探索復(fù)合地層深基坑開挖導(dǎo)致地鐵車站出入口不均勻沉降處理及控制

王仁軒　張凱茵

（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司　廣東　廣州　510000）

探索復(fù)合地層深基坑開挖導(dǎo)致地鐵車站出入口不均勻沉降處理及控制

王仁軒張凱茵

（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司廣東廣州510000）

筆者總結(jié)了廣州某臨近地鐵結(jié)構(gòu)房建基坑在施工過程中引起地鐵車站出入口不均勻沉降為事例，淺析車站出入口出現(xiàn)不均勻沉降的原因及臨近基坑開挖過程管理的經(jīng)驗。本文主要通過對該基坑變形報警事件分析，總結(jié)基坑支護、開挖方法，加強基坑開挖時空效應(yīng)、無支撐暴露時間管理，總結(jié)出基坑變形控制的關(guān)鍵技術(shù)及采取的相關(guān)措施等，對類似臨近地鐵結(jié)構(gòu)深基坑支護和對深基坑開挖會有一定的借鑒意義。

基坑施工；車站出入口；不均勻沉降；結(jié)構(gòu)變形

1　工程結(jié)構(gòu)概況

某項目位于廣州白云新城占地面積約4萬m2，主塔樓為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，為46層超高層辦公樓塔樓（建筑高度約200m），周邊為6層裙樓，設(shè)四層地下室，基坑開挖深度約20m，總建建筑面積約34萬m2。工程所在地塊上覆地層主要為雜土層、沖積層、殘積層，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)（C1）頁巖、粉巖及灰?guī)r；基巖為石灰?guī)r，溶洞發(fā)育，周邊環(huán)境條件復(fù)雜，基坑變形控制要求嚴(yán)格?；优R地鐵一側(cè)采用“鋼筋混凝土地下連續(xù)墻+4道鋼筋混凝土內(nèi)支撐”作為基坑支護結(jié)構(gòu)。地下連續(xù)墻深度約29m，厚度1000mm，嵌固深度為10m；鋼筋混凝土支撐截面為1m×1m。內(nèi)設(shè)的4道鋼筋混凝土內(nèi)支撐在基坑施工過程中隨地下室結(jié)構(gòu)施工和基坑側(cè)壁回填逐步進行拆除。

2　地鐵結(jié)構(gòu)概況

地鐵車站出入口結(jié)構(gòu)采用明挖法修建，基坑施工采用“放坡+灌注樁+錨索”支護形式，其中開挖深度3.0～6.0m時采用懸臂樁形式，開挖深度6.0～7.5m時采用“樁+一道錨索”支護形式，開挖深度7.5～11.5時采用“樁+兩道錨索”支護形式，開挖深度大于11.5m時采用“樁+三道錨索”支護形式；地鐵區(qū)間隧道為明挖雙孔矩形斷面，結(jié)構(gòu)底板主要坐落于粉質(zhì)粘土層上，采用放坡加土釘支護，無圍護樁，隧道兩側(cè)為回填土。

3　項目與地鐵結(jié)構(gòu)關(guān)系

項目基坑?xùn)|側(cè)臨近地鐵區(qū)間隧道及地鐵車站，基坑邊線與地鐵隧道結(jié)構(gòu)邊線基本平行?；觾?nèi)邊線與地鐵車站主體結(jié)構(gòu)、出入口、隧道風(fēng)亭、區(qū)間隧道之間的最小水平投影距離分別為10.4m、6.8m、8.9m、8.6m。項目基坑開挖深度約19.85m，基坑底部標(biāo)高比地鐵隧道底深9.5m左右。項目基坑北面緊鄰已建地鐵車站出口，結(jié)構(gòu)最小水平凈距離為6.8m。地鐵車站底比相鄰基坑底淺約9.8m（如圖1）。

4　車站出入口病害現(xiàn)狀調(diào)查

圖1　基坑與地鐵結(jié)構(gòu)的平面關(guān)系圖

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查出入口與地鐵車站主體結(jié)構(gòu)之間的變形縫部位及地面，出現(xiàn)了不同程度上的病害，產(chǎn)生病害的主要原因是結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降而引起的。其中：車站主體結(jié)構(gòu)與出入口結(jié)構(gòu)地面已出現(xiàn)近10mm的高差；出入口通道地面盲人導(dǎo)向磚水平錯位約為50mm，整個錯位向相鄰基坑方向偏移；變形縫附近側(cè)墻混凝土結(jié)構(gòu)保護層出現(xiàn)了嚴(yán)重的剝落現(xiàn)象；側(cè)墻下方接近地面處的水平錯位約為30mm，側(cè)墻離地面2.5m高處的水平錯位約為52mm；結(jié)合A出入口結(jié)構(gòu)橫斷面尺寸，則可推算出結(jié)構(gòu)頂板部位水平錯位約為72mm。現(xiàn)場變形縫部位發(fā)生的變形已大于變形縫的最大允許控制30mm，如圖2～3。

