地鐵車站深基坑支撐軸力變化規(guī)律分析

王華

摘要：隨著城市地鐵的大量修建，尤其是地鐵車站多采用明挖法施工就帶來了很多深基坑的問題。每一個(gè)深基坑所處的地質(zhì)條件和水文條件各不相同，因此，進(jìn)行深基坑的監(jiān)測(cè)和變形研究就變得尤為重要。本文以昆明軌道交通某深基坑作為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了該地區(qū)泥炭土質(zhì)在施工過程中的支撐軸力隨著開挖的變形規(guī)律，通過這些規(guī)律認(rèn)識(shí)昆明地區(qū)深基坑工程的特點(diǎn)，為該地區(qū)以后的類似工程提供一些經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： Subway construction is increasing in cities， and subway station usually adopts cut and cover tunneling， causing a lot of deep foundation pit problems. The geological conditions and hydrological conditions of different deep foundation pits are different， so the monitoring and deformation research of deep foundation pit is very important. Taking a deep foundation pit in rail transit in Kunming as the research object， the deformation rule of the support axial force of peat soil in this region with the excavation is analyzed based on the measured data of the construction site. Through these rules， we can understand the characteristics of the deep foundation pit engineering in Kunming， and provide some experience for similar projects in the future.

關(guān)鍵詞：深基坑；支撐軸力；地鐵車站；現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)

Key words： deep foundation pit；support axial forces；subway station；field measurement

中圖分類號(hào)：U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0130-02

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，城市人口的密集化程度越來越高，不管是大城市還是中等城市，城市交通擁堵情況越來越嚴(yán)重，三維城市空間已成為城市發(fā)展的方向[1]。隨著地下鐵道以及高層建筑的大量修建，產(chǎn)生了很多的深基坑問題，這些深基坑問題又是工程建設(shè)的基礎(chǔ)施工的首要問題[2-3]。尤其在城市中的基坑工程面臨著場(chǎng)地狹窄、地下管線復(fù)雜、臨近建筑物密集的影響，并且每一個(gè)基坑工程面臨的工程地質(zhì)條件也是不同，因此，對(duì)不同地質(zhì)條件下的深基坑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究是十分必要的[4-6]，而且進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果也可為以后該地區(qū)的同類工程提供技術(shù)資料。

1 工程概況

鐵車站位于昆明市北京路某段。該基坑的平面形狀大致為矩形，基坑長(zhǎng)度為264.4m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為21.3m，兩端盾構(gòu)井的寬度為25.4m，基坑標(biāo)準(zhǔn)段的開挖深度約為16.0-17.0m，北端盾構(gòu)井深為17.9m，南端盾構(gòu)井深為17.5m?；硬捎?00mm的地下連續(xù)墻加水平支撐進(jìn)行圍護(hù)，第一層鋼筋混凝土支撐中軸線位于地面下1.0m；第二道支撐采用雙頻鋼管支撐，下支撐中軸線位于地面下7.5m；第三道支撐采用鋼管支撐，支撐中軸線位于地面下13.2m。基坑兩端頭盾構(gòu)井第一層鋼筋混凝土支撐，中軸線位于地面下1.5m，第二層鋼支撐，中軸線位于地面下6.0m；第三道鋼支撐，中軸線位于地面下10.2m；第四道鋼支撐位于地面下14.5m。

該地區(qū)所處的地質(zhì)條件比較復(fù)雜，在該地區(qū)的地層中沉積了一層較厚的泥炭質(zhì)土，厚度平均為4m，這種泥炭質(zhì)土是在潮濕和缺氧環(huán)境中未經(jīng)充分分解的植物遺體堆積而成的一種有機(jī)質(zhì)土，它具有工程特性有：含水量高，約為w=40-90%甚至>100%、壓縮性高、流變性高，隨時(shí)間的次固結(jié)量大、強(qiáng)度低Cu<30kPa、滲透性差。這些性質(zhì)對(duì)施工來說是十分不利的。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)勘報(bào)告，該地區(qū)內(nèi)主要地層分布為：

①第四系人工活動(dòng)層（Q4ml）；

②第四系全新世沖洪積層（Q4al+pl）： ②1層粉質(zhì)粘土，②2層粘土，②3層粉質(zhì)粘土，②4層粉土，②5層泥炭質(zhì)土；

③第四系上更新世沖洪積層（Q3al+pl）。在該地區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，各地層之間交錯(cuò)分布，有一些地層只是在局部區(qū)域分布。

該地區(qū)地下水位受降雨量的影響較大，雨季最高水位接近修筑場(chǎng)地附近自然地表，干季地下水位大約為地表下2-4m，地下水類型主要包括上層滯水、孔隙承壓水。

3 支撐軸力數(shù)據(jù)分析

支撐軸力是深基坑監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)主要內(nèi)容，通過監(jiān)測(cè)支撐軸力隨著開挖的變化可以及時(shí)掌握基坑支撐的受力情況，同時(shí)也能知道基坑是否處于安全狀態(tài)，是一項(xiàng)比較直觀的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

支撐軸力的監(jiān)測(cè)對(duì)于混凝土支撐采用鋼筋計(jì)、對(duì)于鋼支撐采用反力計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，用相應(yīng)的讀數(shù)儀器進(jìn)行讀數(shù)，然后換算成軸力值。鋼筋計(jì)安裝在混凝土支撐的三分之一的位置上，反力計(jì)安裝時(shí)反力計(jì)的中心軸線必須和鋼支撐的中心軸線重合。

