南京某工程深基坑地連墻支護(hù)體系變形規(guī)律研究

溫 慧 武

(太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030002)

中國的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市建設(shè)步伐相對較快，主要城市都在爭相發(fā)展地鐵運(yùn)輸。并且大多數(shù)地鐵運(yùn)輸都會(huì)經(jīng)過城市的主要商業(yè)區(qū)和行政區(qū)，因此地鐵的施工主要分布在城市的大樓之下、管網(wǎng)之中，這也就導(dǎo)致地鐵的施工環(huán)境復(fù)雜、施工難度較大。除此之外，在城市中大面積開挖基坑風(fēng)險(xiǎn)巨大，這就要求工程設(shè)計(jì)單位提出更安全的設(shè)計(jì)方案，以保證地鐵周圍建筑的安全以及地下管網(wǎng)的正常運(yùn)行。

從工程的角度來看，深基坑的設(shè)計(jì)已經(jīng)從最初的強(qiáng)度控制發(fā)展到今天的變形控制和系統(tǒng)控制，因此深入研究深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律對深基坑的優(yōu)化設(shè)計(jì)非常重要。國內(nèi)外學(xué)者都對這方面進(jìn)行了深入的探討。唐夢雄，陳如貴等人研究了基坑變形與環(huán)境影響之間的關(guān)系。王衛(wèi)東等在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻的條件下，對基坑深部的變形特征和相關(guān)特征方面進(jìn)行了研究。李舒等統(tǒng)計(jì)了北京市37種基坑開挖方法，通過分析得到了該地區(qū)由于深基坑開挖所引起的墻體變形規(guī)律，并加以計(jì)算得到了深基坑變形量與主變形量范圍的比值。嚴(yán)文斌通過對武漢地鐵2號(hào)線中金崖苑站監(jiān)測資料的分析，明確了軟土層中深基坑地連墻的變形特征及其主要影響因素。張欽喜等將深圳市地鐵2號(hào)線中車站的基坑實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)與軟件計(jì)算相結(jié)合，并且依托實(shí)際工程背景，詳細(xì)研究了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律。劉巖等通過結(jié)合上海市地鐵8號(hào)線車站的實(shí)用技術(shù)，對基坑擋土墻的變形特征進(jìn)行了分析。任建喜等對北京市地鐵深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)基坑的開挖深度與時(shí)間都會(huì)對圍樁的最大水平位移產(chǎn)生影響。本文依托南京地鐵站深基坑施工的實(shí)際工程背景，結(jié)合基坑的實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)，對地連墻的變形進(jìn)行了深入研究，旨在為江蘇省深基坑工程施工提供參照。

1 工程概述

南京軌道交通2號(hào)線順利門站位于京漢路與江漢路的江漢路之間，與江漢路平行。車站的東側(cè)是京阪太極線1號(hào)線的橋，西側(cè)是新扎門地下通道，西南側(cè)距離基坑約3.5 m，是RT-Mart超市的三樓地下室，地下1層(基本型筏式地基)武漢造船工業(yè)總公司西北30層，距基坑約53 m；東北28層高的建筑(地基為樁基)距基坑約13 m，東南側(cè)正在等待開放空間。

2 場地工程地質(zhì)條件

在鉆探深度范圍內(nèi)，主要為第四紀(jì)沖、洪積而形成的素填土、黃土狀粉土，以及二疊紀(jì)形成的砂巖為主。根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，將場地土分為四層。土層特性由地面往下分別為：第①層為素填土：呈灰黃色、黃褐色，局部為全風(fēng)化砂巖，含大量小礫石、小碎石等,表層為耕土，含植物根系，層厚0.3 m～3.5 m。第②層為黃土狀粉土：呈黃褐色，稍密～中密，稍濕～濕，無搖振反應(yīng)，含鐵錳結(jié)核及小姜石，局部夾大量小礫石、小碎石，局部夾粉質(zhì)粘土薄層，含白色菌絲，見大孔隙，含碳屑。屬中等壓縮性土。層頂埋深0.3 m～3.5 m，層頂黃海高程148.51 m～192.59 m，層厚0.8 m～5.9 m。第③層砂巖：呈灰黃色，局部灰白色，全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化，裂隙發(fā)育，結(jié)構(gòu)較破碎，局部層頂風(fēng)化為小碎石。層頂埋深0.5 m～6.2 m，層頂黃海高程139.73 m～207.31 m,層厚1.9 m～6.3 m。第④層砂巖：呈灰黃色，局部紅褐色，中風(fēng)化，裂隙發(fā)育，局部層頂結(jié)構(gòu)較破碎。層頂埋深3.5 m～8.9 m，層頂黃海高程136.63 m～203.91 m,勘察深度范圍內(nèi)最大揭露層厚為17.7 m。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)

