南京某工程深基坑地連墻支護體系變形規律研究

溫 慧 武

(太原市政建設集團有限公司，山西 太原 030002)

中國的社會經濟發展迅速，城市建設步伐相對較快，主要城市都在爭相發展地鐵運輸。并且大多數地鐵運輸都會經過城市的主要商業區和行政區，因此地鐵的施工主要分布在城市的大樓之下、管網之中，這也就導致地鐵的施工環境復雜、施工難度較大。除此之外，在城市中大面積開挖基坑風險巨大，這就要求工程設計單位提出更安全的設計方案，以保證地鐵周圍建筑的安全以及地下管網的正常運行。

從工程的角度來看，深基坑的設計已經從最初的強度控制發展到今天的變形控制和系統控制，因此深入研究深基坑支護結構的變形規律對深基坑的優化設計非常重要。國內外學者都對這方面進行了深入的探討。唐夢雄，陳如貴等人研究了基坑變形與環境影響之間的關系。王衛東等在基坑圍護結構為地下連續墻的條件下，對基坑深部的變形特征和相關特征方面進行了研究。李舒等統計了北京市37種基坑開挖方法，通過分析得到了該地區由于深基坑開挖所引起的墻體變形規律，并加以計算得到了深基坑變形量與主變形量范圍的比值。嚴文斌通過對武漢地鐵2號線中金崖苑站監測資料的分析，明確了軟土層中深基坑地連墻的變形特征及其主要影響因素。張欽喜等將深圳市地鐵2號線中車站的基坑實際監測數據與軟件計算相結合，并且依托實際工程背景，詳細研究了基坑支護結構的變形規律。劉巖等通過結合上海市地鐵8號線車站的實用技術，對基坑擋土墻的變形特征進行了分析。任建喜等對北京市地鐵深基坑支護結構的變形規律進行了研究，發現基坑的開挖深度與時間都會對圍樁的最大水平位移產生影響。本文依托南京地鐵站深基坑施工的實際工程背景，結合基坑的實際監測數據，對地連墻的變形進行了深入研究，旨在為江蘇省深基坑工程施工提供參照。

1 工程概述

南京軌道交通2號線順利門站位于京漢路與江漢路的江漢路之間，與江漢路平行。車站的東側是京阪太極線1號線的橋，西側是新扎門地下通道，西南側距離基坑約3.5 m，是RT-Mart超市的三樓地下室，地下1層(基本型筏式地基)武漢造船工業總公司西北30層，距基坑約53 m；東北28層高的建筑(地基為樁基)距基坑約13 m，東南側正在等待開放空間。

2 場地工程地質條件

在鉆探深度范圍內，主要為第四紀沖、洪積而形成的素填土、黃土狀粉土，以及二疊紀形成的砂巖為主。根據野外鉆探、原位測試及室內土工試驗結果，將場地土分為四層。土層特性由地面往下分別為：第①層為素填土：呈灰黃色、黃褐色，局部為全風化砂巖，含大量小礫石、小碎石等,表層為耕土，含植物根系，層厚0.3 m～3.5 m。第②層為黃土狀粉土：呈黃褐色，稍密～中密，稍濕～濕，無搖振反應，含鐵錳結核及小姜石，局部夾大量小礫石、小碎石，局部夾粉質粘土薄層，含白色菌絲，見大孔隙，含碳屑。屬中等壓縮性土。層頂埋深0.3 m～3.5 m，層頂黃海高程148.51 m～192.59 m，層厚0.8 m～5.9 m。第③層砂巖：呈灰黃色，局部灰白色，全風化～強風化，裂隙發育，結構較破碎，局部層頂風化為小碎石。層頂埋深0.5 m～6.2 m，層頂黃海高程139.73 m～207.31 m,層厚1.9 m～6.3 m。第④層砂巖：呈灰黃色，局部紅褐色，中風化，裂隙發育，局部層頂結構較破碎。層頂埋深3.5 m～8.9 m，層頂黃海高程136.63 m～203.91 m,勘察深度范圍內最大揭露層厚為17.7 m。

