某地鐵基坑傾斜變形估算及監(jiān)測結(jié)果對比分析

李騰云

某地鐵基坑傾斜變形估算及監(jiān)測結(jié)果對比分析

李騰云

結(jié)合具體工程實例,對基坑開挖過程中地下連續(xù)墻的水平位移進行了理論估算和實際監(jiān)測,結(jié)果表明：理論估算和實際監(jiān)測在變形最大值、總體變形趨勢等方面具有較好的吻合度且變形曲線上均存在反彎點,同時對位移變形規(guī)律的理論計算曲線和實測曲線變形規(guī)律產(chǎn)生的原因進行了對比分析,以保證基坑開挖過程中的施工安全。

基坑,變形估算,測斜,監(jiān)測

0 引言

隨著國家城市基礎(chǔ)建設(shè)的不斷推進,在城市中修建地鐵、大型高層建筑等等會遇到越來越多的長深大基坑。由于地下工程施工過程中存在一定的不可預見性,使得不管是在前期勘探設(shè)計、中期施工還是后期維護過程中,均需要借助監(jiān)測手段進行必要的補充和完善,堅持信息化施工原則,保證基坑穩(wěn)定安全,保護周邊建筑及地下管線等的安全。通過變形監(jiān)測結(jié)果,分析和掌握基坑變形的基本規(guī)律,為完善設(shè)計和改進施工工藝提供有價值的指導性意見,也為類似工程的施工提供借鑒和參考[1]。在基坑施工設(shè)計及施工過程中,需要及時地預測和掌握基坑的變形及支護結(jié)構(gòu)的受力狀況,適時加強支護預防基坑事故的發(fā)生,保證人員及施工安全。

1 基坑變形估算方法及監(jiān)測技術(shù)

隨著信息化施工技術(shù)及計算機數(shù)值計算技術(shù)得到迅速發(fā)展,在基坑變形及位移預測出現(xiàn)多種預測方法,諸如回歸分析、灰色預測、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、時間序列分析等[2]。采用的數(shù)值計算方法主要有有限元、離散元、邊界元等,在預測階段首選是有限元的數(shù)值計算方法[3]?；庸こ讨械谋O(jiān)測主要分為基坑支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測和周圍環(huán)境的監(jiān)測兩大方面,其中基坑支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測部分主要包括水平位移、傾斜、沉降、應力;周圍環(huán)境的監(jiān)測主要包括：相鄰建筑物的沉降、傾斜及裂縫發(fā)展情況;相鄰構(gòu)筑物、道路、地下管線等的沉降和變形監(jiān)測;周圍巖土性狀的變化監(jiān)測;樁側(cè)土壓力的監(jiān)測等等。在施工過程中往往根據(jù)支護結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的實際工況及施工要求,在基坑設(shè)計及變形監(jiān)測等方面選擇其中一項或幾項進行監(jiān)控,根據(jù)結(jié)果及時調(diào)整支護設(shè)計,保證施工及周邊建(構(gòu))筑物的安全。本文結(jié)合某基坑開挖工程實例,從理論計算和基坑實測數(shù)據(jù)兩方面進行分析對比,從中總結(jié)出基坑變形規(guī)律,可供施工參考借鑒。

2 工程概況

地鐵區(qū)間明挖豎井段采用明挖順作法施工,基坑長度 47.1m,基坑開挖深度 22m。本區(qū)間地下水豐富?；又ёo結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全等級為一級。明挖基坑圍護結(jié)構(gòu)采用 800mm厚鋼筋混凝土連續(xù)墻,標準段采用 4道支撐,其中第一道為 800mm×1 000mm的混凝土支撐加 1 000mm×1 000mm的冠梁,第二道采用 600mm×800mm混凝土支撐加 800 mm×1 000mm的腰梁,第三道采用800mm×900mm混凝土支撐加 1 000mm×1 200mm的腰梁,第四道為 φ600×16mm鋼支撐 +3Ⅰ36C鋼圍檁。兩端頭增加三道混凝土板撐,地下連續(xù)墻接頭采用 6根 φ600旋噴樁作止水帷幕,旋噴樁與地連墻之間空隙注雙液漿加固土體封堵地連墻接縫。地鐵區(qū)間明挖基坑平面圖(第一道支撐布置平面圖)見圖 1。

3 基坑位移理論變形計算

為保證施工安全,預估基坑變形,在施工前期對基坑的側(cè)向位移進行了理論計算,通過計算發(fā)現(xiàn),在基坑采用設(shè)計的四道支撐開挖后,基坑的側(cè)向位移最大值達到 23.98mm,彎矩最大值為

1 063.93 kN。

4 基坑監(jiān)測及結(jié)果對比分析

4.1 水平位移測點布置

基坑監(jiān)測中基坑水平方向位移采用測斜儀,位移變形警戒值為 2mm/d,水平位移監(jiān)測點共有 8個,測斜管分布于地下連續(xù)墻內(nèi)。

4.2 監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測結(jié)果中選取其中一個測點進行說明,主要包括測斜位移深度和測斜速率深度。

