砂卵石地層基坑圍護結構受力測試分析

王虎標

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000)

隨著我國地下空間的不斷開發，城市軌道交通逐漸成為地下空間建設的重點，目前我國城軌線網獲得審批的城市已有60多座，總規劃線路達7 000 km。而作為軌道交通重點的地鐵車站深基坑工程也遇到越來越多的工程難題并受到學者們的關注，主要體現在：(1)地鐵車站基坑開挖深度不斷增大，30 m以上深度的地鐵車站深基坑工程不斷涌現；(2)地鐵車站往往設置在城市繁華地帶，采用明挖法施工時作業場地狹窄，再加之開挖工序繁多，使得組織管理難度增大，嚴重影響施工效率。

烏魯木齊軌道交通1#線工程是烏魯木齊市修建的首條地鐵工程，主要穿越砂卵石地層，也是新疆地區修建的第一條軌道交通工程。項目建設管理方缺乏地鐵基坑土方開挖的工程經驗，只能借鑒國內其他地區的施工經驗，難以把握車站基坑施工過程中的安全性。因此，本文依托軌道交通1#線工程15標宣仁墩車站基坑土方開挖工程，對圍護結構的地表沉降、樁體水平變形、樁頂水平位移和鋼支撐軸力等進行現場實測，為該類地層基坑工程設計與施工提供參考與借鑒。

1 工程概況

宣仁墩站為地下二層雙柱三跨島式車站，車站外包總長229.5 m，標準段外包寬度20.9 m，車站底板埋深16.26～18.65 m，有效站臺中心處的頂板覆土厚度約3.1 m。

車站采用明挖順作法施工，全外包防水做法，圍護結構形式為混凝土灌注樁排樁+內支撐支護體系，樁間采用100 mm厚掛網噴射混凝土。根據車站主體基坑變形控制保護等級的不同，將宣仁墩站基坑圍護形式分為兩種，如表1所示。

其中，灌注樁采用C30混凝土(水下澆筑時強度提高一級)；樁間噴射混凝土采用C25早強混凝土。鋼筋混凝土支撐、板撐、和冠梁均采用C30混凝土；鋼圍檁與混凝土圍護樁之間的空隙采用強度不低于C30的細石混凝土填嵌密實。

2 基坑開挖方案

宣仁墩車站為鋼筋混凝土雙層框架結構，結構平面型式為長條形，內支撐型式為對撐，端部為角撐，第1、2、3層支撐均采用鋼支撐，第1層支撐間距為6 m，第2、3層支撐間距為3 m，基坑外圍場地狹窄，機械作業空間不足。為了解決基坑土方挖運問題，宣仁墩車站采用基坑拉槽分層開挖方案，其核心技術是在鋼支撐下方開挖一條梯形土槽，作為土方的開挖和運輸通道。根據首道支撐形式以及土體自穩能力，拉槽分層開挖分兩種形式：7軸-28軸采取縱向分層拉槽開挖，由28軸向7軸方向進行，土方車直接開進基坑進行裝土外運，出土坡道坡度為17.5°，地表土挖至冠梁底，其他挖至支撐下0.5 m；1軸-7軸采取反鏟挖機接力開挖，由7軸向1軸方向進行，挖機置于每層土臺階上部，挖土甩至臺階后方，由最上層臺階挖機負責裝土，每層土挖至支撐下0.5 m。小里程端局部土方由挖機裝至土斗，由布置基坑邊的起吊設備垂直吊運裝車出土。

3 現場監測數據分析

為判定地鐵車站基坑工程在施工期間的安全性，在基坑施工全過程對圍護結構及周邊環境進行監控量測，監測項目為地表沉降、樁體水平變形、樁頂水平位移和鋼支撐軸力，各監測點布置如圖1所示。各監測項目的控制值取值一級時0.2%H，且≤30 mm；特級時0.1%H或30 mm，兩者取小值。

圖1 監測點布置平面圖

3.1 地表沉降分析

車站地表沉降測點中DB-06～DB10沉降值最大，為-7.8 mm，占控制值的26%，其他斷面地表沉降量一般為-3～-4 mm，均符合規范要求。對具有代表性的DB-06斷面進行分析，沉降測點的時態曲線，如圖2所示。

