地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)及其施工監(jiān)測探究

李哲

近年來，隨著地鐵建設(shè)項目的不斷增多，基坑工程也迅速增多。在地表以下所開挖的地下空間以及相應(yīng)的配套支護體系就是基坑工程，而基坑圍護結(jié)構(gòu)屬于一種臨時性結(jié)構(gòu)，其主要目的在于保障基坑開挖的安全性。由于地鐵車站多建設(shè)在城市繁華區(qū)域，一旦地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，則直接危及到周邊建筑物和公共設(shè)施的安全。因此做好地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)測，確保基坑工程的安全穩(wěn)定性意義深遠。

1 地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工特點

地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的工程規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性都顯著區(qū)別于普通的基坑工程，原因在于：①地鐵工程屬于交通建設(shè)工程，其不僅要求較好的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，還需要實現(xiàn)最基本的交通運輸功能。加之地鐵施工中地下作業(yè)繁多，挖掘數(shù)量也十分大，施工結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，這就使得地鐵車站的基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工難度顯著增加。②因地鐵項目多設(shè)置在城市人孔繁華地段，施工過程中經(jīng)常會遇到地下預(yù)埋管線。具體施工時不僅需要和多個單位進行協(xié)商，以便于改遷預(yù)埋管線。且上述遺留的預(yù)埋管線也集聚了大量的地下水，也會影響到地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的施工。

2 工程實例

2.1 工程概況

某地鐵車站總共設(shè)置了3個通道4個入口，四組八個風亭。該施工區(qū)域淺層含水層巖性以粉土、粉質(zhì)粘土為主，屬于松散巖類孔隙潛水，地下水類型為潛水。通過前期的勘察得知，該區(qū)域地下水位埋深為15.1～15.6m，含水層主要為松散巖類孔隙潛水，含水層的巖性主要為粉土和粉質(zhì)粘土。同時該含水層屬于弱透水層，富水性相對較差。此外，該區(qū)域地下水對于混凝土結(jié)構(gòu)不存在腐蝕性，但是對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋以及鋼結(jié)構(gòu)具有一定的弱腐蝕性。

2.2 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

該地鐵車站的附屬通道、風道標準段內(nèi)部的基坑深度為10m左右。由于是跨路口設(shè)置的通道和風道，施工場地相對較為狹窄，不具備放坡開挖的條件。因此最終選用的圍護結(jié)構(gòu)為φ800@1200mm的鉆孔灌注樁聯(lián)合鋼管內(nèi)支撐的工法。鉆孔灌注樁的插入深度為4～5m，并運用100mm厚度的網(wǎng)噴混凝土來支護樁間，設(shè)置鋼筋混凝土冠梁在樁頂，且全部選用C30混凝土。此外設(shè)置2根鋼管內(nèi)支撐子啊基坑豎向位置確保穩(wěn)定，并選用φ609mm（壁厚14mm）的鋼管作為鋼支撐，其支撐水平間距為3.5～4m。

2.3 監(jiān)測方案

為確保基坑圍護結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定性，需對整個基坑施工全過程進行監(jiān)測，以便于對基坑開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)的樁體位移、坑周地表沉降變化情況進行實時監(jiān)測。通過相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，來客觀反饋工程施工質(zhì)量狀況，以便于對設(shè)計方案進行及時調(diào)整，確保做到信息化施工。

2.4 監(jiān)測結(jié)果分析

2.4.1 樁體水平位移

為了跟蹤監(jiān)測整個施工過程中圍護結(jié)構(gòu)的變形狀況，共布置6個測斜孔在該基坑的四周。以下僅選取A處監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展開分析。①開始開挖基坑的時候，因基坑土體突然卸荷。圍護樁受到坑周土體的側(cè)向擠壓力，導(dǎo)致基坑出現(xiàn)內(nèi)側(cè)變形現(xiàn)象。然因整體開挖深度較淺，樁體各個點的水平位移均較小；②繼續(xù)開挖基坑以及施作了第一道鋼支撐之后，樁體各個點之間的側(cè)向變形顯著增加，且當基坑的開挖深度為5m的時候，其側(cè)向變形達到最大，最大值為4.31mm。不過因為基坑尚未開挖結(jié)束，基坑內(nèi)部的土體能夠在一定程度上阻止側(cè)向擠壓變形，進而使得樁體下部未受到較大影響，僅出現(xiàn)十分微小的水平位移；③施作第二道鋼支撐之后，最大的樁體水平位移顯著下移，其最大值在基坑深度為7～8m時。此外，隨著第一道鋼支撐和圍護樁作用的有效發(fā)揮，樁頂間的水平位移極小。說明鋼支撐的施作能夠顯著降低基坑周圍圍護樁的側(cè)向變形；④當開始開挖基坑時，直到將第一道鋼支撐拆除，樁體不同深度位置的水平位移相對較小。這充分的說明了，鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結(jié)構(gòu)可以顯著對抗坑周土體對于基坑的擠壓作用，有助于提升基坑的穩(wěn)定性。同時，在距離樁頂8m的位置處是樁體發(fā)生最大位移的區(qū)域，其最大位移為12.15mm，屬于設(shè)計范圍之內(nèi)。當然我們需要注意的是，雖然采取上述支護結(jié)構(gòu)，能夠顯著對抗圍護樁的側(cè)向變形，然基坑受到時空效應(yīng)的影響，各個點的水平位移仍在不斷增大。因此施工基坑的過程中，無支撐暴露時間必須盡可能的降低。