地鐵車站的主要支護(hù)結(jié)構(gòu)是800 mm厚的連續(xù)地下墻，并帶有內(nèi)部支撐。地下室的連續(xù)壁通過剛性工字梁連接，最大人類深度為50.8 m～53.1 m。支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是在標(biāo)準(zhǔn)部分設(shè)置四個(gè)支撐結(jié)構(gòu)。第一個(gè)支撐結(jié)構(gòu)選用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支撐，其余3個(gè)采用鋼結(jié)構(gòu)支撐，其中第三個(gè)支撐結(jié)構(gòu)選用雙分裂支撐。蓋板鉆孔部分設(shè)計(jì)有五個(gè)支架，第二個(gè)采用鋼支架。另一根是鋼筋混凝土柱，頂部有五根柱子，第一根是鋼筋混凝土柱，第二到第五根柱是鋼柱，第四根柱是雙分裂柱。鋼柱由直徑為609 mm，壁厚為16 mm的鋼管制成。為了增加基坑的穩(wěn)定性，在五個(gè)大角落安裝了300厚的C30混凝土角架。

4 具體監(jiān)測方案

為保證監(jiān)測的準(zhǔn)確性以及實(shí)時(shí)性，對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面的三維連續(xù)監(jiān)測，并增加了支撐結(jié)構(gòu)敏感區(qū)域內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)和監(jiān)測項(xiàng)目的數(shù)量，另外還進(jìn)行關(guān)鍵監(jiān)測，并對主要組件之外的區(qū)域進(jìn)行了系統(tǒng)監(jiān)測。墻頂水平(ZQS)、沉降(ZQC)的監(jiān)測布點(diǎn)間距不大于15 m，墻體水平(ZQT)的監(jiān)測布點(diǎn)間距不大于30 m，并且每個(gè)監(jiān)測斷面都設(shè)有較為完整的監(jiān)測體系。如圖1所示為車站支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)位布置斷面圖。

在支撐結(jié)構(gòu)的鋼筋籠中埋有緊束的測斜管，方法是將測斜管直接粘貼到連續(xù)墻壁鋼筋籠中，以達(dá)到固定的目的，隨即沉入凹槽中。放樣間隔小于1.5 m。固定管和加固籠必須牢固放置，以便在澆筑混凝土?xí)r斜管不會(huì)掉落。泥漿的浮力可防止混凝土漂浮或向側(cè)面移動(dòng)。捆扎時(shí)，調(diào)整方向，使管道上的一對測量槽垂直于基坑的側(cè)面。管道的底部必須與鋼筋籠的底部齊平或略低于鋼筋籠的底部，并且頂部要達(dá)到地面或?qū)虮诘捻敳俊＿B接測斜儀管的管段時(shí)，上下管段的斜槽必須彼此對齊，以使測斜儀的探頭在管中平穩(wěn)工作，并且要利用彈性密封劑或密封條來將接頭密封。位于墻頂部的水平位移監(jiān)測點(diǎn)和垂直位移監(jiān)測點(diǎn)是共用的。具體方法是在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的冠梁處開孔，將定制的監(jiān)測點(diǎn)棱鏡對中螺栓插入預(yù)先開孔，隨即用大理石膠固定。對中螺栓要豎直放置，這樣定制棱鏡就可以繞螺栓自由轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到在任意方向定向的目的。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在地鐵深基坑的開挖施工過程中，地連墻的變形量(墻體位移、墻頂位移、墻底沉降)是判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定的主要因素。因此必須對檢測項(xiàng)目進(jìn)行全面分析。本文針對地鐵車站具有代表性的ZQT1，ZQT9兩個(gè)擴(kuò)大段以及ZQT05，ZQT13兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段墻體的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了具體分析。

5.1 墻體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

地鐵車站西側(cè)是最早的擴(kuò)大開挖段，如圖2所示是布置的墻體變形監(jiān)測點(diǎn)ZQT1所得到的位移變化曲線。通過圖2可以看出，在基坑開挖前，墻體并無位移變化。在第二道鋼支撐結(jié)構(gòu)施工完畢后，距墻頂11 m深處的墻體由于受到主動(dòng)土壓力向內(nèi)發(fā)生變形，位移量為17.42 mm。隨著開挖深度增加，墻體的變形量也逐漸增加。當(dāng)基坑挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高并架設(shè)第三道鋼支撐之后，距墻頂13 m深處的墻體的位移量達(dá)到了52.71 mm，待基坑底板澆筑完成后墻體變形量減少?？梢钥闯觯瑝w變形主要集中在7 m～16 m深度處。

地鐵車站東側(cè)的擴(kuò)大開挖段吸取了西側(cè)擴(kuò)大開挖段的教訓(xùn)，體現(xiàn)在施工過程緊貼技術(shù)要求，合理布置實(shí)施各道工序。如圖3所示是布置的墻體變形監(jiān)測點(diǎn)ZQT9所得到的位移變化曲線，可以看出，距墻頂6.5 m深處的墻體變形量僅為4.9 mm，8 m深處的墻體變形量也不太明顯。待基坑開挖至第三道支撐位置時(shí)，墻體發(fā)生較明顯變形，但在13 m深 度處也只向坑內(nèi)方向發(fā)生了9.6 mm的變形。在擴(kuò)大段中部靠近地連墻一側(cè)的位置設(shè)有施工集水坑，集水坑處的開挖深度較標(biāo)準(zhǔn)段的開挖深度深2.73 m。另外，當(dāng)基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后墻體位移發(fā)生突變，15.5 m深度處的變形最大，可達(dá)36.68 mm，并且當(dāng)基坑底板澆筑完成后墻體變形量未有明顯變形。

