苏 强
(上海三维工程建设咨询有限公司,上海 200060)
摘 要：对杭州某地铁车站基坑工程进行全程监测,通过对支撑轴力、地下连续墙水平位移、立柱桩顶沉降的动态监测数据进行分析,总结出在软土地区进行基坑工程应严格遵循先撑后挖和限时支撑的要求,以减小基坑变形；同时，应做好承压水降水作业,并加强对地下水位的监测工作。
关键词：地铁车站;基坑;监测
杭州市在地理位置上位于钱塘江下游北岸,在地理环境上属于长江三角洲区域,杭嘉湖平原的西南部,地形地貌复杂,具有竖向土层硬软交替、多层组合、厚度变化大等特征,工程地质特征上表现为承载力低、高压缩性、低强度、不稳定、易触变。在这种地质环境中修建地铁,经常会产生地基沉陷,边坡坍塌等不良工程地质现象,因此更加凸显了基坑变形监测的重要性。
根据地铁线网规划,该车站为地下3层的岛式站台,4柱5跨3层结构,车站长303 m,标准段宽36.6 m,深约25 m,顶板覆土约4 m,两端覆土约1.5 m,车站设有5个出入口,其中1、2、4号出入口为本次车站施工范围,3、5号出入口为预留。
根据钻孔揭露的地层结构、岩性特征及物理性质,结合区域地质资料,本项目地质情况大致如下。
①1层为杂填土：灰—杂色,松散,顶部有厚度为300 mm左右的混凝土地面,以下一般由建筑垃圾及碎块石、瓦片等组成,黏性土充填,局部含大块石,成分杂,分布在整个场区,层厚0.9～5.8 m；
①2 层为耕植土：灰—褐灰色,松散,主要由粉质黏土及粉土组成,含腐殖质及少量碎石。场区局部缺失该层,层厚0.60～3.70 m；
④1层为砂质粉土：灰色,稍密,含云母,局部夹薄层黏土,全场分布,层厚2.7～5.9 m；
④2层为淤泥质粉质黏土:灰色,流塑,含云母、腐殖质,干强度中等,全场分布,层厚0.9～5.9 m；
④3层为淤泥质粉质黏土夹粉土:灰色,流塑,含云母、贝壳碎屑等,夹较多散体状粉土,层厚3.10～8.40 m；
⑥1层为淤泥质粉质黏土：灰—深灰色,流塑,局部软塑。含云母,切面粗糙,呈鳞片状,层厚1.20～8.50 m；
⑥2层为粉质黏土：灰色,软塑,含腐殖物,局部夹粉砂。切面粗糙,鱼鳞片状,层厚0.60～3.80 m。
项目范围内陆下水主要为第四系松散岩类孔隙潜水、孔隙承压水和深部基岩裂隙水,根据地下水的含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征,勘探深度内可划分为第四系松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙水,车站范围浅部地下水属孔隙性潜水类型,主要赋存于上部①层填土、②层粉土及④3层淤泥质粉质黏土夹粉土中,补给来源主要为大气降水及地表水,地下水位随季节性变化,勘探期间测得水位埋深0.4～3.8 m,对应高程为2.24～5.54 m。建议抗浮设防水位高程取6.0 m,地下水流速较小。
该基坑开挖深度大,达到25 m左右,地质条件复杂,建设周期长,在施工过程中可能会出现各种难以预测的问题,危及施工安全,因此制定完善周密的监测方案,并在方案指导下进行有计划有步骤的现场监测是十分必要的。通过将现场取得的监测数据与设计值进行对比分析,判断现场施工参数是否符合设计要求,从而确定和优化施工工艺,同时通过对周边环境监测数据的分析对比，得出周边道路、管线是否处于可控范围,进而对施工步骤、参数进行调整,以确保周边环境安全。
4.1 监测项目及测点[1]
监测项目及测点见表1。
表1 监测项目及测点统计表
序号项目 测点数量测点构成安装1围护墙测斜孔32孔绑扎2围护墙顶位移41点道钉埋设3围护墙顶沉降41点道钉埋设4支撑轴力26组轴力计焊接5坑外降水16孔间距15m一孔钻孔6立柱隆沉10点道钉焊接7地表沉降199点螺纹标杆钻孔8建筑物沉降、倾斜109点挂钉打孔9土体深层水平位移15孔360m左右打孔10地下管线155点螺纹标杆钻孔11建筑物裂缝根据现场裂缝情况而定
4.2 监测频率
监测频率统计数据见表2。
4.3 监测报警值
监测报警值见表3。
表2 监测频率统计表
项目施工前围护施工地基加固降水基坑开挖开挖深度/m≤55～15>15底板浇筑后时间/d≤28>28结构顶板达到设计强度后监测频率至少测3次初值1次/1d1次/2d1次/1d1次/1d2次/1d1次/1d1次/3d停测监测专案周边环境管线、建筑物管线、建筑物全部项目全部项目—
表3 监测报警值
序号监测内容预警值/mm报警值变化速率累计控制值1基坑周边地表竖向位移21±2mm/24h±30mm2围护墙顶部水平位移30±3mm/24h±42mm3围护墙顶部竖向位移7±2mm/24h±10mm4围护墙深层水平位移30±3mm/24h±42mm5立柱竖向位移14±3mm/24h±20mm6周边建筑物竖向位移21±2mm/24h±30mm7建筑物裂缝—持续发展2mm8管线竖向位移21±2mm/24h±30mm9坑外水位490500mm/24h±700mm10支撑轴力≥支撑承载力70%≥支撑承载力80%
