李 毅,仲海蛟
(1.北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司,北京100032;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京100083)
北京世園小鎮(zhèn)接待中心工程為2019年中國(guó)北京世界園藝博覽會(huì)世園村建設(shè)項(xiàng)目之一,地處北京市延慶區(qū)谷家營(yíng)村原址。用地北側(cè)為環(huán)湖南路,南側(cè)正對(duì)世園路北延,與園區(qū)6號(hào)門(對(duì)接旅游巴士客流)直接相接。地形基本平坦,地貌屬于延慶盆地一級(jí)階地。場(chǎng)地周邊基坑影響范圍內(nèi)基本無(wú)地下建筑物(構(gòu)筑物)及地下管線等。本文通過(guò)分析不同支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)基坑變形的影響,從而總結(jié)出相應(yīng)的規(guī)律,為今后的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
本工程用地勘探范圍內(nèi)土層可劃分為人工堆積層、新近沉積層、一般第四系沖洪積層3大類,從地層巖性及其物理力學(xué)性質(zhì)方面細(xì)分為5個(gè)大層:
人工堆積層:砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土、素填土①層;雜填土①1層;
新近沉積層:粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土②層;砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土②1層;粉細(xì)砂②2層;
一般第四系沖洪積層:粉細(xì)砂③層;粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土③1層;粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土③2層;粉質(zhì)粘土重粉質(zhì)粘土④層;粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土④1層;粉細(xì)砂④2層;粘質(zhì)粉土砂質(zhì)粉土⑤1層;粘質(zhì)粉土⑤2層。
典型的地質(zhì)剖面如圖1所示。
圖1 典型地質(zhì)剖面Fig.1 Typical geological profile
本次勘察深度范圍內(nèi)觀測(cè)到一層地下水是潛水。水位埋深為5.60~19.30 m,水位標(biāo)高為476.51~478.26 m,含水層為粉細(xì)砂③層,粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③1層薄層,粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土③2層夾層,水量較小。本工程基地絕對(duì)標(biāo)高為475.20~483.00 m,基底位于含水層之下。
根據(jù)有關(guān)規(guī)范[1]以及工程基坑深度、場(chǎng)地周圍環(huán)境、工程重要性等級(jí)等條件確定工程基坑側(cè)壁安全等級(jí)分別為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí),重要性系數(shù)γ分別為1.1、1.0、0.9??紤]本工程開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地層垂向分布的復(fù)雜性、周圍環(huán)境以及基坑的側(cè)壁安全等級(jí),確定了多種支護(hù)方式的綜合應(yīng)用?;又ёo(hù)方式見(jiàn)表1,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2,各典型支護(hù)剖面見(jiàn)圖3~6。
圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置Fig.2 Layout plan of the foundation pit monitoring points
表1 基坑支護(hù)方式Table 1 Foundation pit support types
圖3 基坑懸臂樁支護(hù)剖面Fig.3 Cantilever pile support section of the foundation pit
圖4 基坑樁錨支護(hù)剖面Fig.4 Pile anchor support section of the foundation pit
本工程安全等級(jí)為一級(jí)、二級(jí)和三級(jí),施工復(fù)雜且工期緊張,因此,降低和限制施工期間對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響對(duì)確保施工順利進(jìn)行有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)加強(qiáng)對(duì)建筑施工和周圍環(huán)境的監(jiān)測(cè)可以指導(dǎo)信息化施工,從而及時(shí)采取措施、防患于未然。施工監(jiān)測(cè)工作本質(zhì)上是對(duì)工程的建筑設(shè)計(jì)、施工方案以及過(guò)程的監(jiān)督和成果檢驗(yàn),有利于及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,及時(shí)解決處理設(shè)計(jì)或施工過(guò)程中的問(wèn)題與各種突發(fā)情況,本工程結(jié)合有關(guān)規(guī)范[1-4]及工程基坑深度、場(chǎng)地周圍環(huán)境、工程重要性等級(jí)等條件進(jìn)行了如下的施工監(jiān)測(cè):支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移和豎向位移、基坑周邊建(構(gòu))筑物、地下管線、道路沉降、基坑周邊地面沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、錨桿拉力的觀測(cè)。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及其控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。
圖5 基坑放坡支護(hù)剖面Fig.5 Grading support section of the foundation pit
圖6 基坑樁錨加土釘墻支護(hù)剖面Fig.6 Pile anchor and soil nailing wall support section of the foundation pit
監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置參見(jiàn)圖2。監(jiān)測(cè)點(diǎn)1~11采用的是支護(hù)樁加錨索的支護(hù)體系,監(jiān)測(cè)點(diǎn)12~18采用的是支護(hù)樁加錨索以及上部土釘墻支護(hù)下部雙排樁加錨索支護(hù)的復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu),監(jiān)測(cè)點(diǎn)19~27采用的是懸臂樁支護(hù)體系。同時(shí)考慮到建筑陰角與陽(yáng)角處水平位移的區(qū)別,所以將點(diǎn)位均設(shè)立在了陽(yáng)角處。
