杭州地鐵深厚軟土地區(qū)基坑開挖性狀分析研究

王 同 華

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100034)

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杭州地鐵深厚軟土地區(qū)基坑開挖性狀分析研究

王 同 華

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，北京 100034)

結(jié)合杭州地鐵2號(hào)線西北段站點(diǎn)工程的地質(zhì)條件，介紹了工程主體的基坑支護(hù)方案，并從墻體測(cè)斜、土體測(cè)斜、鋼支撐軸力、地表沉降等方面，對(duì)基坑開挖過程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，得出的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基坑施工提供了依據(jù)。

地鐵，基坑，支護(hù)結(jié)構(gòu)，監(jiān)測(cè)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，全國(guó)范圍內(nèi)軌道交通建設(shè)規(guī)模日益增加。軌道交通行業(yè)的發(fā)展無疑大大方便了城市居民的出行，提高了城市的生活品質(zhì)，對(duì)城市的發(fā)展也起到很大的促進(jìn)[1]。但城市中修建地鐵車站的過程是漫長(zhǎng)的，一般一座車站長(zhǎng)達(dá)2年～3年之久，這對(duì)城市的道路交通和路面、周邊建構(gòu)筑物、各種地下管線等等都有不同程度的影響。一旦基坑開挖過程中出現(xiàn)基坑涌水、支撐失效等造成地面塌陷、建(構(gòu))筑物傾斜、管線爆裂等事故，對(duì)人民的生活、生命財(cái)產(chǎn)安全都將造成重大深遠(yuǎn)的影響。對(duì)于一座城市中修建地鐵深基坑，尤其是擬建場(chǎng)地為深厚軟土，其特有的流變性等特性使得基坑開挖過程中的挖土效率和墻體變形難以控制。因此軟土的開挖基坑需要及時(shí)總結(jié)不同土層中基坑開挖的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以便于后期施工車站可以作為前車之鑒[2，3]。

1 基坑實(shí)例

1.1 工程概況

某地鐵為杭州地鐵2號(hào)線西北段站點(diǎn)，沿文二西路東西走向布置，并跨路口，西抵河道。車站為地面二層標(biāo)準(zhǔn)車站，頂板覆土2.5 m～3.82 m。車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段深度約為16 m～17.3 m，寬度為21.3 m，基坑平面大致呈長(zhǎng)方形。

主體基坑周邊地塊大都為已建用地，車站東南側(cè)為嘉綠苑北13層已建高層住宅，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，設(shè)有1層人防地下室，緊貼高層外為2層臨街商鋪，其基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁，距離東端頭井約6.6 m；車站西南及西北側(cè)為綠地，西側(cè)為蓮花港河，距離車站主體基坑約6.6 m；北側(cè)為益樂新村3層淺基礎(chǔ)住宅，距離主體基坑約27 m。

文二西路十字路口下方有大量地下管線存在，有電力、通信、燃?xì)?、給水、雨水和路燈管道等多種地下管道。其中橫穿車站頂板的直徑1 000 mm的污水管及直徑500 mm的雨水管，設(shè)計(jì)采取永久就近改遷至車站結(jié)構(gòu)東側(cè)頂板上方。其他管線施工期間臨時(shí)改遷至主體基坑周邊，或采用懸吊保護(hù)措施，待施工完成后重新遷至原處。

1.2 工程地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地屬于第四紀(jì)濱海湖沼相沉積平原，地貌形態(tài)單一。場(chǎng)地原地形大部分為魚塘和農(nóng)田等，后經(jīng)回填建設(shè)形成現(xiàn)繁華城區(qū)。開挖深度影響范圍內(nèi)以深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土等飽和軟土為主。地下水位穩(wěn)定在地表以下1.0 m左右，地基土層主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見表1[4]。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

2 基坑開挖過程情況分析

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

主體基坑采用圍護(hù)+內(nèi)支撐，圍護(hù)墻體采用0.8 m地下連續(xù)墻，基坑深度約16.6 m，插入比為 1∶1.02，墻趾進(jìn)入⑦1層粘土層。內(nèi)支撐自上而下為一道混凝土支撐+四道φ609鋼支撐。坑底以下3 m深采用裙邊+抽條二重管旋噴加固。主體基坑根據(jù)交改和管線遷改情況，在十字交叉路口設(shè)置一處封堵墻，將主體基坑分為東基坑和西基坑。并且在十字交叉路口采用全鋪蓋，其他為半鋪蓋結(jié)合全鋪蓋?；迂Q向支撐布置及土層情況見圖1。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置情況

為監(jiān)測(cè)基坑開挖過程中圍護(hù)墻體、支撐構(gòu)件、地面及鄰近建筑物的變化情況，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置了多個(gè)測(cè)試項(xiàng)目[5，6]。本文主要對(duì)墻體測(cè)斜、土體測(cè)斜、鋼支撐軸力、地表沉降的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行分析論述。