基坑长度为303 m,宽度36.6 m,深度25 m,围护结构是1 000 mm厚地下连续墙,混凝土强度水下C30,墙深55～63 m,第一、三、四道支撑为钢筋混凝土支撑,强度C30,截面尺寸900 mm×1 000 mm,第二、五道是钢支撑,Φ609 mm,厚度16 mm。
监测点具体布设数量见表1 ,为了便于比较，我们只分析支撑轴力、地下连续墙水平位移、立柱桩顶沉降。
6.1 支撑轴力
本基坑钢筋混凝土支撑采用钢筋计焊接于支撑主筋上,钢支撑采用轴力计安装于钢支撑上,混凝土支撑设计值为5 098.0 kN,钢支撑设计值为2 928.0 kN,实测轴力达到设计值的80%时报警。钢支撑架设完成后,按设计要求对其预加70%的设计轴力,开挖到基底时,混凝土支撑轴力ZCL5-01达到最大值3 755.29 kN, 钢支撑ZCL5-03最大轴力达到656.47 kN,均小于报警值。混凝土支撑轴力变化波动幅度明显大于钢支撑轴力,根据五道支撑的实测数据反映出在当前工况支撑下开挖,支撑轴力会增大,后续工况架设的支撑下挖土,前道支撑轴力会发生适当调整,后道支撑轴力会加大。见图1。
图1 支撑轴力监测点平面布置图
6.2 地下连续墙水平位移(测斜)
地下连续墙测斜测点平面布置见图2。
图2 地下连续墙测斜监测点平面布置图
本基坑地下连续墙测斜孔共布置了32个(ZQT1～ZQT32),南侧测斜孔ZQT5的变形具有典型性,见图3。该处地连墙随开挖深度的加大,水平位移也在逐步增加,ZQT5最大位移量为49 mm,北侧ZQT17最大位移41 mm,但当第五道支撑架设完成后水平位移增加量开始减小,从整个位移曲线上可以看出最大位移量出现在基底附近,这也符合常规的多道内支撑变形曲线。
图3 地下连续墙ZQT5测斜管实测曲线
与采用有限元计算得到的结果相比对(表4),会发现地下连续墙ZQT5除开挖第一、二道支撑以外其余工况下墙体变形数据均大于计算结果,这是由于基坑开挖过程中由于坑边堆载较多、动荷载较大(运土车辆、挖掘机、紧挨基坑边交通主干道德大车流量)以及个别钢支撑架设滞后等原因,造成了墙体变形的增大。
表4 地下连续墙水平位移计算值与实测值比对
项目最大水平位移/mm计算值ZQT5实测值地下连续墙6.0～39.64.3～49
6.3 立柱桩顶沉降
地下连续墙立柱桩沉降监测点平面布置见图4。
图4 地下连续墙立柱桩沉降监测点平面布置图
图5 立柱桩LZC5竖向位移曲线
根据埋在基坑中部测点LZC4～7,LZC5在开挖到第五道支撑时最大隆起量为21.3 mm(图5),刚超出累计报警值,但底板混凝土浇筑完成后开始下降,在影响立柱桩竖向位移的所有因素中基底隆起与竖向荷载是最主要的两点,土方开挖会直接引起基底土层隆起,进而带动立柱桩上浮,而竖向荷载则引起立柱桩下沉,但整个立柱桩的位移机理还是比较复杂的,仅仅通过计算是很难准确预测的[2]。因此，只能通过实时监测, 利用实测数据不断调整与控制施工步序,从而降低竖向位移,进而减少立柱桩
与地下连续墙之间的差异沉降,保证支撑体系的稳定。
1)本工程地处城市繁华地段,周边环境复杂,建筑物及管线众多,设计人员在基坑围护方案上选择了地下连续墙加内支撑的组合,整个基坑开挖过程都遵循“先撑后挖,限时支撑,严禁超挖”的原则。基坑的变形基本都在报警值附近,任何一个监测项目也未出现数据日变量急剧增加或者累计变量过大的情况,从而证明了该围护方案是安全有效的。
2)在方案选择正确的前提下,要保证施工过程符合设计要求就必须通过各项监测数据进行判定,让监测数据来指导施工,及时调整施工步骤,将安全隐患消灭在萌芽状态,确保基坑及周边环境的安全。
3)在地下水位偏高、水量丰富、地基多为软弱地基的地区应加强对地下水位的监测,以确保地下水位始终在开挖面以下1 m左右的位置,同时做好承压水降水,以保证承压水头符合设计要求。
参 考 文 献：
[1] 济南大学,莱西市建筑总公司,山东省工程建设标准造价协会.GB 50497—2009 建筑基坑工程监测技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社,2009.
[2] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社,2009．
SU Qiang
收稿日期：2016-05-12
作者简介：苏 强(1976—),男,福建厦门人,工程师,从事地铁监理工作。
中图分类号：TU433
文献标志码：B
文章编号：1008-3707(2016)10-0035-04
联系客服