2.4.2 地表豎向沉降

為了對基坑開挖過程中所引起的地表沉降變化狀況進行監(jiān)測。分別布置4個監(jiān)測斷面在基坑的南北兩個方向上，并在各個監(jiān)測斷面上分別布置6個沉降觀測點。各個監(jiān)測點之間的布置間距為3m。以下僅選取監(jiān)測斷面B上的6個點的沉降觀測數(shù)據(jù)展開分析。①伴隨著基坑的進一步開挖，各個監(jiān)測點的累積沉降量相應(yīng)增加，且越是離基坑位置較近的位置，其所產(chǎn)生的沉降量越大，其中最大值為7.33mm。不過該沉降值卻遠遠小于設(shè)計值所規(guī)定的≤0.3%H。同時距離基坑最遠的位置的沉降量相對較小，僅僅為1.39mm。②通過對各個觀測點的監(jiān)測可知，累積沉降都呈現(xiàn)出下降、上升、再下降和在上升，然后最終逐步下降直到區(qū)域穩(wěn)定的一個變化趨勢。之所以會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，主要原因在于開始開挖基坑的時候，因為移除了基坑內(nèi)部的土體，使得基坑內(nèi)部的地下水位逐漸降低，進而在坑周和坑內(nèi)形成了一個水頭差，并在土體之中形成一定的滲透力，進而壓密坑周內(nèi)部的土體。此外，來自于基坑內(nèi)部降水的影響，使得坑周土體進行排水，進而顯著增加了土體的自重應(yīng)力，也會進一步產(chǎn)生一定的壓密作用。這就導(dǎo)致坑周內(nèi)部土體的壓密作用逐漸增加，累積沉降量也就相應(yīng)增加。同時，由于在基坑開挖的過程中，因施作了兩道鋼支撐，因其在一定程度上能夠?qū)拥膫?cè)向產(chǎn)生擠壓作用，進而導(dǎo)致坑周的土體出現(xiàn)相對隆起的趨勢，進而使得沉降量出現(xiàn)增加的趨勢。③就整個基坑圍護結(jié)構(gòu)施工過程來看，在基坑開挖的初始階段，基坑周邊的土體出現(xiàn)了相對較大的沉降量。但是隨著鋼支撐的施作，土體結(jié)構(gòu)的沉降量逐步下降，隨著整個施工過程的不但推移，整個圍護的結(jié)構(gòu)將逐步區(qū)域穩(wěn)定狀態(tài)中。由此可見，對于地鐵車站基坑圍護結(jié)構(gòu)而言，選用鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結(jié)構(gòu)，能夠顯著增強圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，能夠取得較好的施工效果。

總之，文章結(jié)合工程實例，設(shè)計了鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的支護結(jié)構(gòu)來作為基坑圍護結(jié)構(gòu)形式，并通過施工監(jiān)測，可以得到如下：①隨著基坑開挖深度的增加，圍護樁的側(cè)向變形也會相應(yīng)增加。受到鋼支撐支護結(jié)構(gòu)的影響，能夠顯著降低最大位移。為避免側(cè)向變形的進一步擴大，需盡可能降低無支撐暴露時間；②隨開挖深度的增加，坑周地表的沉降也逐漸增加，且沉降量最大位置距離基坑位置最近。受到鋼支撐支護的作用，各個沉降量會出現(xiàn)短暫的上升趨勢；③鋼支撐聯(lián)合鉆孔灌注樁的圍護結(jié)構(gòu)，能夠顯著抵抗基坑的側(cè)向變形，且水平位移量和豎向位移量均在設(shè)計范圍之內(nèi)。證明該圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較好，能夠滿足工程的實際需求。

[1]邢旗.地鐵站深基坑圍護結(jié)構(gòu)變形規(guī)律研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]劉岱熹.地鐵深基坑開挖圍護結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測與數(shù)值模擬研究[D].遼寧科技大學(xué)，2016.