2.3 理論計(jì)算說明

1)墻體測(cè)斜及支撐軸力理論計(jì)算是根據(jù)JGJ 120—2012建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程中關(guān)于彈性支點(diǎn)法計(jì)算圍護(hù)墻+內(nèi)撐的計(jì)算理論，計(jì)算不同開挖階段外側(cè)水土壓力與坑內(nèi)支撐水平軸力和被動(dòng)區(qū)土體抗力平衡，同時(shí)根據(jù)支撐軸力結(jié)合支撐剛度計(jì)算，算出支撐處發(fā)生的位移，最后按增量法逐級(jí)算出每個(gè)開挖步下的墻體位移增量，以疊加得出墻體水平位移即測(cè)斜累計(jì)值。其中本場(chǎng)地為深厚飽和軟土，因此采用水土合算計(jì)算側(cè)向水土壓力，土壓力理論根據(jù)規(guī)程采用朗肯主動(dòng)土壓力理論計(jì)算。

2)地表沉降理論計(jì)算：根據(jù)同濟(jì)拋物線理論，對(duì)于有較大的入土深度或墻體入土在剛性較大的地層內(nèi)，墻體的變位類同于梁的變位，此時(shí)地表沉降最大值不是在墻旁，而是位于離墻一定距離的位置上，即地面沉降按正態(tài)分布曲線(拋物線法)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，此方法與一般地鐵基坑地面沉降趨勢(shì)相吻合。

2.4 主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

1)地墻測(cè)斜及土體測(cè)斜。選取東基坑標(biāo)準(zhǔn)段，其在基坑開挖到底時(shí)理論計(jì)算墻體位移如圖2所示[7]。

結(jié)構(gòu)回筑階段理論計(jì)算墻體位移如圖3所示。

2)鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)。選取東基坑標(biāo)準(zhǔn)段，其理論計(jì)算鋼支撐軸力值和現(xiàn)場(chǎng)基坑開挖到底時(shí)(2015年1月16日)鋼支撐的實(shí)際軸力監(jiān)測(cè)值如圖4所示。

3)地面沉降監(jiān)測(cè)。車站主體基坑施工完畢后的地面沉降監(jiān)測(cè)值如圖5所示。

2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

由上圖中數(shù)據(jù)綜合對(duì)比分析如下：

1)基坑開挖至坑底時(shí)，墻體測(cè)斜理論計(jì)算值為23.9 mm，而監(jiān)測(cè)值為52.11 mm，其原因主要如下：a.鋼支撐預(yù)加軸力消散后，未及時(shí)復(fù)加，以至于鋼支撐軸力過小，見圖5。此斷面內(nèi)支撐的軸力值總和為810.5 kN/m，而理論計(jì)算值水平外力總和達(dá)1 309.3 kN/m，即相當(dāng)于實(shí)際監(jiān)測(cè)軸力值僅為理論水平外力值的61.9%。如此小的支撐軸力是導(dǎo)致墻體測(cè)斜偏大的主要原因。b.現(xiàn)場(chǎng)鋼支撐接頭過多，部分鋼支撐已達(dá)5個(gè)接頭，超出設(shè)計(jì)要求支撐不超過4個(gè)的要求，且局部鋼支撐預(yù)埋鋼板與支撐未頂緊。c.基坑開挖時(shí)，根據(jù)巡檢人員反映，該斷面鄰近十字交叉路口蓋板，而蓋板下方土方掏挖困難，施工現(xiàn)場(chǎng)未按照設(shè)計(jì)要求及時(shí)架設(shè)鋼支撐，且存在超挖現(xiàn)象。d.該基坑地質(zhì)條件差也是墻體測(cè)斜值偏大的重要原因，見圖1。本基坑開挖范圍內(nèi)主要為淤泥質(zhì)粘土。本工程場(chǎng)地屬于濱海湖沼相沉積平原，原為魚塘，因此軟土厚度達(dá)23.7 m深，其為深厚淤泥質(zhì)土體，因此開挖難度相對(duì)較大。該軟土具體天然含水量大、孔隙比大、壓縮系數(shù)高、強(qiáng)度低，并具有蠕變性、觸變性等特殊的工程地質(zhì)性質(zhì)，在此場(chǎng)地中開挖深基坑，墻體測(cè)斜難以控制。

2)土體測(cè)斜值相對(duì)墻體測(cè)斜值趨勢(shì)一致，但數(shù)值偏小。主要是由于此處土體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離圍護(hù)墻體約1.5 m，且測(cè)斜管豎向深度范圍內(nèi)大多為深厚淤泥，軟土在基坑開挖過程中其土體位移情況較為復(fù)雜，此項(xiàng)監(jiān)測(cè)值僅能作為基坑變形情況的參照。

