砂卵石地層基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)受力測(cè)試分析

王虎標(biāo)

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000)

隨著我國地下空間的不斷開發(fā)，城市軌道交通逐漸成為地下空間建設(shè)的重點(diǎn)，目前我國城軌線網(wǎng)獲得審批的城市已有60多座，總規(guī)劃線路達(dá)7 000 km。而作為軌道交通重點(diǎn)的地鐵車站深基坑工程也遇到越來越多的工程難題并受到學(xué)者們的關(guān)注，主要體現(xiàn)在：(1)地鐵車站基坑開挖深度不斷增大，30 m以上深度的地鐵車站深基坑工程不斷涌現(xiàn)；(2)地鐵車站往往設(shè)置在城市繁華地帶，采用明挖法施工時(shí)作業(yè)場(chǎng)地狹窄，再加之開挖工序繁多，使得組織管理難度增大，嚴(yán)重影響施工效率。

烏魯木齊軌道交通1#線工程是烏魯木齊市修建的首條地鐵工程，主要穿越砂卵石地層，也是新疆地區(qū)修建的第一條軌道交通工程。項(xiàng)目建設(shè)管理方缺乏地鐵基坑土方開挖的工程經(jīng)驗(yàn)，只能借鑒國內(nèi)其他地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，難以把握車站基坑施工過程中的安全性。因此，本文依托軌道交通1#線工程15標(biāo)宣仁墩車站基坑土方開挖工程，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地表沉降、樁體水平變形、樁頂水平位移和鋼支撐軸力等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，為該類地層基坑工程設(shè)計(jì)與施工提供參考與借鑒。

1 工程概況

宣仁墩站為地下二層雙柱三跨島式車站，車站外包總長229.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段外包寬度20.9 m，車站底板埋深16.26～18.65 m，有效站臺(tái)中心處的頂板覆土厚度約3.1 m。

車站采用明挖順作法施工，全外包防水做法，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為混凝土灌注樁排樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，樁間采用100 mm厚掛網(wǎng)噴射混凝土。根據(jù)車站主體基坑變形控制保護(hù)等級(jí)的不同，將宣仁墩站基坑圍護(hù)形式分為兩種，如表1所示。

其中，灌注樁采用C30混凝土(水下澆筑時(shí)強(qiáng)度提高一級(jí))；樁間噴射混凝土采用C25早強(qiáng)混凝土。鋼筋混凝土支撐、板撐、和冠梁均采用C30混凝土；鋼圍檁與混凝土圍護(hù)樁之間的空隙采用強(qiáng)度不低于C30的細(xì)石混凝土填嵌密實(shí)。

2 基坑開挖方案

宣仁墩車站為鋼筋混凝土雙層框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)平面型式為長條形，內(nèi)支撐型式為對(duì)撐，端部為角撐，第1、2、3層支撐均采用鋼支撐，第1層支撐間距為6 m，第2、3層支撐間距為3 m，基坑外圍場(chǎng)地狹窄，機(jī)械作業(yè)空間不足。為了解決基坑土方挖運(yùn)問題，宣仁墩車站采用基坑拉槽分層開挖方案，其核心技術(shù)是在鋼支撐下方開挖一條梯形土槽，作為土方的開挖和運(yùn)輸通道。根據(jù)首道支撐形式以及土體自穩(wěn)能力，拉槽分層開挖分兩種形式：7軸-28軸采取縱向分層拉槽開挖，由28軸向7軸方向進(jìn)行，土方車直接開進(jìn)基坑進(jìn)行裝土外運(yùn)，出土坡道坡度為17.5°，地表土挖至冠梁底，其他挖至支撐下0.5 m；1軸-7軸采取反鏟挖機(jī)接力開挖，由7軸向1軸方向進(jìn)行，挖機(jī)置于每層土臺(tái)階上部，挖土甩至臺(tái)階后方，由最上層臺(tái)階挖機(jī)負(fù)責(zé)裝土，每層土挖至支撐下0.5 m。小里程端局部土方由挖機(jī)裝至土斗，由布置基坑邊的起吊設(shè)備垂直吊運(yùn)裝車出土。

3 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

為判定地鐵車站基坑工程在施工期間的安全性，在基坑施工全過程對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為地表沉降、樁體水平變形、樁頂水平位移和鋼支撐軸力，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的控制值取值一級(jí)時(shí)0.2%H，且≤30 mm；特級(jí)時(shí)0.1%H或30 mm，兩者取小值。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置平面圖

3.1 地表沉降分析

車站地表沉降測(cè)點(diǎn)中DB-06～DB10沉降值最大，為-7.8 mm，占控制值的26%，其他斷面地表沉降量一般為-3～-4 mm，均符合規(guī)范要求。對(duì)具有代表性的DB-06斷面進(jìn)行分析，沉降測(cè)點(diǎn)的時(shí)態(tài)曲線，如圖2所示。

