紹興地鐵軟土基坑變形規(guī)律的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)分析

唐文周

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

土體作為一種松散地質(zhì)體，由于固體骨架、空隙、水的分布高度不均勻而呈現(xiàn)出物理力學(xué)性質(zhì)的復(fù)雜性。由于土體位于淺地表且為松散體，易受到應(yīng)力歷史及后期人為改造的影響，最終導(dǎo)致土體工程性質(zhì)難以精細(xì)把握[1]。軟土性質(zhì)尤其復(fù)雜，不但取決于其形成地理環(huán)境和物質(zhì)組成，也與其存在狀態(tài)、擾動(dòng)程度、工程類型密切相關(guān)。我國(guó)紹興地區(qū)在地質(zhì)歷史上處于錢塘江南岸、紹興平原西部，典型地貌包括丘陵、平原、濱海3個(gè)基本單元，由于區(qū)內(nèi)大小河流廣泛交錯(cuò)、深淺湖泊星羅棋布而被稱為“水鄉(xiāng)澤國(guó)”[2]。這樣的地貌分布與水系發(fā)育特征造成紹興境內(nèi)軟土廣泛分布并具有多模態(tài)特征。軟土的模態(tài)特征是指軟土層的厚度及其與其他土層的相對(duì)層位關(guān)系。以往對(duì)軟土的研究多集中于其形成機(jī)理、沉積過(guò)程、物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)取值、勘察技術(shù)與措施等方面，針對(duì)紹興地區(qū)軟土工程性質(zhì)、特別是地鐵軟土基坑工程響應(yīng)方面研究較少[3]，這導(dǎo)致該地區(qū)深大基坑的加固措施及地表建筑物保護(hù)等方面經(jīng)驗(yàn)參考較少。本文采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，對(duì)紹興地鐵一號(hào)線高教園站基坑的變形特征及其影響因素進(jìn)行研究，以探索該地區(qū)軟土基坑的變形規(guī)律，尤其是軟土存在對(duì)基坑變形的影響方式，服務(wù)于依托基坑的后期維護(hù)和后續(xù)該地區(qū)的深大基坑的建設(shè)。

1 基坑概況及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位

依托基坑位于紹興市柯橋區(qū)興越路與站前大道交叉口，車站為地下兩層，采用明挖順作法。基坑深15.91～19.19 m，該基坑在紹興建設(shè)歷史上屬較大規(guī)?；?，長(zhǎng)205 m、寬21 m。采用地下連續(xù)墻進(jìn)行基坑的圍護(hù)，墻高36 m、壁厚0.8 m，深入基底標(biāo)高以下18 m左右，開(kāi)挖過(guò)程中為保證基坑邊坡安全，設(shè)5道內(nèi)支撐，自上而下包括1道混凝土支撐和4道鋼支撐。基坑地層結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)段支撐體系如圖1所示，地層結(jié)構(gòu)中的淤泥質(zhì)黏土即本文所述軟土，開(kāi)挖地層自地表而下依次為碎石填土、素填土、軟土(淤泥質(zhì)黏土)、粉質(zhì)黏土及黏土等，表1列出了各土層的主要物理力學(xué)參數(shù)。

圖1 紹興地鐵1號(hào)線高教園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)段基坑支護(hù)體系意

本文的監(jiān)測(cè)措施包括地下連續(xù)墻的測(cè)斜、冠梁的水平及數(shù)值位移監(jiān)測(cè)、基坑外圍地表沉降。測(cè)斜管采用預(yù)埋方式，即綁扎于鋼筋籠上并澆筑于墻體。采用全站儀監(jiān)測(cè)冠梁水平位移，采用電子水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)地表沉降，監(jiān)測(cè)點(diǎn)標(biāo)識(shí)采用埋設(shè)

表1 紹興地鐵1號(hào)線高教園區(qū)站土體物理力學(xué)參數(shù)

標(biāo)識(shí)物法。根據(jù)基坑邊界及緊鄰建筑物情況設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，如圖2所示。

圖2中DBC表示基坑周邊地表沉降監(jiān)測(cè)斷面，如DBC1-1表示第一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的第一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中右線(基坑?xùn)|段)DBC3斷面的4個(gè)測(cè)點(diǎn)距基坑邊緣的距離分別為 2.4 m、7.2 m、14.4 m、24 m，基坑左線DBC22斷面的5個(gè)測(cè)點(diǎn)分別距基坑邊緣2.4 m、7.2 m、14.4 m 、24 m、36 m；地下連續(xù)墻位移測(cè)點(diǎn)，繞基坑布設(shè)，間距約20 m，如圖2中的ZQT標(biāo)識(shí)點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)。

圖2 依托工程基坑變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果規(guī)律分析

由于紹興市深大基坑施工經(jīng)驗(yàn)較少，本項(xiàng)目依據(jù)其他城市類似條件下的工程經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范要求，設(shè)定的地下連續(xù)墻和地表沉降的累計(jì)變形黃色、橙色、紅色預(yù)警值分別為±35 mm、±42.5 mm和±50 mm。

