某地鐵基坑工程變形監(jiān)測及分析

蘇　強(qiáng)

(上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司,上海 200060)

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某地鐵基坑工程變形監(jiān)測及分析

蘇強(qiáng)

(上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司,上海 200060)

對(duì)杭州某地鐵車站基坑工程進(jìn)行全程監(jiān)測,通過對(duì)支撐軸力、地下連續(xù)墻水平位移、立柱樁頂沉降的動(dòng)態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,總結(jié)出在軟土地區(qū)進(jìn)行基坑工程應(yīng)嚴(yán)格遵循先撐后挖和限時(shí)支撐的要求,以減小基坑變形；同時(shí)，應(yīng)做好承壓水降水作業(yè),并加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)測工作。

地鐵車站;基坑;監(jiān)測

杭州市在地理位置上位于錢塘江下游北岸,在地理環(huán)境上屬于長江三角洲區(qū)域,杭嘉湖平原的西南部,地形地貌復(fù)雜,具有豎向土層硬軟交替、多層組合、厚度變化大等特征,工程地質(zhì)特征上表現(xiàn)為承載力低、高壓縮性、低強(qiáng)度、不穩(wěn)定、易觸變。在這種地質(zhì)環(huán)境中修建地鐵,經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生地基沉陷,邊坡坍塌等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象,因此更加凸顯了基坑變形監(jiān)測的重要性。

1　工程概況

根據(jù)地鐵線網(wǎng)規(guī)劃,該車站為地下3層的島式站臺(tái),4柱5跨3層結(jié)構(gòu),車站長303 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬36.6 m,深約25 m,頂板覆土約4 m,兩端覆土約1.5 m,車站設(shè)有5個(gè)出入口,其中1、2、4號(hào)出入口為本次車站施工范圍,3、5號(hào)出入口為預(yù)留。

2　工程地質(zhì)及水文情況

根據(jù)鉆孔揭露的地層結(jié)構(gòu)、巖性特征及物理性質(zhì),結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料,本項(xiàng)目地質(zhì)情況大致如下。

①1層為雜填土：灰—雜色,松散,頂部有厚度為300 mm左右的混凝土地面,以下一般由建筑垃圾及碎塊石、瓦片等組成,黏性土充填,局部含大塊石,成分雜,分布在整個(gè)場區(qū),層厚0.9～5.8 m；

①2 層為耕植土：灰—褐灰色,松散,主要由粉質(zhì)黏土及粉土組成,含腐殖質(zhì)及少量碎石。場區(qū)局部缺失該層,層厚0.60～3.70 m；

④1層為砂質(zhì)粉土：灰色,稍密,含云母,局部夾薄層黏土,全場分布,層厚2.7～5.9 m；

④2層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土:灰色,流塑,含云母、腐殖質(zhì),干強(qiáng)度中等,全場分布,層厚0.9～5.9 m；

④3層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土:灰色,流塑,含云母、貝殼碎屑等,夾較多散體狀粉土,層厚3.10～8.40 m；

⑥1層為淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土：灰—深灰色,流塑,局部軟塑。含云母,切面粗糙,呈鱗片狀,層厚1.20～8.50 m；

⑥2層為粉質(zhì)黏土：灰色,軟塑,含腐殖物,局部夾粉砂。切面粗糙,魚鱗片狀,層厚0.60～3.80 m。

項(xiàng)目范圍內(nèi)地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水、孔隙承壓水和深部基巖裂隙水,根據(jù)地下水的含水介質(zhì)、賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征,勘探深度內(nèi)可劃分為第四系松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水,車站范圍淺部地下水屬孔隙性潛水類型,主要賦存于上部①層填土、②層粉土及④3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉土中,補(bǔ)給來源主要為大氣降水及地表水,地下水位隨季節(jié)性變化,勘探期間測得水位埋深0.4～3.8 m,對(duì)應(yīng)高程為2.24～5.54 m。建議抗浮設(shè)防水位高程取6.0 m,地下水流速較小。

3　監(jiān)測目的

該基坑開挖深度大,達(dá)到25 m左右,地質(zhì)條件復(fù)雜,建設(shè)周期長,在施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)各種難以預(yù)測的問題,危及施工安全,因此制定完善周密的監(jiān)測方案,并在方案指導(dǎo)下進(jìn)行有計(jì)劃有步驟的現(xiàn)場監(jiān)測是十分必要的。通過將現(xiàn)場取得的監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比分析,判斷現(xiàn)場施工參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求,從而確定和優(yōu)化施工工藝,同時(shí)通過對(duì)周邊環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，得出周邊道路、管線是否處于可控范圍,進(jìn)而對(duì)施工步驟、參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,以確保周邊環(huán)境安全。

4　監(jiān)測工作布置

4.1監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)[1]

監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)見表1。

表1　監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表

4.2監(jiān)測頻率

監(jiān)測頻率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表2。

4.3監(jiān)測報(bào)警值

監(jiān)測報(bào)警值見表3。

表2　 監(jiān)測頻率統(tǒng)計(jì)表

表3　 監(jiān)測報(bào)警值

5　基坑支護(hù)情況

基坑長度為303 m,寬度36.6 m,深度25 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)是1 000 mm厚地下連續(xù)墻,混凝土強(qiáng)度水下C30,墻深55～63 m,第一、三、四道支撐為鋼筋混凝土支撐,強(qiáng)度C30,截面尺寸900 mm×1 000 mm,第二、五道是鋼支撐,Φ609 mm,厚度16 mm。