圖2　現(xiàn)場不均勻沉降錯位

圖3　不均勻沉降導(dǎo)致的開裂

5　引起車站出入口結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降的原因分析

因各種原因并未在基坑開始施工時就對A出入口進行布點監(jiān)測，當(dāng)基坑開挖至基底后從第三方監(jiān)測單位提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)看，沉降最大值為FT9=-17.98mm，最小為FT15=-0.35mm。結(jié)合現(xiàn)場情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，在實施監(jiān)測的這一段時間里出入口出現(xiàn)了較為明顯的不均勻沉降（如圖4）。

圖4　A出入口監(jiān)測布點圖

5.1不良地質(zhì)條件對出入口結(jié)構(gòu)的影響

車站結(jié)構(gòu)主要坐落于沉積的石灰系壺天群石灰?guī)r和二迭系棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r地層由于風(fēng)化和溶蝕作用，造成巖面起伏較大，表層溶溝、溶槽、溶隙及溶洞等發(fā)育強烈，局部地段由于風(fēng)化作用形成溶蝕凹槽；下部巖層中發(fā)育巖溶，發(fā)育的規(guī)律性差，深度變化不穩(wěn)定，規(guī)律性差。本場地發(fā)育的土洞主要是由地下水活動形成，位于巖面附近，其形成和發(fā)展與巖溶發(fā)育程度密切相關(guān)，其潛在的危險性比較大，在地下水位大幅度頻繁變化情況下（尤其人工大量抽取地下水，造成地下水位大幅下降），土溶洞會加速發(fā)展，在與地表水體連通時在短時間內(nèi)會發(fā)生地面坍塌、巖溶、土洞及溶蝕凹槽對地基的均勻性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，對結(jié)構(gòu)本身穩(wěn)定性影響甚大。

5.2相鄰基坑施工影響

5.2.1基坑連續(xù)墻施工

相鄰基坑北側(cè)地下連續(xù)墻距離車站出入口比較近。地下連續(xù)墻成槽設(shè)備為雙輪冼槽機、抓槽機，地下連續(xù)墻成槽施工過程中，成槽設(shè)備必定會拽拉錨索的自由段，導(dǎo)致A出入口原基坑南側(cè)圍護樁擾動，并朝相鄰基坑發(fā)生水平側(cè)向位移，導(dǎo)致原圍護樁與車站出入口結(jié)構(gòu)之間的回填土發(fā)生松動甚至嚴(yán)重脫空現(xiàn)象。

5.2.2基坑開挖水位下降

基坑土方開挖施工過程中，由于圍護結(jié)構(gòu)的剛度和土體的支撐作用，此時圍護結(jié)構(gòu)的變形不大。但如果圍護結(jié)構(gòu)對外部土體內(nèi)的水沒有形成封閉時，外部土體內(nèi)的水就會滲流到基坑內(nèi)被排出，此時基坑外的土體也會產(chǎn)生沉降，圍護結(jié)構(gòu)變形加大。

5.2.3基坑土方開挖卸載

基坑開挖具有明顯的時間效應(yīng)，開挖順序作為支撐的重要施工參數(shù)是影響深基坑變形的重要因素，按照時空效應(yīng)規(guī)律依“分層開挖、先撐后挖”的原則優(yōu)化每一層的開挖深度與步距，由于支撐的施工及達(dá)到支撐強度形成需要一段較長的時間時間，導(dǎo)致基坑發(fā)生較大的變形。

圖5　出入口對應(yīng)連續(xù)墻位移變量

6　防止出現(xiàn)不均勻沉降的措施

6.1車站設(shè)計

在不良地基條件下，為了防止或減輕不均勻沉降的危害，在設(shè)計時通常采用的辦法不外乎下面幾種：①采用樁基礎(chǔ)或其它深基礎(chǔ)：②對持力層地基進行處理；④在建筑結(jié)構(gòu)以及施工中采取某些措施。樁基礎(chǔ)及其深基礎(chǔ)造價偏高，且需具備一定的施工條件才能采用。

