天津某地鐵車站深基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

【摘" " 要】：為了研究深基坑開挖變形規(guī)律及變形控制要點(diǎn)，以天津某地鐵車站深基坑工程為研究對象，對深基坑施工全過程監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，重點(diǎn)研究了施工過程中地下連續(xù)墻水平位移、支撐軸力、地表沉降、周邊建筑物等實測數(shù)據(jù)隨各施工工序和時間的變化規(guī)律，并對南側(cè)地下連續(xù)墻墻體水平位移和建筑物變形超標(biāo)的原因進(jìn)行了詳細(xì)分析。實測數(shù)據(jù)表明：地下連續(xù)墻施工及降水試驗期間地表及建筑物沉降明顯；除南側(cè)地下連續(xù)墻體水平位移和建筑物變形超標(biāo)外，其他各項變形數(shù)據(jù)均小于設(shè)計允許值；地下連續(xù)墻的施工質(zhì)量對墻體水平位移有顯著影響；建筑物沉降比地表沉降更加敏感；基坑開挖過程中除監(jiān)測外，還應(yīng)加強(qiáng)對墻體質(zhì)量、滲漏水等情況的巡查。

【關(guān)鍵詞】：深基坑；地下連續(xù)墻；沉降；地鐵車站

【中圖分類號】：U231.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C 【文章編號】：1008-3197（2024）02-05-05

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.02.002

Measurement and Analysis on A Deep Foundation Pit Project"for A Subway Station in Tianjin

ZHANG Jun， TONG Gangqiang

（Tianjin Metro Group Co. Ltd.， Tianjin 300252，China）

【Abstract】：In order to study the deformation law of deep foundation excavation and the main points of deformation control， this paper analyzes the monitoring data of the entire construction process of the deep foundation pit through deep fundation pit engineering of a subaway station in Tianjin urban area. The focus is on the variation law of the measured data of horizontal displacement， support axial force， surface settlement， and surrounding buildings of underground continuous wall during the deep foundation pit construction process with various construction processes and times. The reasons for the excessive horizontal displacement of the south underground continuous wall and the deformation of the building are analyzed in detail. The measured data shows that during the construction period of the underground continuous wall and precipitation test， there is significant settlement of the surface and buildings， except for the horizontal displacement of the south wall and excessive deformation of the building， all other deformation data are less than the design allowable values， the construction quality of the underground continuous wall has a significant impact on the horizontal displacement of the wall， building settlement is more sensitive than the surface settlement， during the excavation process of the foundation pit， in addition to monitoring， it is also necessary to strengthen inspections of wall quality， water leakage， and other situations.

【Key words】：deep foundation pit; underground continuous wall; settlement; subway station

深基坑工程監(jiān)測研究主要包括兩方面：一是深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制[1～3]，二是深基坑施工對周邊環(huán)境影響的監(jiān)測[4]。很多學(xué)者對深基坑工程進(jìn)行了監(jiān)測及數(shù)值模擬分析[5～7]。已有成果一是沒有把基坑開挖前的降水試驗單獨(dú)作為一個階段來分析研究，二是沒有考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量缺陷對基坑變形帶來的影響。本文對天津某地鐵車站深基坑施工過程的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究，得到的一些可用于指導(dǎo)深基坑設(shè)計、施工及監(jiān)測的結(jié)論。

1 工程概況

天津某地下二層島式地鐵車站總長279 m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土兩柱三跨框架箱型結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約18 m，端頭井段開挖深度約20 m，基坑總長度278.6 m。

基坑周邊市政管線、建筑物較多，其中風(fēng)險等級最高的為車站南側(cè)居民樓，距離主體基坑11.05 m，建于1988年，為6層磚混結(jié)構(gòu)，天然地基，筏板基礎(chǔ)，處于正常使用狀態(tài)。

場地地層主要為人工填土層、新近沉積層、第Ⅰ陸積層、第Ⅰ海相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層、第Ⅳ陸相層、第Ⅲ海相層、第Ⅴ陸相層以及第Ⅳ海相層。