基坑西南角處為工人生活區(qū),同時(shí)也是材料進(jìn)場(chǎng)的必經(jīng)之路,同時(shí)基坑?xùn)|側(cè)為正在施工的人工堆積山天田山。
表2 基坑監(jiān)測(cè)內(nèi)容及控制標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Monitoring parameters and control standards of the foundation pit
基坑各工序施工時(shí)間如表3所示。
表3 各工序施工時(shí)間Table 3 Time of each construction step
樁頂水平位移隨著時(shí)間的增加在不斷地增大,如圖7所示,ZQS2、ZQS5、ZQS8、ZQS23、ZQS26均產(chǎn)生向基坑的水平位移,ZQS15、ZQS18、ZQS27則產(chǎn)生向坑外的水平位移。圖2中顯示了基坑坑頂水平位移分布全景。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果我們可以看到,支護(hù)方式與周邊建筑物荷載以及施工荷載等都會(huì)對(duì)基坑的水平位移產(chǎn)生影響[5-6]。
建筑物南側(cè)的ZQS5的累計(jì)最終水平位移量為11.5 mm,其次是ZQS2和ZQS8,分別為9.9 mm和9.8 mm。建筑物東側(cè)的ZQS15的累計(jì)最終水平位移量為-10.8 mm,其次是ZQS18為-10.4 mm。這體現(xiàn)了圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移的空間效應(yīng),邊角處的水平位移小于跨中的水平位移[7-8]。
圖7 樁頂水平位移隨時(shí)間變化曲線Fig.7 Curve of horizontal displacement of the pile top vs time
選取典型的幾 個(gè) 樁ZQC24、ZQC25、ZQC26、ZQC27處的樁頂沉降為分析對(duì)象,如圖8所示。從圖中可以看出開(kāi)始樁頂均產(chǎn)生向上的位移,隨后支護(hù)樁的樁頂變形逐漸下降,呈現(xiàn)增大減小的波動(dòng)趨勢(shì),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的施工情況我們分析,開(kāi)始產(chǎn)生的樁頂上移是基坑開(kāi)挖所引起的坑底土體回彈以及一側(cè)土體側(cè)限釋放所導(dǎo)致的,而之后樁頂位移的下降則是由于施工的不斷進(jìn)行,基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)荷載的作用。
隨著基坑的開(kāi)挖周邊地面沉降也在不斷加大[9],如圖9所示,地表沉降累計(jì)變化量最大測(cè)點(diǎn)為DBC26,其 次 是DBC20、DBC5、DBC15、DBC18、DBC27等點(diǎn),主要原因可能是基坑西南角存在大量材料運(yùn)輸?shù)耐鶑?fù)作用,而東側(cè)人工堆積山也在施工從而導(dǎo)致路面沉降變大。同時(shí),分別在東南西北各個(gè)方位(不同的支護(hù)方式)上選取一個(gè)具有代表性的點(diǎn),來(lái)研究基坑周邊的地表沉降問(wèn)題,我們選取點(diǎn)DBC5、DBC15、DBC19、DBC23,發(fā)現(xiàn)支護(hù)方式同樣會(huì)對(duì)地表沉降和沉降范圍產(chǎn)生不同程度的影響。
圖8 樁頂豎向位移隨時(shí)間變化曲線Fig.8 Curve of vertical displacement of the pile top vs time
圖9 基坑周邊地面沉降隨時(shí)間變化曲線Fig.9 Curve of ground settlement around the foundation vs time
坑壁在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中逐漸向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移,并且開(kāi)挖得越深,產(chǎn)生的位移也就越大[10-13]。樁體深層水平位移累計(jì)變化量最大測(cè)點(diǎn)為ZQT23(1.5 m深),其變化量為11.8 mm,懸臂樁支護(hù)體系是以ZQT23為代表的西側(cè)所采用的支護(hù)方式,相較于其他支護(hù)方式而言對(duì)土體的約束性較差,這也反映了支護(hù)方式對(duì)深層水平位移的影響。
由圖10發(fā)現(xiàn),冠梁位移累計(jì)變化量只有達(dá)到一定程度后才會(huì)產(chǎn)生明顯的協(xié)同作用。同時(shí),與土層地質(zhì)情況比較,可以看出測(cè)斜數(shù)據(jù)可以從側(cè)面體現(xiàn)出局部土質(zhì)的基本情況。
圖10 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Curve of horizontal displacement of the bottom foundation pit support structure vs time
如圖11所示,ZCL3、ZCL4測(cè)點(diǎn)趨勢(shì)基本相同,隨著基坑的開(kāi)挖,樁錨力在不斷增加[14],其中ZCL4的增大量最大從55.9 kN增加到186.2 kN,之后隨著混凝土底板的澆筑以及錨桿自身的應(yīng)力松弛減小至99.4 kN,并逐漸穩(wěn)定。ZCL8、ZCL9基本無(wú)變化,ZCL10、ZCL11出現(xiàn)了不同程度的應(yīng)力松弛,ZCL12、ZCL13的錨索力一直在增加。但都沒(méi)有超過(guò)錨桿應(yīng)力設(shè)計(jì)值。
圖11 錨桿拉力隨時(shí)間變化曲線Fig.11 Curve of deep anchor cable tension vs time
(1)基坑支護(hù)方式與周邊建筑物荷載以及施工荷載等都會(huì)對(duì)基坑的水平位移產(chǎn)生影響,圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移具有空間效應(yīng),邊角處的水平位移小于跨中的水平位移。
(2)隨著基坑的開(kāi)挖,周邊的地面沉降也會(huì)不斷加大,周邊建筑物荷載以及施工荷載會(huì)對(duì)沉降產(chǎn)生影響,而支護(hù)方式也會(huì)對(duì)地表沉降以及沉降的范圍產(chǎn)生不同程度的影響。
(3)坑壁在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中逐漸向坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移,并且開(kāi)挖得越深,產(chǎn)生的位移也就越大。支護(hù)方式對(duì)深層水平位移也會(huì)產(chǎn)生影響。測(cè)斜數(shù)據(jù)可以從側(cè)面體現(xiàn)出局部土質(zhì)的基本情況。
(4)冠梁的協(xié)同作用在其產(chǎn)生了一定的位移后才更加明顯。