3 支護結構

地鐵車站的主要支護結構是800 mm厚的連續地下墻，并帶有內部支撐。地下室的連續壁通過剛性工字梁連接，最大人類深度為50.8 m～53.1 m。支撐系統的設計是在標準部分設置四個支撐結構。第一個支撐結構選用鋼筋混凝土結構支撐，其余3個采用鋼結構支撐，其中第三個支撐結構選用雙分裂支撐。蓋板鉆孔部分設計有五個支架，第二個采用鋼支架。另一根是鋼筋混凝土柱，頂部有五根柱子，第一根是鋼筋混凝土柱，第二到第五根柱是鋼柱，第四根柱是雙分裂柱。鋼柱由直徑為609 mm，壁厚為16 mm的鋼管制成。為了增加基坑的穩定性，在五個大角落安裝了300厚的C30混凝土角架。

4 具體監測方案

為保證監測的準確性以及實時性，對支護結構進行了全面的三維連續監測，并增加了支撐結構敏感區域內監測點和監測項目的數量，另外還進行關鍵監測，并對主要組件之外的區域進行了系統監測。墻頂水平(ZQS)、沉降(ZQC)的監測布點間距不大于15 m，墻體水平(ZQT)的監測布點間距不大于30 m，并且每個監測斷面都設有較為完整的監測體系。如圖1所示為車站支護結構監測點位布置斷面圖。

在支撐結構的鋼筋籠中埋有緊束的測斜管，方法是將測斜管直接粘貼到連續墻壁鋼筋籠中，以達到固定的目的，隨即沉入凹槽中。放樣間隔小于1.5 m。固定管和加固籠必須牢固放置，以便在澆筑混凝土時斜管不會掉落。泥漿的浮力可防止混凝土漂浮或向側面移動。捆扎時，調整方向，使管道上的一對測量槽垂直于基坑的側面。管道的底部必須與鋼筋籠的底部齊平或略低于鋼筋籠的底部，并且頂部要達到地面或導向壁的頂部。連接測斜儀管的管段時，上下管段的斜槽必須彼此對齊，以使測斜儀的探頭在管中平穩工作，并且要利用彈性密封劑或密封條來將接頭密封。位于墻頂部的水平位移監測點和垂直位移監測點是共用的。具體方法是在基坑支護結構的冠梁處開孔，將定制的監測點棱鏡對中螺栓插入預先開孔，隨即用大理石膠固定。對中螺栓要豎直放置，這樣定制棱鏡就可以繞螺栓自由轉動，以達到在任意方向定向的目的。

5 監測數據分析

在地鐵深基坑的開挖施工過程中，地連墻的變形量(墻體位移、墻頂位移、墻底沉降)是判斷支護結構是否穩定的主要因素。因此必須對檢測項目進行全面分析。本文針對地鐵車站具有代表性的ZQT1，ZQT9兩個擴大段以及ZQT05，ZQT13兩個標準段墻體的監測數據進行了具體分析。

5.1 墻體監測數據分析

地鐵車站西側是最早的擴大開挖段，如圖2所示是布置的墻體變形監測點ZQT1所得到的位移變化曲線。通過圖2可以看出，在基坑開挖前，墻體并無位移變化。在第二道鋼支撐結構施工完畢后，距墻頂11 m深處的墻體由于受到主動土壓力向內發生變形，位移量為17.42 mm。隨著開挖深度增加，墻體的變形量也逐漸增加。當基坑挖至設計標高并架設第三道鋼支撐之后，距墻頂13 m深處的墻體的位移量達到了52.71 mm，待基坑底板澆筑完成后墻體變形量減少。可以看出，墻體變形主要集中在7 m～16 m深度處。

