某地鐵車站基坑變形影響因素分析

余新明 錢梅芳

對深基坑變形的現(xiàn)場監(jiān)測已經(jīng)成為確保地鐵深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段。本文以某地鐵深基坑的實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對影響基坑變形的因素進行了分析與探討,并提出一些工程建議及改進措施,希望對同類地質(zhì)條件下地鐵車站基坑工程建設(shè)提供有益的借鑒。

1 工程概況

某地鐵車站為地下二層島式車站,車站外包總長122.0 m(凈長120.6 m),外包總寬18.7 m(凈寬17.3 m)。根據(jù)地勘資料,該車站場地主要地層從上到下為①填土,②粉質(zhì)黏土,③黏土、粉質(zhì)黏土,④粉土、粉質(zhì)黏土夾粉土,⑤粉質(zhì)黏土,⑥黏土、粉質(zhì)黏土,⑦粉質(zhì)黏土、粉土,⑧粉質(zhì)黏土。潛水含水層主要由填土層組成,微承壓含水層由晚更新統(tǒng)沉積成因的土層組成,主要為③粉質(zhì)黏土和④粉土,承壓含水層由⑦粉質(zhì)黏土、粉土層組成。該站基坑圍護結(jié)構(gòu)采用φ 1 000@800咬合樁,樁長 27.2 m～31.2 m,車站標(biāo)準(zhǔn)段沿深度方向設(shè)置一道鋼筋混凝土支撐和三道φ 609×16鋼管支撐。

2 監(jiān)測內(nèi)容

深基坑的開挖是個動態(tài)過程,與之有關(guān)的穩(wěn)定和環(huán)境影響也屬于動態(tài)工程,因此加強在施工過程中的監(jiān)測,有助于快速反饋施工信息,以便及時發(fā)現(xiàn)問題并采用最優(yōu)的工程對策。通過實時監(jiān)測,可掌握地鐵結(jié)構(gòu)的變化情況,分析變形原因和趨勢,決定是否需要采取某種措施;另一方面可檢驗設(shè)計,為今后的設(shè)計和科研提供依據(jù)。根據(jù)該站基坑工程周邊環(huán)境特點與支護方案及相關(guān)的規(guī)范,基坑監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)按二級執(zhí)行,監(jiān)測內(nèi)容有:1)坑外地表沉降觀測;2)周邊建筑物沉降觀測;3)圈梁水平位移及沉降觀測;4)圍護樁不同深度的水平位移觀測。

3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.1 圍護樁體深層水平位移

由不同工況下測點水平位移沿深度分布典型曲線可知,隨著基坑分步開挖,支護結(jié)構(gòu)位移變化復(fù)雜。當(dāng)初期開挖至架設(shè)第二層鋼支撐時,支護樁體水平位移曲線近似直線變化,隨著開挖深度增加,樁體所承受的側(cè)向土壓力隨之增大,當(dāng)架設(shè)第四層支撐后,由曲線圖可以看出,位于深度12.5 m附近處,樁體位移明顯增大,最大位移達22.74 mm。而后拆除第四道支撐、拆除第三道支撐、澆筑中板、拆除第二道支撐、澆筑頂板這幾個階段的樁體位移曲線形態(tài)與架設(shè)第四層支撐階段相似,最大位移均在深度12.5 m左右,即第四道鋼支撐架設(shè)處,位移值最大達39.72 mm。在深度15.5 m,即基礎(chǔ)底板位置處,從底板澆筑完畢后,整體樁體位移發(fā)展趨緩,尤其是底板以下墻體,位移已趨于穩(wěn)定。

3.2 圈梁沉降

圈梁沉降反映圍護樁體的豎直沉降。目前圈梁沉降最大達11.5 mm。總體變形量較小,分析原因,基坑圍護樁屬于承壓樁,其豎直沉降主要由土體固結(jié)壓縮、樁土間負摩擦力引起土體壓縮變形、基坑側(cè)向變形引起,其中前兩項對圍護樁體沉降影響較小。

3.3 圈梁水平位移

圈梁水平位移反映支護結(jié)構(gòu)的頂部變形情況,是支護結(jié)構(gòu)安全狀況的重要指標(biāo)。選取部分樁頂水平位移監(jiān)測點繪制位移隨時間變化曲線,見圖1。由圖1可知:ZD1-1,ZD2,ZD3,ZD14測點水平位移向基坑內(nèi)側(cè)方向隨時間增加,但中間有局部減小現(xiàn)象,可能是由于架設(shè)支撐所致。ZD11和ZD12測點位移波動較大。圈梁水平位移最大值為30 mm,未超出警戒值。

3.4 地表沉降

選取典型地表沉降隨時間的變化曲線如圖2所示。由圖2可知:地表道路沉降在前期土方開挖速度不快的條件下,沉降速率不大,累計沉降量緩慢增長,期間的沉降量約占最終累計沉降量的15%;待土體開挖深度大于10 m至底板澆筑完畢,基坑開挖面切入其荷載作用下的應(yīng)力包的程度逐漸增大,沉降速率迅速增長,外側(cè)土體的主動土壓力與支撐約束能力將是圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的主要影響因素,期間的沉降量約占最終累計沉降量的75%;底板澆筑完畢,鋼筋混凝土底板達到一定的強度,圍護結(jié)構(gòu)受底板及上部支撐的約束,沉降趨于穩(wěn)定,期間的沉降量約占最終累計沉降量的15%。地表累計沉降量較大,分析原因:1)巖土工程條件不良,在基坑開挖影響范圍內(nèi)普遍存在淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等高壓縮土體,土體固結(jié)量較大;2)基坑自身支護結(jié)構(gòu)變形較大(深層位移監(jiān)測數(shù)據(jù)可以說明);3)基坑周邊由于施工機械的原因,導(dǎo)致基坑外部動荷載較大。

3.5 建筑物沉降

由建筑物沉降隨時間的變化曲線可知:曲線波動較大,沉降最大值均發(fā)生在頂板結(jié)構(gòu)澆筑完畢時,在澆完頂板后有較明顯的回升。建筑物總體沉降量不大,保護良好。分析原因:1)基坑降水過程中采用慢降水,少抽水的方式,對鄰近地基影響較小,水土流失較少,由此產(chǎn)生的固結(jié)排水沉降較小。2)基坑周邊的預(yù)加固措施發(fā)揮了重要的作用,特別是對建筑物的保護至關(guān)重要。3)基坑西端頭井在開挖過程中,靠近建筑物一側(cè)土體做到合理放坡,充分利用坑內(nèi)土體自身支護能力。4)設(shè)計方案合理,采用支護能力更好的鋼筋混凝土支撐,且在開挖的過程中支撐架設(shè)及時。

4 結(jié)語

1)圍護結(jié)構(gòu)頂部側(cè)移均很小;隨著深層土體的不斷開挖,圍護結(jié)構(gòu)側(cè)移迅速增大,最大側(cè)移點深度也隨著開挖不斷下移,水平位移變化速率一般在基坑開挖到底、未澆筑墊層前最大,墊層澆筑完成后位移發(fā)展趨緩,變化速率迅速減小;墻體變形整體呈“大肚”狀,即“兩頭小,中間大”。2)地表累計沉降量較大,主要因地質(zhì)條件不良,支護結(jié)構(gòu)變形大和周邊有大型施工機械所致。3)基坑采用慢降水、少抽水的方式,周邊進行預(yù)加固,開挖時合理放坡,這三點使得建筑物沉降很小,保護良好。

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