圖4，圖5分別表示的是標(biāo)準(zhǔn)段在同一斷面監(jiān)測點(diǎn)ZQT6，ZQT12的位移變化曲線。標(biāo)準(zhǔn)段的支撐形式均為全撐結(jié)構(gòu)，理論上講是可以有效防止墻體變形的，但從實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)上看，當(dāng)基坑開挖至第二道支撐位置以下，兩個(gè)監(jiān)測點(diǎn)均有較大的側(cè)向變形。經(jīng)分析認(rèn)為是支撐的預(yù)加軸力較小，開挖速度較快，在較短時(shí)間內(nèi)取走大量土體引起墻體所受主動(dòng)土壓力變大所導(dǎo)致的。

5.2 墻頂監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對于基坑整體穩(wěn)定性的監(jiān)測可采用上壁水位監(jiān)測。如果墻體變形太大，可以根據(jù)需要修改墻體坡度測量數(shù)據(jù)，以適應(yīng)墻體頂部水平變形的大小。該項(xiàng)目使用具有自動(dòng)記錄功能的高精度TS11全站儀進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集。

監(jiān)測墻上方的水平位移監(jiān)測點(diǎn)沿基坑周長每15 m定位一次。諸如基坑兩側(cè)中心，太陽角度，深度變化部分，對于基坑周圍建筑物及地下管網(wǎng)、地質(zhì)條件等其他重要部分的監(jiān)測點(diǎn)布置較為復(fù)雜。監(jiān)測點(diǎn)的位置在字段中選擇，避免在距基坑300 mm的基坑側(cè)面上使用安全導(dǎo)軌，這不會(huì)影響結(jié)構(gòu)并且易于保護(hù)。極坐標(biāo)法用于監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集，全站儀用于選定水平位移監(jiān)測參考點(diǎn)，對中精度準(zhǔn)確，其他水平位移監(jiān)測參考點(diǎn)向隨之確定，利用選定的監(jiān)測點(diǎn)和監(jiān)測參考點(diǎn)，通過確定之間的角度、計(jì)算距離，得到每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的坐標(biāo)。本文選擇了與上述四個(gè)墻面監(jiān)測點(diǎn)相對應(yīng)的墻上監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖6所示。

如圖6所示，顯示了在基坑施工過程中具有不同水平坐標(biāo)的墻頂變形。在基坑開挖之前，墻頂幾乎沒有變形，但是在開挖到第二根支柱之后，墻頂發(fā)生了很大的變形，并且變形隨著開挖深度的增加而繼續(xù)增加。當(dāng)發(fā)生變形時(shí)，最大程度集中在底板澆筑階段的第二至第三支撐件和第三支撐件中，變形相對較小，并且有變形穩(wěn)定的趨勢。最初的支持是具體的支持，整體穩(wěn)定性較強(qiáng)。但從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的角度來看，四個(gè)壁頂點(diǎn)均移至凹坑，最強(qiáng)烈位置為6.82 mm。除此之外，需要提及的是兩個(gè)水平監(jiān)測點(diǎn)ZQS11和ZQS23位于同一監(jiān)測段中，但是，這兩個(gè)點(diǎn)都將轉(zhuǎn)換為凹坑，并且最大變形時(shí)間將集中在第三個(gè)支架上。

從圖6中可以看出，孔口的上述四個(gè)斜率的變形與水平坐標(biāo)的變形有很大不同。坡度數(shù)據(jù)基于孔的底部估計(jì)整個(gè)墻的變形，但是墻連接到地面。如若相對插入率較小，則基坑四周樁荷載較大，或者因?yàn)榈刭|(zhì)條件較差，則地下斷層壁的最深部分也可能變形。用孔底為0來計(jì)算傾角儀是不精確的。對圖1～圖6的綜合分析表明，需要通過墻頂?shù)乃阶鴺?biāo)變形來校正墻的真實(shí)變形，實(shí)際變形要比直接使用傾角儀測量的墻變形效果明顯。

6 結(jié)語

通過對南京地鐵車站深基坑開挖施工過程中的綜合監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)中所體現(xiàn)的鉆進(jìn)條件和變形關(guān)系，對數(shù)據(jù)加以分析與處理，可得以下結(jié)論：1)由于施工條件(高水位砂礫層)的特殊性，導(dǎo)致基坑的變形量難以控制，但科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕こ绦蚴墙鉀Q這一問題的有效手段。2)監(jiān)測過程中所用到的測深儀需要埋入支護(hù)結(jié)構(gòu)，而埋入質(zhì)量直接影響到監(jiān)測所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3)基坑開挖過程的最大變形是發(fā)生在第二至第三道支撐，及時(shí)完成支撐施工能夠有效減少基坑變形。4)將測斜儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)和墻頂部變形量相結(jié)合，輔以適當(dāng)修正，能夠有效反映墻體的實(shí)際變形。