地鐵某坑中坑車站基坑開挖監(jiān)測

簡焰坤

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060)

0 引 言

隨著我國城市化進(jìn)程不斷的加快，城市軌道交通得到迅猛的發(fā)展，地鐵已成為各大城市的主要交通設(shè)施[1-3]。修建地鐵車站時容易遇到各種深基坑復(fù)雜工程，且大多屬于具有較大危險性的工程。然而對于基坑工程的安全性而言，影響因素多種多樣，因此必須對基坑工程的變形等進(jìn)行監(jiān)測和控制，以保證基坑工程的安全和質(zhì)量[4-5]。

1 監(jiān)測方案

某明挖法車站主體全長290.475 m，標(biāo)準(zhǔn)段和擴(kuò)大段寬度分別為25 m和40 m，底板深度為17.6 m，為地下二層島式車站。車站北側(cè)為坑中坑型基坑，長90 m，寬30 m，內(nèi)外坑最寬距離為10 m，最窄距離為3 m；外坑基坑深10 m，內(nèi)坑基坑深9.1 m。

基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案如下所示：

根據(jù)基坑現(xiàn)場條件，采用明挖順作法進(jìn)行車站施工，采用軍便梁鋪蓋的方式開挖局部中心里程處，其北側(cè)基坑形式為坑中坑型，采用鉆孔灌注樁的方式作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并設(shè)置三道鋼管內(nèi)支撐于基坑內(nèi)。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)段基坑支護(hù)方案

(1)按照1400 mm間距，布置800 mm樁徑的鉆孔灌注樁于基坑四周，設(shè)置1.4m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂處，并使其兼做抗浮梁，噴射100 mm厚度的混凝土面層和設(shè)置A6.5@150×150 mm的鋼筋網(wǎng)片于樁間，作為噴錨網(wǎng)支護(hù)。

(2)按照間距為7 m和5.5 m的方式設(shè)置3道φ609、壁厚16 mm的鋼管作為水平鋼支撐于基坑內(nèi)，并按照水平和縱向間距在3～4.5 m的范圍內(nèi)設(shè)置斜撐于基坑陰角處。第一道鋼支撐按照6 m間距的方式，使兩端設(shè)置于冠梁上；第二和第三道水平支撐按照3 m間距的方式，使兩端設(shè)置于鋼圍檁上。

1.2 坑中坑型基坑支護(hù)方案

(1)按照1 400 mm的間距，布置樁徑為800 mm的鉆孔灌注樁于外坑側(cè)和內(nèi)坑側(cè)基坑，設(shè)置1.4 m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂，使其兼做抗浮梁，噴射100 mm厚度的混凝土面層和設(shè)置A6.5@150×150 mm的鋼筋網(wǎng)片于樁間，作為噴錨網(wǎng)支護(hù)。

(2)按照6 m的水平間距將一道水平鋼支撐布設(shè)于基坑外側(cè)，并使其支撐于冠梁；按照3 m的水平間距和5.5 m的豎向間距布置2道鋼支撐于基坑內(nèi)側(cè)；第一道內(nèi)支撐分別支撐為基坑內(nèi)側(cè)的冠梁和標(biāo)準(zhǔn)段基坑的鋼圍檁；第二道支撐設(shè)置于鋼圍檁上。

1.3 基坑監(jiān)測的內(nèi)容和項(xiàng)目

(1)樁頂(體)水平位移和樁頂垂直位移分別采用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測范圍為沿基坑邊設(shè)3～4主測面，基坑長短邊的中線和基坑陽角邊，測點(diǎn)間距控制在基坑每邊>3個，測試精度控制在1.0 mm以內(nèi)。

(2)地表沉降采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測，布置范圍為基坑四周距坑邊10 m范圍內(nèi)，按照5～10 m的間距布設(shè)測點(diǎn)，控制測試精度在1.0 mm以內(nèi)。

(3)標(biāo)準(zhǔn)段基坑采用鋼筋砼支撐，采取預(yù)埋式混凝土軸力計(jì)；坑中坑型基坑采用鋼支撐，采取表面式軸力計(jì)，均使用振弦式讀數(shù)儀進(jìn)行監(jiān)測，分別布設(shè)在支撐端部或中部，在每個截面位置按照>4點(diǎn)的方式對稱布置測點(diǎn)。