監(jiān)測點(diǎn)具體布設(shè)數(shù)量見表1 ,為了便于比較，我們只分析支撐軸力、地下連續(xù)墻水平位移、立柱樁頂沉降。

6　現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析

6.1支撐軸力

本基坑鋼筋混凝土支撐采用鋼筋計(jì)焊接于支撐主筋上,鋼支撐采用軸力計(jì)安裝于鋼支撐上,混凝土支撐設(shè)計(jì)值為5 098.0 kN,鋼支撐設(shè)計(jì)值為2 928.0 kN,實(shí)測軸力達(dá)到設(shè)計(jì)值的80%時(shí)報(bào)警。鋼支撐架設(shè)完成后,按設(shè)計(jì)要求對(duì)其預(yù)加70%的設(shè)計(jì)軸力,開挖到基底時(shí),混凝土支撐軸力ZCL5-01達(dá)到最大值3 755.29 kN, 鋼支撐ZCL5-03最大軸力達(dá)到656.47 kN,均小于報(bào)警值?；炷林屋S力變化波動(dòng)幅度明顯大于鋼支撐軸力,根據(jù)五道支撐的實(shí)測數(shù)據(jù)反映出在當(dāng)前工況支撐下開挖,支撐軸力會(huì)增大,后續(xù)工況架設(shè)的支撐下挖土,前道支撐軸力會(huì)發(fā)生適當(dāng)調(diào)整,后道支撐軸力會(huì)加大。見圖1。

圖1　支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

6.2地下連續(xù)墻水平位移(測斜)

地下連續(xù)墻測斜測點(diǎn)平面布置見圖2。

圖2　地下連續(xù)墻測斜監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

本基坑地下連續(xù)墻測斜孔共布置了32個(gè)(ZQT1～ZQT32),南側(cè)測斜孔ZQT5的變形具有典型性,見圖3。該處地連墻隨開挖深度的加大,水平位移也在逐步增加,ZQT5最大位移量為49 mm,北側(cè)ZQT17最大位移41 mm,但當(dāng)?shù)谖宓乐渭茉O(shè)完成后水平位移增加量開始減小,從整個(gè)位移曲線上可以看出最大位移量出現(xiàn)在基底附近,這也符合常規(guī)的多道內(nèi)支撐變形曲線。

圖3　地下連續(xù)墻ZQT5測斜管實(shí)測曲線

與采用有限元計(jì)算得到的結(jié)果相比對(duì)(表4),會(huì)發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻ZQT5除開挖第一、二道支撐以外其余工況下墻體變形數(shù)據(jù)均大于計(jì)算結(jié)果,這是由于基坑開挖過程中由于坑邊堆載較多、動(dòng)荷載較大(運(yùn)土車輛、挖掘機(jī)、緊挨基坑邊交通主干道德大車流量)以及個(gè)別鋼支撐架設(shè)滯后等原因,造成了墻體變形的增大。

表4　 地下連續(xù)墻水平位移計(jì)算值與實(shí)測值比對(duì)

6.3立柱樁頂沉降

地下連續(xù)墻立柱樁沉降監(jiān)測點(diǎn)平面布置見圖4。

圖4　地下連續(xù)墻立柱樁沉降監(jiān)測點(diǎn)平面布置圖

圖5　 立柱樁LZC5豎向位移曲線

根據(jù)埋在基坑中部測點(diǎn)LZC4～7,LZC5在開挖到第五道支撐時(shí)最大隆起量為21.3 mm(圖5),剛超出累計(jì)報(bào)警值,但底板混凝土澆筑完成后開始下降,在影響立柱樁豎向位移的所有因素中基底隆起與豎向荷載是最主要的兩點(diǎn),土方開挖會(huì)直接引起基底土層隆起,進(jìn)而帶動(dòng)立柱樁上浮,而豎向荷載則引起立柱樁下沉,但整個(gè)立柱樁的位移機(jī)理還是比較復(fù)雜的,僅僅通過計(jì)算是很難準(zhǔn)確預(yù)測的[2]。因此，只能通過實(shí)時(shí)監(jiān)測, 利用實(shí)測數(shù)據(jù)不斷調(diào)整與控制施工步序,從而降低豎向位移,進(jìn)而減少立柱樁

與地下連續(xù)墻之間的差異沉降,保證支撐體系的穩(wěn)定。

7　結(jié)　語

1)本工程地處城市繁華地段,周邊環(huán)境復(fù)雜,建筑物及管線眾多,設(shè)計(jì)人員在基坑圍護(hù)方案上選擇了地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的組合,整個(gè)基坑開挖過程都遵循“先撐后挖,限時(shí)支撐,嚴(yán)禁超挖”的原則?；拥淖冃位径荚趫?bào)警值附近,任何一個(gè)監(jiān)測項(xiàng)目也未出現(xiàn)數(shù)據(jù)日變量急劇增加或者累計(jì)變量過大的情況,從而證明了該圍護(hù)方案是安全有效的。

2)在方案選擇正確的前提下,要保證施工過程符合設(shè)計(jì)要求就必須通過各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行判定,讓監(jiān)測數(shù)據(jù)來指導(dǎo)施工,及時(shí)調(diào)整施工步驟,將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài),確?；蛹爸苓叚h(huán)境的安全。

3)在地下水位偏高、水量豐富、地基多為軟弱地基的地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水位的監(jiān)測,以確保地下水位始終在開挖面以下1 m左右的位置,同時(shí)做好承壓水降水,以保證承壓水頭符合設(shè)計(jì)要求。

[1]濟(jì)南大學(xué),萊西市建筑總公司,山東省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)造價(jià)協(xié)會(huì).GB 50497—2009 建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[2]劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2009．

Monitoring and Analysis on Deformation for a Metro Excavation Engineering

SUQiang

2016-05-12

蘇 強(qiáng)(1976—),男,福建廈門人,工程師,從事地鐵監(jiān)理工作。

TU433

B

1008-3707(2016)10-0035-04