地鐵車站東側的擴大開挖段吸取了西側擴大開挖段的教訓，體現在施工過程緊貼技術要求，合理布置實施各道工序。如圖3所示是布置的墻體變形監測點ZQT9所得到的位移變化曲線，可以看出，距墻頂6.5 m深處的墻體變形量僅為4.9 mm，8 m深處的墻體變形量也不太明顯。待基坑開挖至第三道支撐位置時，墻體發生較明顯變形，但在13 m深 度處也只向坑內方向發生了9.6 mm的變形。在擴大段中部靠近地連墻一側的位置設有施工集水坑，集水坑處的開挖深度較標準段的開挖深度深2.73 m。另外，當基坑開挖至設計標高后墻體位移發生突變，15.5 m深度處的變形最大，可達36.68 mm，并且當基坑底板澆筑完成后墻體變形量未有明顯變形。

圖4，圖5分別表示的是標準段在同一斷面監測點ZQT6，ZQT12的位移變化曲線。標準段的支撐形式均為全撐結構，理論上講是可以有效防止墻體變形的，但從實際監測數據上看，當基坑開挖至第二道支撐位置以下，兩個監測點均有較大的側向變形。經分析認為是支撐的預加軸力較小，開挖速度較快，在較短時間內取走大量土體引起墻體所受主動土壓力變大所導致的。

5.2 墻頂監測數據分析

對于基坑整體穩定性的監測可采用上壁水位監測。如果墻體變形太大，可以根據需要修改墻體坡度測量數據，以適應墻體頂部水平變形的大小。該項目使用具有自動記錄功能的高精度TS11全站儀進行現場數據收集。

監測墻上方的水平位移監測點沿基坑周長每15 m定位一次。諸如基坑兩側中心，太陽角度，深度變化部分，對于基坑周圍建筑物及地下管網、地質條件等其他重要部分的監測點布置較為復雜。監測點的位置在字段中選擇，避免在距基坑300 mm的基坑側面上使用安全導軌，這不會影響結構并且易于保護。極坐標法用于監測數據的收集，全站儀用于選定水平位移監測參考點，對中精度準確，其他水平位移監測參考點向隨之確定，利用選定的監測點和監測參考點，通過確定之間的角度、計算距離，得到每個監測點的坐標。本文選擇了與上述四個墻面監測點相對應的墻上監測數據進行了統計分析，結果如圖6所示。

如圖6所示，顯示了在基坑施工過程中具有不同水平坐標的墻頂變形。在基坑開挖之前，墻頂幾乎沒有變形，但是在開挖到第二根支柱之后，墻頂發生了很大的變形，并且變形隨著開挖深度的增加而繼續增加。當發生變形時，最大程度集中在底板澆筑階段的第二至第三支撐件和第三支撐件中，變形相對較小，并且有變形穩定的趨勢。最初的支持是具體的支持，整體穩定性較強。但從數據統計的角度來看，四個壁頂點均移至凹坑，最強烈位置為6.82 mm。除此之外，需要提及的是兩個水平監測點ZQS11和ZQS23位于同一監測段中，但是，這兩個點都將轉換為凹坑，并且最大變形時間將集中在第三個支架上。

從圖6中可以看出，孔口的上述四個斜率的變形與水平坐標的變形有很大不同。坡度數據基于孔的底部估計整個墻的變形，但是墻連接到地面。如若相對插入率較小，則基坑四周樁荷載較大，或者因為地質條件較差，則地下斷層壁的最深部分也可能變形。用孔底為0來計算傾角儀是不精確的。對圖1～圖6的綜合分析表明，需要通過墻頂的水平坐標變形來校正墻的真實變形，實際變形要比直接使用傾角儀測量的墻變形效果明顯。

6 結語

通過對南京地鐵車站深基坑開挖施工過程中的綜合監測，并根據監測數據中所體現的鉆進條件和變形關系，對數據加以分析與處理，可得以下結論：1)由于施工條件(高水位砂礫層)的特殊性，導致基坑的變形量難以控制，但科學嚴謹的施工程序是解決這一問題的有效手段。2)監測過程中所用到的測深儀需要埋入支護結構，而埋入質量直接影響到監測所得數據的準確性。3)基坑開挖過程的最大變形是發生在第二至第三道支撐，及時完成支撐施工能夠有效減少基坑變形。4)將測斜儀的監測數據和墻頂部變形量相結合，輔以適當修正，能夠有效反映墻體的實際變形。