上述方案量測時間間隔均相同，見表1?；颖O(jiān)測點(diǎn)布置如圖1所示。

表1 量測頻率

圖1 基坑監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

2 周圍建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果分析

在西北角大樓，環(huán)保局大樓，以及東北角大樓(既坑中坑周邊)選取17個測點(diǎn)布置。在東北角大樓距開挖基坑5 m、9 m以及18 m選取具有各自代表性的測點(diǎn)，描繪出位移監(jiān)測曲線。如圖2所示。并在其余大樓測點(diǎn)中選取部分測點(diǎn)，根據(jù)開挖基坑的深度即監(jiān)測順序選測點(diǎn)的沉降數(shù)值繪制成曲線，由于篇幅限制，本文僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)，具體如圖3、圖4所示。

圖2 東北角大樓坑中坑周邊沉降位移曲線圖

從圖2可看出隨著基坑的開挖，坑中坑周圍的豎向位移不斷增加，且在距離基坑9 m處有最大沉降位移9.2 mm。而由于同基坑距離較近，在基坑周邊5 m和9 m處所受開挖基坑的影響較大，且具有相近的位移沉降趨勢，即前期開挖時出現(xiàn)小幅度隆起，中后期出現(xiàn)沉降，而5 m處的隆起和沉降位移變化量遠(yuǎn)小于5 m處；在距基坑較遠(yuǎn)的18 m處，所受開挖基坑的影響較小，沉降位移趨于基本平穩(wěn)，波動值小于3 mm。

圖3 西北角大樓沉降位移曲線圖

圖4 環(huán)保局大樓沉降位移曲線圖

從圖3、圖4可看出，坑中坑周邊建筑物伴隨著基坑的開挖整體呈現(xiàn)出沉降趨勢。由于基坑開挖時土體的擾動，致使原有土體平衡遭到破壞，最為明顯的是土體的豎向位移變形，而后期由設(shè)置了內(nèi)支撐，對坑中支撐力有所填補(bǔ)，對坑外的土體壓力產(chǎn)生一定的抵抗作用，對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形起到了一定的控制作用，使坑中坑周邊建筑的位移變形得到一定的有效控制。而由于采取了分段開挖的方式進(jìn)行施工，使得不同建筑物的位移沉降趨勢有所不同。距離基坑較近的西北角大樓多為隆起狀態(tài)，且由于樓層較低，對周圍的擾動較小，整體隆起趨勢較小；在環(huán)保局大樓處由于距離基坑較遠(yuǎn)，以及開挖基坑時的支護(hù)影響，使該處整體呈現(xiàn)較為平緩的沉降。該建筑物前期施工時均呈現(xiàn)出隆起狀態(tài)，然而隨著基坑的不斷開挖，向下沉降的幅度不斷增大，導(dǎo)致施工后期呈現(xiàn)出向下沉降的位移出現(xiàn)。建筑有附加應(yīng)力在地基上，而支護(hù)樁外側(cè)的主動土壓力會由于附加應(yīng)力而提高，在該種作用下，靠近建筑的樁體變化會有所增加，進(jìn)而降低了樁后土壓力，距離基坑較遠(yuǎn)的監(jiān)測點(diǎn)的位移沉降量小于距基坑較近的監(jiān)測點(diǎn)。

3 樁頂沉降和樁身位移監(jiān)測

3.1 樁頂沉降監(jiān)測結(jié)果

在基坑中選擇39根C01-CY4支護(hù)樁樁進(jìn)行監(jiān)測，并取坑中坑基坑中部外坑側(cè)C12和東北角部外坑側(cè)C13，基坑?xùn)|側(cè)最窄處C14和東南角端部C17進(jìn)行18次監(jiān)測，并將所得數(shù)據(jù)繪制成位移曲線，如圖5所示。

圖5 樁頂沉降曲線圖

從圖5可看出，C12樁的橫撐具有較大的支撐力度，且縱向基坑處無土壓力存在，整體具有較大的位移變化量，且隨著基坑的開挖和內(nèi)支撐的施加整體出現(xiàn)起伏趨勢；C13樁由于設(shè)置斜撐作為內(nèi)支撐，且基坑跨度較小，在施工時損失了較大的預(yù)應(yīng)力，樁頂具有較為平緩的沉降，無明顯的突變趨勢，穩(wěn)定于0.1 mm處；在C14樁處由于施工為由東至西進(jìn)行，因此施工并無造成較大的影響，故該處樁頂具有最小的位移量；C17樁處設(shè)置有部分斜撐，且坑邊堆載具有較大的變化情況，在初期和后期的監(jiān)測中樁頂具有上升的突變位移，具有較大幅度的隆起變形情況，其余階段則保持在小幅度位移的穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 樁身位移監(jiān)測結(jié)果

監(jiān)測基坑中的CX01-CX17共17根支護(hù)樁，按照間距為0.5 m的方式在每根樁樁頂?shù)綐兜自O(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。其中選取三根較有代表性的樁的5次監(jiān)測數(shù)據(jù)作分析，三根支護(hù)樁分別為CX07、CX13和CX15。數(shù)據(jù)分析如圖6～圖8所示。