根據(jù)基坑施工過程中的監(jiān)測(cè)資料，取北端頭井和棧橋處的支撐作為研究對(duì)象，北端頭井共設(shè)四道支撐，其中第一道為混凝土支撐，位于地面標(biāo)高下1.5m處；第二、三、四道采用直徑為609mm，壁厚16mm的鋼管支撐。分別位于地面標(biāo)高下6.0m、10.2m、14.5m的位置。棧橋處共設(shè)三道支撐，都采用直徑為609mm，壁厚為16mm的鋼管支撐，第一道支撐位于地面標(biāo)高下1.0m；第二道采用雙頻鋼支撐，上撐位于地面標(biāo)高下6.2m，下?lián)挝挥诘孛鏄?biāo)高下7.0m；第三道支撐位于地面標(biāo)高下13.2m處。

從圖1可以看出，斜撐ZL1-2的最大軸力值為1 698.67kN，基坑變形穩(wěn)定后的軸力值為1243.13kN，基坑開挖到基底時(shí)的軸力值為1468.83kN，為最大軸力值的86%，為穩(wěn)定時(shí)軸力的118%。斜撐ZL1-1的最大軸力值為1154.62kN，基坑變形穩(wěn)定后的軸力值為882.54kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為980.57kN，為最大軸力值的85%，為穩(wěn)定后軸力值的111%。橫撐ZL1-3的最大軸力值為616.89kN，基坑變形穩(wěn)定后的軸力值為424.66kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為432.81kN，為最大軸力值的70%，為變形穩(wěn)定后軸力值的102%。ZL3-1的最大軸力值為816.49kN，變形穩(wěn)定后的軸力值為791.13kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為576.32kN，為最大軸力值的71%，為變形穩(wěn)定后軸力值的73%。ZL4-1的最大軸力值為189.48kN，變形穩(wěn)定后的軸力值為187.20kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為113.26kN，為最大軸力值的60%，為變形穩(wěn)定后軸力值的61%。

支撐的軸力值在它的下一道支撐架設(shè)并施加預(yù)應(yīng)力之后，其軸力值有所減小，在曲線上表現(xiàn)為一定的下降段。隨后上部支撐與下部支撐共同承擔(dān)墻體傳遞過來的土壓力。同時(shí)還可以看出在同一個(gè)斷面上的軸力值，上部撐的所承受的軸力值比下部撐的大。第一道支撐的軸力值大約為第三道支撐軸力值的2倍，斜撐承受的壓力比橫撐大很多，基本為橫撐的2～3倍。

從圖2可以看出，ZL1-10的最大軸力值為1049.25 kN，基坑穩(wěn)定時(shí)的軸力值為845.65kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為988.10kN，為最大軸力的94%，為穩(wěn)定時(shí)軸力值的117%。ZL2-8的最大軸力值為376.43kN，穩(wěn)定時(shí)的軸力為372.49kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為279.29kN，為最大軸力值的74%，為穩(wěn)定時(shí)軸力的75%。ZL3-8的最大軸力值為453.43kN，穩(wěn)定時(shí)軸力值為445.54kN，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為328.14kN，為最大軸力值的72%，為穩(wěn)定時(shí)軸力值的74%。

第二道支撐和第三道支撐軸力的變化曲線十分接近，都是在拆撐前軸力達(dá)到了最大值，基坑開挖到底時(shí)的軸力值為最大值的73%左右，并且隨著時(shí)間是逐漸增大的，為第一道支撐軸力值的50%左右。

4 結(jié)論

通過對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，可以得到如下結(jié)論：

①第一道支撐所承受的軸力值大約為第二道支撐軸力值的2倍多，斜撐所承受的軸力值比橫撐大更大。

②基坑開挖到底時(shí)第一道支撐的軸力達(dá)到了穩(wěn)定時(shí)軸力的110%左右，第二道支撐的軸力達(dá)到了穩(wěn)定時(shí)軸力的75%左右。

③基坑開挖過程中支撐的軸力值的大小與支撐架設(shè)的時(shí)機(jī)、施加的預(yù)應(yīng)力、溫度、施工過程等有很大關(guān)系。

④在支撐開始承受作用力之后的很短一段時(shí)間內(nèi)，軸力的增長(zhǎng)速度很快，在隨后的基坑開挖過程中，隨著墻體水平位移的不斷增大，支撐軸力的變化量都不是很大。

⑤支撐軸力的變化規(guī)律存在著明顯的“時(shí)空效應(yīng)”。

根據(jù)本文所得的結(jié)論，在基坑施工過程中應(yīng)該注意：

①采取合理強(qiáng)度及剛度的支護(hù)措施，尤其要注意支護(hù)結(jié)構(gòu)施作的時(shí)間。

②在開挖施工的過程中必須嚴(yán)格遵守施工程序，嚴(yán)格按照分層進(jìn)行開挖并做到“先撐后挖”。

③深基坑施工中要重視施工變形監(jiān)測(cè)這一環(huán)節(jié)，這對(duì)保證基坑工程施工的安全至關(guān)重要。

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