圖2 DB-06斷面地表沉降測點變形時態曲線

由圖2可以看出：地表各測點沉降量隨時間而增大，即隨開挖深度的增大而增大，且曲線呈階段性增大趨勢，在開挖第一層土方時對地表沉降影響不大，開挖第二層和第三層土方時測點沉降值均會明顯增大，而在開挖同一層土方但距離監測斷面較遠時，該監測斷面測點較穩定，不會發生明顯的沉降現象。

3.2 樁體水平變形分析

選取ZQT12～ZQT25樁體水平變形為研究對象，其中ZQT-18樁體變形量最大，為14 mm，占控制值的46.7%，其他樁變形量均較小，最大變形量均不超過7.7 mm(占控制值的25.7%)，均符合規范要求。以具有代表性的ZQT-14樁體為例進行分析，將樁體變形分為基坑施工過程和車站主體結構澆筑過程兩個階段進行分析，基坑圍護樁體水平位移如圖3。

圖3 ZQT-14樁體水平位移

(1)由圖3(a)可以看出，樁體各測點隨開挖深度的增大而增大，其中樁頂部位的變形量最大，為7.7 mm；開挖第一層土方時，變形最大值出現在樁頂處。隨著土方開挖深度的增大，變形量逐漸向樁體中部移動，集中在樁體7～9 m位置處，樁體中部位移最大值為6.8 mm。

(2)由圖5(b)可以看出，在基坑土方開挖工程結束后，隨著主體結構的施工進度的增加，樁體變形量逐漸減小。主體結構封頂后，樁體變形量最大值出現在10 m位置處，為4.38 mm。

3.3 樁頂水平位移分析

監測數據顯示車站ZQS-08樁頂水平位移值最大，為-12.6 mm，占控制值的42.7%，符合規范要求，ZQS-06～ZQS-09樁頂水平沉降測點的時態曲線如圖4所示。

圖4 ZQS-06～ZQS-09樁頂水平位移時態曲線

由圖4可以看出，樁頂水平位移量隨時間而逐漸增大，即隨開挖深度增大而增大，并且曲線呈現出階段性增大趨勢。即在開挖第一層土方時對樁頂位移影響不大，開挖第二層和第三層土方時測點位移值增大較明顯；而在開挖同一層土方但距離監測斷面較遠時，該監測斷面測點較穩定，不會發生明顯的位移現象。

3.4 鋼支撐軸力分析

監測數據顯示2014年9月28日～10月28日鋼支撐軸力值均在規范要求范圍以內，但每日變化較大，分析原因主要是由于鋼支撐軸力受溫度影響明顯。為確定溫度對其的影響程度，于2014年11月20日～22日記錄不同時刻不同溫度時宣仁墩車站基坑鋼支撐軸力，處理得到鋼支撐單位溫度軸力變化量，如表2所示。

表2 鋼支撐單位溫度軸力變化量 KN

由表3可以看出，11月20日單位溫度軸力變化量為11.5～62.7 KN，平均值42 KN；11月21日單位溫度軸力變化量22.8～48.8 KN，平均值35.7 KN；11月22日單位溫度軸力變化量10.3～38.8 KN，平均值21.6 KN。其中11月22日由于有日照，接受和不能接受光照的鋼支撐溫度變化不一致，并且由于測溫方式為測量大氣溫度而不是鋼支撐溫度，不能很好地反映鋼支撐溫度的改變，因此剔除本日數據，僅以11月20日和21日兩天的鋼支撐單位溫度軸力變化量進行分析，兩日的單位溫度軸力變化量取平均值為38.8 KN。

4 結 語

通過分析現場實際監測數據得到，宣仁墩站地表沉降測點最大沉降值在施工過程中達到控制值的26%，大部分測點沉降值為控制值的10%～13.3%；樁體水平位移最大值占控制值的25.7%；樁頂水平位移占控制值的42.7%；鋼支撐軸力受溫度影響明顯，單位溫度軸力變化量約為38.8 KN，各項指標均滿足規范控制值要求，說明當前針對烏魯木齊城市軌道交通1#線砂卵石地層基坑工程采用的開挖方案和圍護結構是合理的，可以保證施工過程中車站基坑的穩定性。