某綜合交通樞紐工程超大基坑信息化施工研究

王建 王可佳 豐土根 王磊 宋海洋 張福海

摘 要：針對B2地塊超大基坑，施工跨度較長等特點，該文結(jié)合基坑施工過程中信息化安全監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了支護結(jié)構(gòu)，地下水，周圍土體及環(huán)境的變形，保證了施工過程的安全，驗證了設(shè)計方案經(jīng)濟有效，積累了工程經(jīng)驗，為進一步進行理論研究和改進設(shè)計提供了現(xiàn)實數(shù)據(jù)。在監(jiān)測過程中，土體、圍護樁及地連墻變形處于安全可控狀態(tài)，支撐及鋼筋應力大小適中，坑外水位變化較小，周邊土體變形較小，基坑未發(fā)生重大不良事故，保障了基坑的安全施工，基坑南側(cè)的高鐵正常運營及基坑東側(cè)通江大道正常施工及使用。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，無錫市交通綜合樞紐項目B2地塊基坑支護形式經(jīng)濟有效，現(xiàn)場監(jiān)測方案正確科學，能及時有效監(jiān)測基坑變形并及提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，為施工單位提供了準確及時的預警信息，保障了基坑施工安全有序進行。施工過程中監(jiān)測得到支護結(jié)構(gòu)中深部土體位移、軸力、水位、周邊環(huán)境變化等重要參數(shù)，能有效積累工程經(jīng)驗，為進一步進行理論研究和改進設(shè)計提供現(xiàn)實數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：水平位移 沉降 深層水平位移 鋼筋應力 軸力 水位及周邊環(huán)境

中圖分類號：TU753 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（c）-0074-03

基坑工程主要包括基坑支護體系設(shè)計與施工和土方開挖，具有較強區(qū)域性及個性，是一項綜合性很強的系統(tǒng)工程[1]?；又ёo體系是臨時結(jié)構(gòu)，安全儲備較小，同時基坑的深度和平面形狀對基坑支護體系的穩(wěn)定性和變形有較大影響，具有較大的變形及失穩(wěn)風險；不合理的土方開挖區(qū)域、步驟和速度可能導致主體結(jié)構(gòu)樁基變位、支護結(jié)構(gòu)過大的變形，甚至引起支護體系失穩(wěn)而導致破壞?；釉谑┕み^程中應進行監(jiān)測，并應有應急措施，尤其是對深基坑及周邊條件復雜的基坑的必不可少[2]?；颖O(jiān)測是指為優(yōu)化設(shè)計、指導施工提供可靠依據(jù)，確?；影踩捅Ｗo基坑周邊環(huán)境，在建筑基坑施工及使用期限內(nèi)，對建筑基坑及周邊環(huán)境實施的檢查、監(jiān)控工作[3]。

1 工程概況

1.1 B2地塊簡介

無錫火車站北廣場綜合交通樞紐工程B2地塊位于無錫市火車站北側(cè)，該地塊南至興源北路、北至錫滬路、東至通江大道，西至廣勤路?；用娣e約為79 270m2，周長約為1 232m，其中地鐵一號線與三號線交叉基坑工程也在本基坑施工中進行?；又苓叚h(huán)境比較復雜，要求各異，特別是東側(cè)鄰近通江大道基坑工程交叉施工之間的相互影響，以及南側(cè)城際鐵路的站房是重點監(jiān)測和保護的對象。

1.2 地質(zhì)水文概況

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，擬建場地地貌類型屬長江中下游太湖沖湖積平原地貌，地面高程一般在3.3m左右。擬建場地在勘探深度內(nèi)全為第四紀沖積、淤積層，屬長江中下游沖湖積層。場地30m深度范圍以上主要為粉質(zhì)粘土層，局部區(qū)域的淺層分布有較厚的土性軟弱的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土1-3層和粉質(zhì)粘土。土體力學參數(shù)如表1所示。

場地范圍內(nèi)涉及到基坑工程的地下水有潛水、承壓水二種類型。場地內(nèi)淺層地下水屬潛水，主要補給來源為大氣降水及地表徑流，本勘察期間實測地下水埋深為1.2～1.5m，標高1.50m左右。場地揭示的承壓水分布于（3-1A）、（3-2）、（4-3A）、（5-2）層中，該工程中（3-1A）、（3-2）層承壓含水層埋深較淺，測量得水位埋深介于2.60～3.00m之間，相應標高-0.20～-0.60m。

1.3 支護體系

該基坑面積近八萬平方米，普遍區(qū)域開挖11.4～12.1m，最大開挖深度24米，屬于超大超深型基坑。依據(jù)基坑級別分類標準，該項目屬于一級基坑。從控制變形以及經(jīng)濟性角度來看，在基坑的普遍區(qū)域開挖11.4～12.1m，從控制變形以及經(jīng)濟性角度來看，采用鉆孔灌注樁結(jié)合三軸水泥土攪拌樁是經(jīng)濟合理的。地鐵一號線車站內(nèi)嵌在B2地塊基坑中部，開挖深度達到21.3m，地鐵三號線車站基坑開挖深度14.5m，而且南側(cè)鄰近城際鐵路的站房、鐵路軌道線路以及東西連通道，因此采用剛度大的地下連續(xù)墻作為圍護體，基坑角部區(qū)域采用混凝土支撐。

2 監(jiān)測點布置

結(jié)合華東建筑設(shè)計研究院基坑監(jiān)測圖紙及招標文件，監(jiān)測單位具體監(jiān)測工作如下：放坡平臺土體位移沉降及深層水平位移，圍護樁（灌注樁）/地下連續(xù)墻頂部水平位移，沉降，深層水平位移及外側(cè)的土體測斜，基坑外水位，基坑周邊道路的變形及沉降監(jiān)測。

