緊鄰高鐵深基坑變形監測分析

汪 新

(上海鐵路局經營開發處，上海 200071)

1 工程概況

擬建的一建筑設二層地下室，基坑面積8 650 m2，開挖深度10.35 m。基坑東側緊鄰高速鐵路，坑邊距鐵路坡腳僅15 m，該側高速鐵路對位移、沉降控制要求非常嚴格。基坑西側緊鄰馬路，坑邊距路邊僅6 m。基坑南側及北側為空地，條件較好。根據《建筑基坑支護技術規程》(JGJ 120—2012)，本工程基坑安全等級為一級。

基坑采用鉆孔樁+2道鋼筋混凝土內支撐的支護結構，基坑東側(鄰近高鐵)鉆孔樁為 φ1000@1 200 mm，其余側鉆孔樁為φ800@1 000 mm，同時于坑內設置管井進行降水，基坑四周采用三軸攪拌樁止水封閉。

2 工程地質與水文地質條件

2.1 工程地質條件

根據勘察報告，開挖范圍內地層自上而下為:

1層為雜填土，松散，主要由粉質土組成，層厚1.50～5.70 m。

2-1層為粉質黏土，軟塑，局部軟可塑，層厚0～2.70 m。

2-2層為黏質粉土，濕，稍密，層厚0.90～3.00 m。

2-3層為砂質粉土，稍密 ～中密，厚度1.30～4.30 m。

2-4層為砂質粉土混粉砂，中密～密實，厚度3.60～6.80 m。

3-1層為淤泥質粉質黏土，流塑，層厚7.10～14.90 m。

3-2層為粉質黏土，軟塑～流塑，層厚0～9.00 m。

2.2 水文地質條件

場地地下水為第四系孔隙潛水和承壓水。孔隙潛水主要賦存于上部第四系粉質黏土、粉土層中，水位埋深在1.10～4.70 m。孔隙承壓水主要賦存于下部粉砂和圓礫中。

3 基坑監測

3.1 監測目的

1)了解圍護結構的變形、受力及周圍土體的沉降情況，對圍護結構的穩定性進行評價。

2)對基坑周邊地下水位、地表沉降、變形等進行監控，分析基坑施工對周邊環境的影響。

3)通過獲得的圍護結構及周圍環境在施工中的綜合信息，對設計和施工方案的合理性進行評價，為優化施工組織提供可靠依據，并指導后續施工。

3.2 監測項目

根據監測目的和設計要求，確定基坑本身監測項目為:地下水位、支護樁沉降和水平位移、周邊地表和道路沉降、深層水平位移、支撐軸力、立柱沉降。

本工程的監測重點除基坑本身外，由于基坑東側坑邊距高速鐵路只有15 m，高鐵路基坡腳、路肩、接觸網立柱基礎及鋼軌沉降也作為監測重點，提高報警值和控制值的標準，加大監測頻率，進行動態監測，必要時采取措施確保高鐵安全。沿相鄰的鐵路線每隔20～30 m設立一個監測斷面。監測點布置見圖1。

圖1 監測點平面布置示意

3.3 監測周期及監測頻率

監測周期為自基坑土方開挖至地下室側壁回填至標高0。監測頻率見表1，高鐵部分的監測頻率見表2。

表1 基坑部分的監測頻率

表2 高鐵部分的監測頻率 次/d

3.4 監測控制標準

根據基坑支護設計文件及基坑規范要求，各監測項目的控制值和報警值如表3所示。

表3 監測控制值和報警值

4 監測結果分析

4.1 監測結果指導施工

通過基坑監測，發現現場施工中出現了一些問題，依據監測數據對施工方案進行了局部調整，問題得到解決。

1)基坑非對稱開挖引起支撐軸力驟然加大

2013年10月17日，開挖基坑東南側，未開挖西南側，N10監測點(位于南側中部第1道支撐)軸力由－4 825 kN增長為－5 574 kN，變化值為749 kN，如圖2所示。對基坑監測數據進行分析得知，基坑非對稱開挖后，支撐受力不均導致支撐軸力增大，故建議施工單位開挖東南側的同時，也開挖西南側，保證基坑對稱開挖，之后支撐軸力減小為5 263 kN，保證了基坑的開挖安全。

圖2 N10監測點軸力變化曲線

2)換撐局部不完整引起土體深層水平位移加大

2013年12月11日，基坑拆除南側第2道支撐，CX5監測點(位于東南角)深層水平位移當天增加2.8 mm，周圍變形增大。通過現場分析，原因為下部底板換撐局部不完整，建議施工單位對底板澆筑不完整處進行補充澆筑。處理后，CX5監測點深層水平位移量得到穩定，如圖3所示。

圖3 CX5深層水平位移變化曲線

3)基坑外側降水引起地面沉降

基坑開挖過程中西側馬路中部出現多條裂縫，最寬達10 mm。通過監測數據分析得知，基坑西側坑外不斷降水，地下水位下降，造成地面沉降，產生裂縫。施工單位停止坑外降水后，后期沉降趨于穩定，裂縫未進一步發展。

4.2 監測結果綜合分析

對支護結構及鄰近高鐵安全狀況綜合分析如下。

1)基坑支護結構

支護樁沉降和水平位移、土體深層水平位移、支撐軸力、立柱沉降監測值均在控制值范圍內，基坑支護結構安全。

2)高鐵設備、設施

高鐵設備、設施的變形首先表現在基坑東側支護樁的樁頂水平位移、土體深層水平位移和水位變化上。根據監測數據，這三項監測值均在控制值范圍內。

選取基坑中部高鐵監測剖面的數據進行分析。剖面上有鋼軌監測點PT15(距坑邊25 m)、路肩監測點ST5(距坑邊21.6 m)、路基坡腳監測點ST13(距坑邊16.3 m)，其中，路肩、坡腳的沉降報警值為8 mm，控制值為10 mm;鋼軌的沉降報警值為6 mm，控制值為8 mm。根據監測數據分別作出基坑開挖以來10月15日、11月15日、12月15日的沉降曲線，如圖4所示。可見路基坡腳沉降量略微超過控制值，路肩、鋼軌沉降量正常。說明基坑開挖對高鐵設備、設施的影響在安全范圍內。

圖4 高鐵坡腳、路肩、鋼軌監測點沉降曲線

5 結論

本工程運用基坑監測技術，針對基坑非對稱開挖引起支撐軸力驟然加大、換撐局部不完整引起土體深層水平位移加大、基坑外側降水引起地面沉降等問題，及時調整施工方案，有效防止了施工中可能發生的基坑失穩，保證了基坑的安全開挖，同時減小了對周邊環境的影響，保證了高速鐵路的安全運營。

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［3］孔德森，吳燕開.基坑支護工程［M］.北京:冶金工業出版社，2012.

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