地表層地下水類型主要為第四系孔隙潛水，賦存于Ⅱ陸相層及以下粉土、砂層的地下水具承壓性，為微承壓水。上部潛水埋藏較淺，埋深0.7～2.0 m，⑥3粉土、⑥4粉砂為主要的含水層，場地內(nèi)貫通連續(xù)分布；下部微承壓水以黏性土為相對隔水頂板，主要賦存于下部地層的粉土、砂類土中。第一層微承壓水主要賦存于⑧3粉土、⑨3粉土、⑨4粉砂地層中，厚度一般在1.4～10.1 m，穩(wěn)定水位接近上部潛水的穩(wěn)定水位；第二層微承壓水賦存于⑩3粉土、⑩4粉砂和第Ⅳ陸相層中的?3粉土、?4粉砂地層中，厚度一般在1.0～8.3 m。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

車站主體采用明挖順作法施工。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，地下連續(xù)墻接頭為凹凸鎖口管。基坑標(biāo)準(zhǔn)段沿豎向設(shè)置4道支撐+1道換撐，盾構(gòu)井處設(shè)置5道支撐+1道換撐，第一道為鋼筋混凝土（C30）對撐，截面寬0.8 m、高1.2 m，間距6 m；其余各道支撐（含倒撐）均為徑0.8 m、厚0.16 m鋼支撐，間距約3 m。標(biāo)準(zhǔn)段和盾構(gòu)井地下連續(xù)墻厚均為0.8 m，標(biāo)準(zhǔn)段地下連續(xù)墻深約31 m，盾構(gòu)井處地下連續(xù)墻深約34.3 m。見圖1。

3 基坑監(jiān)測

3.1 監(jiān)測方案

根據(jù)基坑設(shè)計深度及周邊環(huán)境復(fù)雜程度，基坑監(jiān)測等級為一級，主要監(jiān)測項目包括：地下連續(xù)墻頂部水平位移、地下連續(xù)墻頂部豎向位移、地下連續(xù)墻體水平位移、立柱豎向位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位及建筑物沉降等。

在建筑物附近及對側(cè)布置1對地下連續(xù)墻測斜管（CX6、CX26）、1對地表沉降監(jiān)測斷面（D1-D5、D6-D10）、1對墻頂水平位移監(jiān)測點(diǎn)（ZS6、ZS26）、1個支撐軸力監(jiān)測斷面（ZL4）、2個疏干井（S4、S26）及4個水位觀測井（S7、G5、CG4、J4），在建筑物上布置了8個沉降觀測點(diǎn)（J1—J8）。見圖2。

3.2 施工工況

工況Ⅰ：地下連續(xù)墻施工結(jié)束（截至2019年7月21日）。

工況Ⅱ：第一層土方及第一道混凝土支撐施工，基坑開挖深度2.2 m（截至2019年8月29日）。

工況Ⅲ：降水試驗（截至2019年9月30日）。

工況Ⅳ：第二層土方施工及第一道鋼支撐安裝，基坑開挖深度7.5 m，鋼支撐預(yù)加軸力1 496 kN（截至2019年10月15日）。

工況Ⅴ：第三層土方施工及第二道鋼支撐安裝，基坑開挖深度12.5 m，鋼支撐預(yù)加軸力1 808 kN（截至2019年11月18日）。

基坑開挖至10 m時，CX26位置地下連續(xù)墻與左側(cè)地下連續(xù)墻接縫位置出現(xiàn)漏水，以清水為主。立即在基坑外側(cè)距離地下連續(xù)0.5 m位置進(jìn)行注漿封堵，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，水、水泥和水玻璃的體積比為1∶1∶1，注漿壓力控制在0.5 MPa以內(nèi)，注漿深度從地面下14 m開始，逐步往上提升至地下10 m結(jié)束。

工況Ⅵ：第四層土方施工及第三道鋼支撐安裝，基坑開挖深度15.7 m，鋼支撐預(yù)加軸力1 136 kN（截至2019年12月18日）。

第四層土方開挖過程中，之前的漏水點(diǎn)漏水量越來越大，在挖到14.5 m時發(fā)現(xiàn)兩幅地下連續(xù)墻出現(xiàn)劈叉現(xiàn)象且墻體有夾泥；14.5～15.5 m之間位置出現(xiàn)空洞。在基坑內(nèi)地下連續(xù)墻鋼筋上焊鋼板封堵；基坑外持續(xù)注漿，注漿深度降至地面下18 m，漿液配比及注漿壓力同工況Ⅴ。