3 監(jiān)測成果分析

3.1 坡頂，圍護體頂部水平位移及沉降分析

由于本工程施工期較長，監(jiān)測點較多，放坡區(qū)域、灌注樁及地下連續(xù)墻的監(jiān)測工期有所不同。由圖2可知，放坡區(qū)域的沉降位移變形集中在15～25mm之間，小于安全警戒值30mm，并且在三級放坡平臺中，一級平臺向坑內(nèi)發(fā)展的水平位移最大，二、三級平臺次之。圍護體頂部水平位移及沉降監(jiān)測結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，水平位移和沉降隨著基坑開挖的深度逐漸增加，直至開挖到預定標高，變形趨于穩(wěn)定，并且水平位移整體大于沉降值，灌注樁的位移大于地連墻的變形值。但是，極少數(shù)監(jiān)測點的變形出現(xiàn)超過安全警戒值（40mm），如圖1所示，基坑東面圍護樁頂PW52的水平位移達到了45.2mm，水平位移速率達到4.92mm/d，速率超過安全警戒界限（3mm/d），施工單位及時采取了采放慢開挖速度，增加臨時支撐的等措施，變形趨于穩(wěn)定，基坑處于安全可控狀態(tài)。

3.2 深層水平位移分析

在接坑放坡開挖階段，及時了解放坡土體的坡頂及深層最大水平位移，必要時調(diào)整基坑開挖順序和速度，確?；雍椭車h(huán)境的安全。圖3可知，在分級放坡開挖過程中，深層水平位移隨級逐漸增大，但是增速逐漸放緩，最大深層水平位移發(fā)生在頂部，大多集中在15～20mm之間。圍護結(jié)構(gòu)的深層水平位移直接反映了圍護結(jié)構(gòu)沿深度方向的側(cè)向變形，能反映圍護體的整體和全過程變化狀況，對于深基坑尤為重要。由圖4可知，圍護體的深層水平位移隨著開挖的加深持續(xù)增大，變形主要發(fā)生在深度16m范圍內(nèi)，變形沿深度層弓形分布沿深度減小，一般在2～5m處達到最大值，圍護樁的變形較大，有少量監(jiān)測點超過警戒值，最大到達了71.4mm。地連墻整體性較好，雖然其深度較大，地下連續(xù)墻的變形比圍護樁要小，但其深層水平位移沿深度分布也較圍護樁均勻，最大值僅為17.4mm。

3.3 支撐軸力及鋼筋應力

支撐軸力監(jiān)測的目的在于及時掌握施工過程中，支撐的內(nèi)力（彎矩、軸力）變化情況，當其超出設(shè)計最大值時，超過材料的極限強度而導致破壞，引起局部圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)乃至整個支護系統(tǒng)的破壞，基坑開挖過程中實施監(jiān)測，以便及時采取措施。由圖5可知，不同區(qū)域支撐內(nèi)力大小不盡相同，南端頭井開挖最深達43m，支撐軸力最大，達到3966kN，但支撐軸力隨著開挖深度的增加而增加，直至施加第二道支撐，軸力減小，隨后隨著基坑的繼續(xù)開挖，第一、二道支撐軸力逐漸增加，直至開挖到預定標高，軸力趨于穩(wěn)定。由圖6可知，地鐵圍護體內(nèi)的鋼筋應力在較短的時間增大到穩(wěn)定值，地連墻13m處外側(cè)的鋼筋應力最大，達到26.13Mpa，同一時刻沿深度方向，鋼筋應力先增大到峰值后逐漸減小。

3.4 水位及周邊環(huán)境

由圖7可知，基坑開挖期間，坑外水位未出現(xiàn)陡降，坑外水位與基坑開挖前基本持平，基坑止水帷幕止水效果明顯，基坑開挖對坑外開挖影響較小?；又苓叚h(huán)境土體深層水平位移最大累積不超過15mm，最大位移發(fā)生在地表，周邊道路沉降基本不超過15mm，但基坑東北角與通江大道相連接的區(qū)域變化較到，達到17.5mm，雖然小于20mm的警戒值，但道路上出現(xiàn)了明顯的裂縫，但未造成嚴重損失和不良影響。高鐵站臺沉降很小，累計沉降量不到5mm，未達安全警戒值，但是，南端頭井施工期間，水平位移變形較大，在2010年5月16號，圍護外滬寧城際雨棚柱水平位移速率超過安全警報界限3mm/d，施工單位及時采取措施，監(jiān)測單位及時加強監(jiān)測，未對高鐵運營產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)語

在監(jiān)測過程中，土體，圍護樁及地連墻變形處于安全可控狀態(tài)，支撐及鋼筋應力大小適中，坑外水位變化較小，周邊土體變形較小，基坑未發(fā)生重大不良事故，保障了基坑的安全施工，基坑南側(cè)的高鐵正常運營及基坑東側(cè)通江大道正常施工及使用。

現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，無錫市交通綜合樞紐項目B2地塊基坑支護形式經(jīng)濟有效，現(xiàn)場監(jiān)測方案正確科學，能及時有效監(jiān)測基坑變形并及提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，為施工單位提供了準確及時的預警信息，保障了基坑施工安全有序進行。施工過程中監(jiān)測得到支護結(jié)構(gòu)中深部土體位移、軸力、水位、周邊環(huán)境變化等重要參數(shù)，能有效積累工程經(jīng)驗，為進一步進行理論研究和改進設(shè)計提供了現(xiàn)實數(shù)據(jù)。

參考文獻

[1] 龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計施工手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2] 姜晨光，宋艷萍，朱燁昕，等.太湖軟土區(qū)基坑事故原因調(diào)查與分析[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2008（4）：237-244.

[3] 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50497-2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].