6.2基坑支護結(jié)構(gòu)設(shè)計

對于鄰近地鐵結(jié)構(gòu)的深基坑圍護結(jié)構(gòu)普遍采用的地下連續(xù)墻作為深基坑的圍護結(jié)構(gòu)，在設(shè)計過程中要考慮：

（1）圍護結(jié)構(gòu)變形的大小取決于圍護結(jié)構(gòu)自身的剛度。圍護結(jié)構(gòu)的剛度受彈性模量、結(jié)構(gòu)厚度影響。

（2）圍護結(jié)構(gòu)的插入深度，直接影響基坑本身的抗隆起穩(wěn)定性，一般為0.6H～0.8H（H為基坑開挖深度），插入深度還受基坑底部承壓水層的影響。

6.3相鄰基坑施工

6.3.1確保基坑連續(xù)墻施工質(zhì)量

確保連續(xù)墻的施工質(zhì)量杜絕和減少連續(xù)墻“劈叉”、接頭刷壁不徹底、混凝土灌注夾渣等是基坑穩(wěn)定的重大因素。

（1）成槽垂直度是施工中容易忽略的滲漏原因。在挖槽機具挖土?xí)r，懸吊機具的鋼絲繩一定要呈垂直張緊狀態(tài)，這是保證挖槽垂直精度的關(guān)鍵。

（2）不同墻深的地連墻相接形成高低墻。應(yīng)先施工淺墻，鎖口管設(shè)置深度以滿足淺墻深度即可。

（3）各種接頭均采用強制性刷壁器進行刷壁。如果安裝鎖口管向鋼筋籠側(cè)傾斜，會導(dǎo)致無法有效地刷壁，需在基坑外側(cè)采取加固止水措施。

6.3.2基坑土方開挖施工

基坑土方開挖方式是影響基坑穩(wěn)定的最重要因素，開挖的分段、分層、分塊開挖時，注意到對稱、均衡以及限時；分段時要考慮未形成整體框架前的局部平衡；適當(dāng)調(diào)整開挖參數(shù)等。土方開挖要考慮支護體系的穩(wěn)定性與變形的特點。應(yīng)對土方開挖每步的開挖的空間尺寸、開挖順序，每步開挖暴露的時間，坑底土體松動情況，坑底隆起狀況應(yīng)有深入了解。重視開挖的時空效應(yīng)形成環(huán)節(jié)施工單位要把監(jiān)測數(shù)據(jù)作的施工行為的依據(jù)。

6.3.3控制基坑降水

“控制降水”即根據(jù)深基坑實際開挖順序、土方開挖工況和結(jié)構(gòu)回筑工況，動態(tài)地確定疏干井的降深及運行數(shù)量，采用分段分層降水，不進行挖方的土體不再降水，精確控制建筑物周圍的地下水位，防止地基固結(jié)沉降，達(dá)到控制建筑物沉降的目的。

6.3.4信息化施工

信息化施工：目前信息化施工主要問題，信息與施工脫節(jié)：①監(jiān)測不能提供確切、全面的數(shù)據(jù)；②施工單位不會、不能利用監(jiān)測數(shù)據(jù)。要做好信息化施工，需要明確幾點：明確監(jiān)測目的，建立能全面反應(yīng)動態(tài)的監(jiān)測點。

7　結(jié)語

經(jīng)過地鐵保護、建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理等各參建單位的協(xié)力工作，對工程實施了全過程嚴(yán)格監(jiān)控，確保了工程施工順利進行，同時保證了地鐵設(shè)施安全。在整個設(shè)計施工過程中，有如下幾點經(jīng)驗可供類似工程借鑒和參考：

（1）圍護結(jié)構(gòu)地連續(xù)墻的設(shè)計和施工是鄰近建筑物沉降安全的前提條件，抓住施工質(zhì)量關(guān)鍵控制點，如垂直度、刷壁等環(huán)節(jié)。

（2）土方開挖的方法、順序是確保基坑圍護穩(wěn)定性的關(guān)鍵，在施工過程中應(yīng)密切注意，基坑圍護結(jié)構(gòu)的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變化。

（3）采用降水最小化設(shè)計和施工，做到按需降水，分層降水，精確控制建筑物周圍的地下水位，防止地基固結(jié)沉降，達(dá)到控制建筑物沉降的目的。

（4）開挖過程中的基坑監(jiān)測和信息化施工是確?；臃€(wěn)定、周圍管線和建筑物安全的重要措施。

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U231.3

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2015-4-23