工況Ⅶ：第五層土方及結(jié)構(gòu)底板施工，基坑開挖深度18 m（截至2020年1月10日）。

工況Ⅷ：車站結(jié)構(gòu)中板施工結(jié)束（截至2020年5月12日）。

工況Ⅸ：車站結(jié)構(gòu)頂板施工結(jié)束（截至2020年7月30日）。

3.3 數(shù)據(jù)分析

3.3.1 地下連續(xù)墻測斜

測斜管埋設(shè)深度為28 m。隨著基坑開挖深度增加，墻體水平位移不斷增加，當(dāng)?shù)谖鍖油练郊敖Y(jié)構(gòu)底板完成后，墻體變形基本穩(wěn)定。CX6最大水平位移為24.30 mm、深度13 m；CX26最大水平位移為38.28 mm、深度也是13 m。從整個施工過程來看：第一層土方施工墻體基本沒有發(fā)生變化；降水試驗結(jié)束后墻體發(fā)生了明顯的水平位移，CX6最大水平位移為6.07 mm、深度11.5 m，CX26最大水平位移2.67 mm、深度15 m；第二層土方施工墻體水平位移變化不大；第三層土方施工后，CX6水平位移變化不大，但是CX26水平位移發(fā)生了顯著變化，主要原因是基坑開挖至第三道支撐的位置時，地下連續(xù)墻接縫位置采取了注漿措施，導(dǎo)致墻體水平位移顯著增大，最大變化量23.79 mm、深度12.5 m；第四層土方施工后，CX6水平位移變化明顯，最大變化量13.8 mm、深度13.5 m，CX26水平位移發(fā)生了突變，深度11.5 m至地面部分墻體水平位移減小、深度11.5～14.5 m位置墻體水平位移繼續(xù)增大、14.5 m往下墻體水平位移減小，主要是因為墻體質(zhì)量缺陷導(dǎo)致地下連續(xù)墻局部剛度減小、抗彎能力不足；第五層土方施工后，CX6水平位移變化明顯，最大變化量4.7 mm、深度14 m，CX26水平位移變化顯著，最大變化量6.94 mm、深度14 m；底板施工完成后，一直到結(jié)構(gòu)施工完成，墻體水平位移幾乎不再發(fā)生變化。見圖3。

3.3.2 支撐軸力

各層支撐軸力實測最大值與設(shè)計值基本規(guī)律一致，即第二道鋼支撐軸力最大，第一道鋼支撐軸力次之，第三道鋼支撐比第一道鋼支撐軸力略小，第一道混凝土支撐軸力最小；但是實測值與設(shè)計值差別偏大。見表1。

第一道鋼支撐和第三道鋼支撐軸力變化較為平緩。從第三層土方開挖后，第一道混凝土支撐軸力急劇下降，直至出現(xiàn)負(fù)值后穩(wěn)定；第二道鋼支撐軸力迅速上升，直至結(jié)構(gòu)底板施工完成才趨于穩(wěn)定，主要是因為地下連續(xù)墻壁后注漿壓力通過地下連續(xù)墻傳遞給第二道鋼支撐。見圖4。

3.3.3 降水試驗

降水試驗主要目的：一是將基坑內(nèi)地下水位降至底板設(shè)計標(biāo)高下1 m，疏干坑內(nèi)土體，滿足土方作業(yè)要求；二是檢驗圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔水效果；三是初步判定基坑內(nèi)降水對周邊環(huán)境的影響。

基坑內(nèi)疏干井水位下降至22 m時，基坑內(nèi)外觀測井穩(wěn)定水位情況。基坑內(nèi)水位降深基本滿足土方作業(yè)要求；潛水水位變化明顯且大于承壓含水層水位降深，說明地下連續(xù)墻局部存在漏水的情況。見表2。