3)地表沉降監(jiān)測(cè)最大值和理論計(jì)算值雖然趨勢(shì)相同，但相比而言，實(shí)測(cè)沉降值偏大，且沉降影響范圍也偏大。分析其原因主要如下：a.因?yàn)榈孛娉两迭c(diǎn)靠近基坑約12 m范圍內(nèi)設(shè)置在原有道路硬殼層中，其沉降量相對(duì)于設(shè)置在原狀土中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降值偏小。由此分析鄰近基坑處約12 m范圍內(nèi)的實(shí)際地表沉降值應(yīng)比目前檢測(cè)值偏大。也即地表沉降值比理論計(jì)算值大約1.2倍。b.軟土自身的蠕變性和觸變性使得隨著基坑開挖深度的加深，其影響范圍增大，根據(jù)本基坑16.6 m深，其影響范圍約為30 m，相當(dāng)于基坑開挖深度的1.8倍。沉降量最大處約在距離基坑1倍挖深的位置。距離基坑10 m～21 m處地面沉降值在4 cm～6 cm范圍內(nèi)。由此可推測(cè)在深厚軟土區(qū)域開挖標(biāo)準(zhǔn)地下2層車站時(shí)，要重點(diǎn)考慮對(duì)距離基坑0.6倍～1.4倍挖深位置的淺基礎(chǔ)建(構(gòu))筑物的影響問題。

3 結(jié)語

根據(jù)杭州地鐵1號(hào)線基坑科研成果，杭州按地層可劃分為六大類地層，而城西深厚的軟土地層是典型地貌形態(tài)單一第四紀(jì)濱海湖沼相沉積平原，在此深厚飽和軟土地質(zhì)中進(jìn)行深基坑開挖，其基坑內(nèi)力和相對(duì)應(yīng)的變形性狀問題是城市中修建地鐵需要深入分析總結(jié)的課題。本文僅以地鐵2號(hào)線西北段深厚淤泥質(zhì)軟土中的第一座標(biāo)準(zhǔn)地下兩層站的理論計(jì)算和實(shí)測(cè)結(jié)果值的對(duì)比分析。目前本站已于2015年9月主體基坑全部完工，本基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析具有指導(dǎo)意義。

但是，限于每個(gè)基坑具有自身特點(diǎn)，地質(zhì)條件和周邊環(huán)境條件復(fù)雜性不同，還須深入分析總結(jié)并繼續(xù)研究深厚軟土中基坑開挖過程中的以下問題：

1)深厚軟土中深基坑開挖對(duì)鄰近的淺基礎(chǔ)房屋影響的程度如何量化并評(píng)判其風(fēng)險(xiǎn)程度。2)深基坑開挖過程中，對(duì)于設(shè)置有半鋪蓋的情況下，首道混凝土支撐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)日變量達(dá)1 000 kN，車輛反復(fù)的碾壓蓋板對(duì)此處混凝土支撐的軸力監(jiān)測(cè)影響情況如何；混凝土支撐監(jiān)測(cè)手段如何適應(yīng)動(dòng)載下的構(gòu)件監(jiān)測(cè)。

[1] 錢七虎.迎接我國(guó)城市地下空間開發(fā)高潮[J].巖土工程學(xué)報(bào)，1998(1)：112-113.

[2] 曹 蕓.軟土地區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究[J].建筑工程，2012(14)：79.

[3] 應(yīng)宏偉，楊永文. 杭州深厚軟黏土中某深大基坑的性狀研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2011(12)：88.

[4] 杭州市勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.《杭州地鐵2號(hào)線一期工程西北段(Ⅱ標(biāo)段)詳細(xì)勘察階段豐潭路站(巖土工程勘察報(bào)告)》[R].2011：4.

[5] 北京中天路通工程勘測(cè)有限公司.杭州地鐵2號(hào)線XX路站施工監(jiān)測(cè)方案[Z].2014.

[6] 楊有海，王建軍，武進(jìn)廣，等.杭州地鐵秋濤路車站深基坑信息化施工監(jiān)測(cè)分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2008,30(10):1550-1554.

[7] JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

Analysis of Hangzhou subway excavation characters in deep silty soft soil

Wang Tonghua

(BeijingUrbanConstructionDesign&DevelopmentGroupCo.,Limited,Beijing100034,China)

Combining with geological conditions of northwest station section engineering of Hangzhou subway line No.2, the paper introduces the major engineering foundation support scheme. Starting from aspects of lateral wall, lateral earthwork, steel bearing axis force, and surface subsidence, it carries out foundation excavation monitoring, and finally obtains monitoring data, which will provide some guidance for foundation construction.

subway, foundation pit, support structure, monitoring

1009-6825(2016)13-0081-03

2016-02-23

王同華(1983- )，女，碩士，工程師

TU473.2

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