圖6 CX07樁水平位移示意圖

圖7 CX13樁水平位移示意圖

圖8 CX13樁水平位移示意圖

從圖6～圖8可看出，支護(hù)樁樁身的水平位移隨著基坑的不斷開挖而不斷增大。在施工時，樁頂處有樁身的最大水平位移出現(xiàn)。當(dāng)土體在開挖時，由于對原有土體產(chǎn)生一定的擾動，導(dǎo)致在施工前期的樁身水平位移有較大的增加速率；樁身的水平位移在施工后期則趨于穩(wěn)定。CX13樁由于長達(dá)23 m，以及周圍環(huán)境的多變性，導(dǎo)致樁身變形具有較多的突變點(diǎn)；跟CX13樁相比，CX07和CX15樁的位移變化較為平穩(wěn)，整體變形較為顯著。三根支護(hù)樁的水平位移最大值均出現(xiàn)在第五次監(jiān)測中，其中CX07樁在距地面0.5 m處有最大位移出現(xiàn)，為7.90 mm；CX13樁在距地面2 m處有最大位移出現(xiàn)，為8.20 mm，CX15樁在距地面1 m處有最大位移出現(xiàn)，為10.15 mm。

4 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測結(jié)果分析

選取坑中坑基坑處所設(shè)置的內(nèi)支撐監(jiān)測ZL11，ZL13位置的三層支撐軸力，其中第一層內(nèi)支撐為ZL11-01和ZL13-01，第二層內(nèi)支撐為ZL11-02和ZL13-02，第三層內(nèi)支撐為ZL11-03和ZL13-03，軸力變化曲線如圖9所示。

圖9 內(nèi)支撐軸力曲線圖

基坑外側(cè)土壓力的累計(jì)值隨著基坑開挖深度的增加而較大，由于支護(hù)樁的位移變形朝向坑內(nèi)，導(dǎo)致有較大的端部荷載需由內(nèi)支撐承受，不斷增大了三道內(nèi)支撐的軸力。在施加新內(nèi)支撐的時候，三層內(nèi)支撐相互影響，土體對原有內(nèi)支撐的壓力逐漸減小，軸力具有減小的突變趨勢，在新內(nèi)支撐施加完成后趨于平穩(wěn)。由于基坑具有較大的深度，第一和第二層內(nèi)支撐具有較為穩(wěn)定的軸力，且整體的變化較小，曲線較為平緩，在完工前期第三層內(nèi)支撐的軸力較為平穩(wěn)，而在完成施工的后期則有明顯的增大趨勢。ZL13-01處的內(nèi)支撐由于坑頂處堆載較為長期，且周邊建筑物同基坑距離較近，應(yīng)力較為擴(kuò)散，致使該處第一層內(nèi)支撐的軸力同ZL11-01處的內(nèi)支撐軸力相比較大，而后期由于未能及時清除施工荷載等原因，導(dǎo)致該處的樁后主動土壓力進(jìn)一步增加，為使樁后主動土壓力有所平衡導(dǎo)致該處內(nèi)支撐軸力不斷增加。該處具有較為良好的下層土體，變形較小，ZL13-02處和ZL13-01處相比具有較小的軸力，在添加了第三層內(nèi)支撐后，ZL13-01處的軸力得到緩解。

5 結(jié) 論

本文以某地鐵車站坑中坑型基坑工程為依托，通過對坑中坑新基坑樁-撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及受力進(jìn)行分析研究，共得到以下結(jié)論：

(1)隨著基坑的開挖周邊建筑物的豎向位移不斷增加?；娱_挖對距離較近的建筑物影響較大，在位移前期有小幅度隆起趨勢，中后期則呈現(xiàn)出沉降的趨勢；基坑的開挖對距離較遠(yuǎn)的建筑物影響較小，位移基本趨于平緩下沉趨勢。

(2)隨著基坑的開挖支護(hù)樁的水平位移不斷增大，樁頂處為最大位移。在設(shè)計(jì)時需增強(qiáng)支護(hù)樁的頂部整體性和強(qiáng)度。

(3)坑中坑型基坑三層內(nèi)支撐相互作用，且軸力逐漸增大。第一和第二道內(nèi)支撐的變化較小，整天較為穩(wěn)定；在施工前期第三道內(nèi)支撐較為穩(wěn)定，而后期呈現(xiàn)出增大的趨勢，因此需對第三道支撐加強(qiáng)設(shè)計(jì)和后期監(jiān)測。