圖2 DB-06斷面地表沉降測(cè)點(diǎn)變形時(shí)態(tài)曲線

由圖2可以看出：地表各測(cè)點(diǎn)沉降量隨時(shí)間而增大，即隨開挖深度的增大而增大，且曲線呈階段性增大趨勢(shì)，在開挖第一層土方時(shí)對(duì)地表沉降影響不大，開挖第二層和第三層土方時(shí)測(cè)點(diǎn)沉降值均會(huì)明顯增大，而在開挖同一層土方但距離監(jiān)測(cè)斷面較遠(yuǎn)時(shí)，該監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)較穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生明顯的沉降現(xiàn)象。

3.2 樁體水平變形分析

選取ZQT12～ZQT25樁體水平變形為研究對(duì)象，其中ZQT-18樁體變形量最大，為14 mm，占控制值的46.7%，其他樁變形量均較小，最大變形量均不超過7.7 mm(占控制值的25.7%)，均符合規(guī)范要求。以具有代表性的ZQT-14樁體為例進(jìn)行分析，將樁體變形分為基坑施工過程和車站主體結(jié)構(gòu)澆筑過程兩個(gè)階段進(jìn)行分析，基坑圍護(hù)樁體水平位移如圖3。

圖3 ZQT-14樁體水平位移

(1)由圖3(a)可以看出，樁體各測(cè)點(diǎn)隨開挖深度的增大而增大，其中樁頂部位的變形量最大，為7.7 mm；開挖第一層土方時(shí)，變形最大值出現(xiàn)在樁頂處。隨著土方開挖深度的增大，變形量逐漸向樁體中部移動(dòng)，集中在樁體7～9 m位置處，樁體中部位移最大值為6.8 mm。

(2)由圖5(b)可以看出，在基坑土方開挖工程結(jié)束后，隨著主體結(jié)構(gòu)的施工進(jìn)度的增加，樁體變形量逐漸減小。主體結(jié)構(gòu)封頂后，樁體變形量最大值出現(xiàn)在10 m位置處，為4.38 mm。

3.3 樁頂水平位移分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示車站ZQS-08樁頂水平位移值最大，為-12.6 mm，占控制值的42.7%，符合規(guī)范要求，ZQS-06～ZQS-09樁頂水平沉降測(cè)點(diǎn)的時(shí)態(tài)曲線如圖4所示。

圖4 ZQS-06～ZQS-09樁頂水平位移時(shí)態(tài)曲線

由圖4可以看出，樁頂水平位移量隨時(shí)間而逐漸增大，即隨開挖深度增大而增大，并且曲線呈現(xiàn)出階段性增大趨勢(shì)。即在開挖第一層土方時(shí)對(duì)樁頂位移影響不大，開挖第二層和第三層土方時(shí)測(cè)點(diǎn)位移值增大較明顯；而在開挖同一層土方但距離監(jiān)測(cè)斷面較遠(yuǎn)時(shí)，該監(jiān)測(cè)斷面測(cè)點(diǎn)較穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生明顯的位移現(xiàn)象。

3.4 鋼支撐軸力分析

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示2014年9月28日～10月28日鋼支撐軸力值均在規(guī)范要求范圍以內(nèi)，但每日變化較大，分析原因主要是由于鋼支撐軸力受溫度影響明顯。為確定溫度對(duì)其的影響程度，于2014年11月20日～22日記錄不同時(shí)刻不同溫度時(shí)宣仁墩車站基坑鋼支撐軸力，處理得到鋼支撐單位溫度軸力變化量，如表2所示。

表2 鋼支撐單位溫度軸力變化量 KN

由表3可以看出，11月20日單位溫度軸力變化量為11.5～62.7 KN，平均值42 KN；11月21日單位溫度軸力變化量22.8～48.8 KN，平均值35.7 KN；11月22日單位溫度軸力變化量10.3～38.8 KN，平均值21.6 KN。其中11月22日由于有日照，接受和不能接受光照的鋼支撐溫度變化不一致，并且由于測(cè)溫方式為測(cè)量大氣溫度而不是鋼支撐溫度，不能很好地反映鋼支撐溫度的改變，因此剔除本日數(shù)據(jù)，僅以11月20日和21日兩天的鋼支撐單位溫度軸力變化量進(jìn)行分析，兩日的單位溫度軸力變化量取平均值為38.8 KN。

4 結(jié) 語

通過分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到，宣仁墩站地表沉降測(cè)點(diǎn)最大沉降值在施工過程中達(dá)到控制值的26%，大部分測(cè)點(diǎn)沉降值為控制值的10%～13.3%；樁體水平位移最大值占控制值的25.7%；樁頂水平位移占控制值的42.7%；鋼支撐軸力受溫度影響明顯，單位溫度軸力變化量約為38.8 KN，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范控制值要求，說明當(dāng)前針對(duì)烏魯木齊城市軌道交通1#線砂卵石地層基坑工程采用的開挖方案和圍護(hù)結(jié)構(gòu)是合理的，可以保證施工過程中車站基坑的穩(wěn)定性。