1)基坑開挖后的最大側(cè)向位移為 27.25 mm,與理論計算的最大位移基本一致,說明了基坑位移的理論計算結(jié)果具有可參考性。2)墻體側(cè)向位移變形曲線理論及實測變化趨勢均為弓形變形曲線,整個曲線向坑內(nèi)凸出,變形曲線上均存在反彎點,但二者反彎點產(chǎn)生的位置及數(shù)量對應關(guān)系不完全一致,不明顯,且實測變形曲線上存在正負位移,理論計算的變形曲線不存在。二者的最大位移均發(fā)生在基坑中部靠下的位置。3)實測測點中累計變形總體隨著時間的推移部分呈遞增趨勢,但累計變形量并不是單調(diào)遞增。理論計算變形由于涉及一個測點,故不存在該特點。4)測斜速率深度曲線變形總體上呈線性變化,從形狀上看上寬下窄。上寬表明測斜的速率變化在深度方向上部的變化大,下窄表明測斜的速率變化在深度方向上下部的變化大些。需要說明的是在速率深度曲線中總體曲線變化仍較均勻。

4.3 結(jié)果對比分析

1)理論及實測變形曲線總體均為弓形變形。既有研究認為可以將地下連續(xù)墻簡化為簡支梁[4],最大變形值為其最大相對撓度,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因,是由于第二道支撐的設(shè)置,一般總是在開挖到第二道支撐的底標高以下為了方便施工等原因才能設(shè)置,設(shè)置以后鋼筋混凝土支撐凝固時會產(chǎn)生收縮,而后開始受力。在這個過程中支撐梁本身要產(chǎn)生壓縮變形,同時腰梁混凝土也要產(chǎn)生側(cè)向彎曲變形,因此從支撐設(shè)置結(jié)束至產(chǎn)生支撐作用的滯后時間較長,第二道支撐的設(shè)計支撐力部分將由第一道支撐與坑底以下的被動土壓力承擔,至第二道支撐產(chǎn)生作用之前,地下連續(xù)墻已產(chǎn)生較大的變形,直到支撐產(chǎn)生作用,但由于混凝土支撐屬被動受力結(jié)構(gòu),因而產(chǎn)生的變形并不能恢復,在支撐區(qū)域外側(cè)仍能產(chǎn)生向坑內(nèi)變形,因此在位移曲線上便產(chǎn)生了向坑外的彎曲,但彎曲的位移不大。同理第三道支撐的工況與第二道相似。因此不管是理論計算還是實測,基坑支護過程中均考慮了設(shè)置支撐的工序,故二者的變化曲線上均出現(xiàn)了反彎點。2)基坑淺部墻體側(cè)向位移出現(xiàn)負值的原因主要是地下連續(xù)墻作為一種柔性墻,并且設(shè)置支撐體,在基坑向下開挖到一定深度后,地下連續(xù)墻墻頂位移會出現(xiàn)位移不變或者逐漸向基坑外移動,墻體腹部向基坑凸出。3)墻體位移在某個時間段內(nèi)出現(xiàn)比較大的變化,主要與施工工序有關(guān),尤其是與現(xiàn)場注漿施工有關(guān)系,注漿過程中由于有較高的注漿壓力,墻體會產(chǎn)生小部分的位移增量,在注漿加固土體結(jié)束后,由于水泥漿的加固作用,土體強度得到提高,變形得到控制。

5 結(jié)語

1)基坑變形的理論預測及實測曲線在變形趨勢及位移最大值上表現(xiàn)出總體的一致性,說明了理論計算及實測數(shù)值均具有參考價值,通過理論計算可總體上掌握基坑的變形規(guī)律,通過監(jiān)測可及時掌握基坑的變形,在施工過程中兩種方法互為補充,有效保證施工安全和周邊建筑及地下管線的安全,降低和避免基坑事故的發(fā)生。

2)實測曲線個別位置的變化規(guī)律對理論計算曲線具有更強的隨機性和不確定性,這主要與施工工序、開挖深度及土體性質(zhì)的非均質(zhì)性有關(guān)。

3)本基坑圍護結(jié)構(gòu)水平位移變形總體上呈現(xiàn)弓形變形,基本上滿足簡支梁的理論假設(shè),由于施工過程中的工序轉(zhuǎn)換等原因?qū)е伦畲笪灰泣c下移。

[1]林 鳴,徐 偉.深基坑工程信息化施工技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006.

[2]范 建,師旭超.深基坑變形預測方法綜述[J].西部探礦工程,2006(4)：29-31.

[3]靳 璞,李東海,劉 軍.地鐵深基坑變形預測與監(jiān)測數(shù)據(jù)分析[J].市政技術(shù),2008(1)：28-30.

[4]劉國彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

On the incline deform ation estimate and monitoring result contrastive analysis of subway foundation pit

LITeng-yun

Combining with specific engineering project,this paper theoretical estimates and actual tests horizontal displacement of diaphragm walls during dig the foundation pitand results show that：theoretical estimate and the actual test has a better fit in maximum in the deformation monitoring,the overall trend of deformation,etc.,and there are inflection points in the deformation curve.Meanwhile,contrastive analysis produce causes the theoretical calculate curve of disp lacement deformation ru le and road-testdeformation rule to ensure excavation safety during dig the foundation pit.

foundation pit,deformation estimation,inclinometer,monitoring

U 231

A

1009-6825(2011)09-0067-02

2010-12-06

李騰云(1968-),男,高級工程師,中鐵三局集團有限公司,山西太原 030001