3.3.4 地表沉降

南北兩側(cè)地表沉降變化規(guī)律基本一致，與CX6測斜變化規(guī)律也基本一致，最大沉降均發(fā)生在距離地下連續(xù)墻4 m的位置，南北兩側(cè)實測最大地表沉降分別-21.43、-21.19 mm。從施工過程來看：地下連續(xù)施工、降水試驗對地表沉降影響明顯；第一、二層土方施工對地表沉降幾乎沒有影響；第三、四、五層土方施工對地表沉降影響顯著，特別是第四層土方施工，地表沉降值變化最大、影響范圍廣；底板結(jié)構(gòu)施工完成后，地表沉降變化趨于穩(wěn)定。南側(cè)地表沉降變化與CX26測斜有較大差異，說明地下連續(xù)墻壁后注漿雖然造成墻體較大的水平位移，但也起到了地層填充作用，相比于墻體水平位移的顯著差別，南北兩側(cè)地表沉降差異要小很多。見圖5。

3.3.5 建筑物沉降

建筑物沉降變化規(guī)律與地表沉降規(guī)律基本一致。靠近建筑物的監(jiān)測點(diǎn)J3、J4、J5沉降值最大，達(dá)到了-48.36 mm（J5）；其次為中部的監(jiān)測點(diǎn)J2、J6；遠(yuǎn)離基坑的監(jiān)測點(diǎn)J1、J7、J8沉降值最小。建筑物整體向基坑方向傾斜，平均差異沉降為1.83‰，最大局部傾斜達(dá)到3.05‰。從施工過程看：地下連續(xù)墻施工對建筑物沉降影響明顯，建筑物基本整體下沉，最大沉降值-4.75 mm（J4）；第一層土方施工對建筑物沉降影響很小，最大沉降值-1.48 mm（J5）；降水試驗對建筑物沉降影響顯著，靠基坑越近，沉降值越大，最大沉降值-7.49 mm（J5）；第二層土方施工對建筑物沉降影響較小，最大沉降值-2.65 mm（J4）；第三層土方施工對建筑物沉降影響明顯，最大沉降值-4.24 mm（J5），但此階段CX26水平位移達(dá)到了23.79 mm，主要是因為地下連續(xù)墻壁后注漿造成墻體發(fā)生了較大水平位移的同時，也起到了地層填充的作用，因此建筑物沒有隨墻體變化而發(fā)生顯著沉降；第四層土方施工對建筑物沉降影響明顯，最大沉降值-5.53 mm（J5）；第五層土方施工對建筑物沉降影響最大，沉降值迅速增大，達(dá)到了-19.57 mm（J5），比CX26水平位移和地表沉降變化都更明顯，主要原因一是建筑物對應(yīng)基坑位置地下連續(xù)墻（包括與CX26相鄰的兩幅）出現(xiàn)劈叉、空洞、侵限（侵限部位剔除）等質(zhì)量問題，連續(xù)三幅地下連續(xù)墻剛度不足，導(dǎo)致墻體水平位移過大，二是建筑物自身荷載較大，沉降比周邊地表更加明顯；結(jié)構(gòu)施工期間，建筑物沉降逐漸趨于穩(wěn)定。見圖6。

4 結(jié)論與建議

1）除基坑南側(cè)地下連續(xù)墻墻體水平位移和建筑物變形超標(biāo)外，其他各項變形數(shù)據(jù)均小于設(shè)計允許值，說明基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計是安全合理的。

2）壁后注漿對墻體水平位移影響明顯；同時質(zhì)量缺陷使墻體局部剛度減小，造成墻體水平位移發(fā)生了突變，變形超出了控制值。建議在基坑開挖過程中除監(jiān)測外，還應(yīng)加強(qiáng)對墻體質(zhì)量、滲漏水等情況的巡查。

3）今后同類型工程設(shè)計中，建議將第三道鋼支撐改為混凝土支撐，一是混凝土支撐剛度大，抗變形能力強(qiáng)；二是采用混凝土支撐必須施作腰梁，增強(qiáng)了相鄰墻體整體受力能力，有利于墻體水平位移控制。

4）地下連續(xù)墻施工及降水試驗對周邊地表及建筑物的影響是不能忽視的，在地下連續(xù)墻開始施工時就應(yīng)對建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測。

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作者簡介：張軍（1987 - ）， 男， 碩士， 高級工程師， 從事軌道交通建設(shè)管理工作。