該基坑地下連續(xù)墻測(cè)斜結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖可知，各曲線形狀相同，起點(diǎn)和末點(diǎn)接近于0變形，最大變形基本處于相同深度，這說(shuō)明測(cè)斜結(jié)果的可靠性，也說(shuō)明了該基坑地下連續(xù)墻的變形是協(xié)調(diào)的，無(wú)畸變斷面，這和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相符。圖3曲線表明，地下連續(xù)墻各斷面的變形均自地表向下逐漸增大，在地下15 m左右達(dá)到極大值，后又逐漸減小。地下15 m左右深度恰好為基坑底部，亦即，地下連續(xù)墻在基底處變形量最大，符合懸臂支擋(圍護(hù))結(jié)構(gòu)的受力和變形特點(diǎn)。這與邊坡(滑坡)的抗滑樁變形規(guī)律相同，說(shuō)明基坑地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)可采用邊坡坡腳處設(shè)置的抗滑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算思想。這種變形規(guī)律也為基坑的支撐設(shè)置提供了依據(jù)，即可加強(qiáng)靠近基坑底部的一排支撐，以保證基坑的整體穩(wěn)定。圖中數(shù)據(jù)還表明，地下連續(xù)墻最大變形發(fā)生在ZQT3、ZQT9和ZQT19測(cè)點(diǎn)處，向基坑內(nèi)的位移分別達(dá)85 m、65 mm和75 mm,均達(dá)到紅色預(yù)警閾值，之后加強(qiáng)了支撐力度和地面監(jiān)測(cè)巡視強(qiáng)度，保證了基坑的安全施工。經(jīng)分析地質(zhì)勘察報(bào)告，ZQT3、ZQT9和ZQT19處軟土厚度明顯大于其他觀測(cè)點(diǎn)位處(如ZQT11、ZQT12等)，且ZQT3處軟土厚土大于ZQT19處，除了軟土層厚度，ZQT3、ZQT9和ZQT19的其余地層結(jié)構(gòu)與其他觀測(cè)斷面均類似。可見(jiàn)上述測(cè)點(diǎn)變形差異形成的主要原因在于軟土層厚度的不同。這是軟土基坑應(yīng)引起重視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

圖3 依托基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)各測(cè)點(diǎn)測(cè)斜累計(jì)位移曲線

基坑之外一定范圍內(nèi)的地表沉降曲線如圖4所示，其中圖4(a)、圖4(b)為地鐵右線及左線各監(jiān)測(cè)斷面處測(cè)點(diǎn)地表沉降與其距基坑邊緣距離的關(guān)系曲線。

圖4 基坑外圍地表各測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降曲線

對(duì)比圖4中左線和右線沉降曲線可知，左線一側(cè)的最大沉降量?jī)H有DBC23斷面超過(guò)紅色預(yù)警值50 mm，達(dá)到了52 mm，其余斷面各測(cè)點(diǎn)沉降值均低于黃色預(yù)警值35 mm,最大僅29 mm；而右線一側(cè)DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7斷面最大沉降值超過(guò)紅色預(yù)警值，尤其是DBC3、DBC4 2處斷面的沉降值達(dá)到了73 mm?？梢?jiàn)，基坑兩側(cè)地表沉降也有顯著差異，這也與線右軟土層厚度大于線左的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相吻合，進(jìn)一步說(shuō)明軟土層厚度對(duì)基坑變形的正相關(guān)影響。

圖4(a)表明，最大沉降發(fā)生的測(cè)點(diǎn)位置一般處于基坑邊緣之外10～20 m處，尤其是超過(guò)紅色預(yù)警的點(diǎn)位。綜合對(duì)比分析DBC3-7共5個(gè)斷面處沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和地層結(jié)構(gòu)，除了軟土層厚度與沉降量正相關(guān)外，還有一個(gè)明顯的現(xiàn)象，即軟土層越后，最大沉降位置越靠近基坑邊緣。地鐵軟土基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)基坑邊緣10～20 m的地表建筑物保護(hù)，并根據(jù)軟土層厚度進(jìn)行詳細(xì)論證和計(jì)算。

具有高靈敏度的軟土隨開(kāi)挖進(jìn)行而圍壓降低，在此條件下，便會(huì)呈現(xiàn)出明顯的壓縮工程特性，表現(xiàn)為基坑邊坡的外鼓和基坑外圍地表的沉降。可壓縮層的厚度越大，上述卸圍壓導(dǎo)致土體壓縮的效應(yīng)就會(huì)越明顯?？梢?jiàn)，在軟土發(fā)育的城市進(jìn)行地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施的勘察設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)高度重視軟土的分布及其對(duì)建筑物的影響，做好針對(duì)軟土分布的精細(xì)化勘察，查明其厚度分布特征。

3 結(jié)論

(1)軟土基坑地下連續(xù)墻變形特性與懸臂類邊坡加固類似，應(yīng)加強(qiáng)基底附近地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及附近的基坑支撐強(qiáng)度。

(2)在依托基坑的圍護(hù)和內(nèi)支撐條件下，紹興地區(qū)軟土深大基坑的最不利沉降范圍距基坑開(kāi)挖面10～20 m，統(tǒng)計(jì)最大沉降處位于距基坑邊緣15 m處，應(yīng)加強(qiáng)該范圍內(nèi)地表建筑的變形觀測(cè)和保護(hù)措施。

(3)軟土基坑中的軟土層厚度與基坑變形正相關(guān)，應(yīng)加強(qiáng)軟土層分布特征的精細(xì)化工程地質(zhì)勘察。