖深度，縱軸表示本次累計(jì)位移變化量。從圖中可以看出，隨著時(shí)間(開(kāi)挖深度)的增加，變形位移曲線呈現(xiàn)出弓形。樁體的變形不僅發(fā)生在開(kāi)挖面以上，開(kāi)挖面以下也會(huì)產(chǎn)生一定的變形。所以保證圍護(hù)樁有足夠的入土深度是必要的。

地表監(jiān)測(cè)使用電子水準(zhǔn)儀，精度小于0.3mm，監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在基坑周圍5到10米，監(jiān)測(cè)頻率每天一測(cè)。

圖2 地表沉降量監(jiān)測(cè)圖

如圖二所示，地表沉降隨著基坑開(kāi)挖深度變深，沉降量會(huì)加劇下沉，然后到達(dá)一定沉降量后，下沉趨勢(shì)放緩，保持一個(gè)恒定的狀態(tài)。DM-8-1沉降偏大，已近8mm，盡管還在控制值內(nèi)，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，或做一些地表加固措施。

4 、結(jié)論

地鐵施工中， 當(dāng)基坑支護(hù)失效時(shí)，會(huì)造成鄰近房屋、地下管線及道路的開(kāi)裂，引發(fā)工程糾紛，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失及人員的傷亡。因此，深基坑必須進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)。

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)人員應(yīng)按著施工監(jiān)測(cè)方案，及時(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，保證每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降量、位移值均在控制值內(nèi)，若出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)上報(bào)，解決，確保安全施工。

[1]袁金榮，趙福勇.基坑變形預(yù)測(cè)的時(shí)間序列分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2001，34(6)：55-59.

[2]徐浩峰，應(yīng)宏偉，朱向榮.時(shí)序分析預(yù)報(bào)基坑周圍建筑物沉降[J].建筑技術(shù)，2003，34(2)： 109-110.

[3]廖野瀾.監(jiān)測(cè)位移的灰色預(yù)報(bào)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，1996，15(3)：269-274.