福州某地鐵基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測分析

陳捷敏

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

隨著我國城市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，地鐵作為一種便捷的交通方式[1]，更快地走進(jìn)了人們的生活。目前，地鐵車站均布設(shè)在城市主要繁華地段，鄰近建筑物和周邊地下管線較多，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，地鐵車站一般采用明挖方法，基坑支護(hù)采用連續(xù)墻(樁)加鋼管(或鋼筋混凝土)撐，但也有部分工程，其支護(hù)形式因受場地條件的限制，采用逆作法施工。就目前而言，逆作法施工，其變形受力特征較少進(jìn)行研究。基此，本文根據(jù)福州市軌道交通2號(hào)線工程某站深基坑大量的施工監(jiān)測資料，進(jìn)行整理、分析、總結(jié)，得到了逆作法施工中地下連續(xù)墻的變形、受力規(guī)律及其影響因素，希冀能為類似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

該工程位于福州市臺(tái)江區(qū)工業(yè)路與白馬南路交叉口西側(cè)。車站北側(cè)侵入工業(yè)路約9.5m，南側(cè)靠近三迪家居廣場地下室，距其地下室邊線約3.73m。工業(yè)路現(xiàn)狀路面寬30m，車流量大，寧化路現(xiàn)狀道路寬約12m，車流量較大。白馬河距車站東側(cè)端頭井約5m，河寬16m～30m。工業(yè)路地下存在給水管、煤氣管、雨水管、污水管、電力管、通訊管、軍用管等多種管線。車站為地下3層島式站臺(tái)車站，雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)，車站標(biāo)準(zhǔn)段挖深約23m～24.1m，北側(cè)與中防萬寶城人防工程坑中坑相連接(深度約8m～11m)；西側(cè)與中防萬寶城人防工程坑中坑相連接(深度約11.4m)。車站南側(cè)與2號(hào)風(fēng)亭相接的坑中坑基坑深度約8m～10m(圖1)。車站與中防萬寶城人防工程同期實(shí)施，采用蓋挖順筑法施工。

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,場地土層自上而下依次為：雜填土，粘土，淤泥，淤泥夾砂，(含泥)中砂，(含泥)粗中砂，卵石(砂質(zhì)填充)，強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(砂土狀)，中風(fēng)化花崗巖。區(qū)間地下水按埋藏條件分為上層滯水和承壓水兩種類型，其中承壓水按賦存介質(zhì)又可分為松散地層類孔隙承壓水和基巖風(fēng)化巖孔隙-裂隙承壓水。

圖1 車站主體基坑圍護(hù)剖面圖

2 周邊環(huán)境及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1 周邊環(huán)境

上文所述，地鐵寧化站位于工業(yè)路與白馬南路交叉口西側(cè)，沿工業(yè)路設(shè)置，呈東西走向。車站北側(cè)侵占工業(yè)路約9.5m，南側(cè)標(biāo)準(zhǔn)段距離三迪家居廣場的地下室邊線約3.73m，東側(cè)端頭井距離白馬河約5m，河寬約16m～30m。工業(yè)路原路面寬30m，車流量大，寧化路原路面寬約12m，車流量較大。工業(yè)路地下存在給水管、煤氣管、雨水管、污水管、電力管、通訊管、軍用管等多種管線。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

①兩側(cè)道路車流量大，車輛動(dòng)荷載將產(chǎn)生較大的不利影響；②地下管線較多，特別是自來水管、天然氣管、雨水、污水；③與周邊建筑物距離較近，土方開挖或坑外降水可能引起地面和建筑物的沉降及傾斜；④車站與萬寶人防工程存在施工對(duì)接風(fēng)險(xiǎn)。

3 監(jiān)測難點(diǎn)

該站采用蓋挖逆作法施工，與擬建中防萬寶城人防工程同期施工無縫連接且部分頂板施工結(jié)束后，將全線恢復(fù)道路通車，因此給監(jiān)測工作帶來了很大的監(jiān)測困難及設(shè)備保護(hù)困難。

4 監(jiān)測方法

①地下連續(xù)墻(樁)頂水平位移；②支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形、土體側(cè)向變形監(jiān)測項(xiàng)目采用測斜儀進(jìn)行監(jiān)測，觀測方法：用測頭檢查測斜管導(dǎo)槽；使測斜儀測讀器處于工作狀態(tài)，將測頭導(dǎo)輪插入測斜管導(dǎo)槽內(nèi)，緩慢地下放至管底，然后由管底自下而上沿導(dǎo)槽全長每隔0.5m讀一次數(shù)據(jù)，記錄測點(diǎn)深度和讀數(shù)。測讀完畢后，將測頭旋轉(zhuǎn)180°插入同一對(duì)導(dǎo)槽內(nèi)，以上述方法再測一次，深點(diǎn)深度同第一次相同；每一深度的正反兩讀數(shù)的絕對(duì)值宜相同，當(dāng)讀數(shù)有異常時(shí)應(yīng)及時(shí)補(bǔ)測；③鋼支撐軸力；④梁、板內(nèi)力；⑤采用幾何水準(zhǔn)測量方法，使用Trimble DINI03電子水準(zhǔn)儀觀測，采用電子水準(zhǔn)儀自帶記錄程序，記錄外業(yè)觀測數(shù)據(jù)文件，并按照相關(guān)規(guī)范及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行觀測。采用閉合水準(zhǔn)路線時(shí)可以單程觀測，采用附合水準(zhǔn)路線形式觀測必須進(jìn)行往返測，取兩次觀測平均高差進(jìn)行平差。觀測順序：往測：后、前、前、后，返測：前、后、后、前。⑥地下水位觀測設(shè)備采用SWJ-80型鋼尺水位計(jì)，觀測精度為1mm，其觀測原理：水為導(dǎo)體，當(dāng)測頭接觸到地下水時(shí)，蜂鳴器發(fā)出連續(xù)不斷的蜂鳴聲響，此時(shí)讀寫出鋼尺電纜在管口至水面標(biāo)尺刻度，讀數(shù)為地下水位離管口的距離，再通過固定測點(diǎn)的標(biāo)高及與地面的相對(duì)位置換算成從地面算起的水位埋深及水位標(biāo)高。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 連續(xù)墻深層水平位移監(jiān)測分析

在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測中，選出不同埋設(shè)位置監(jiān)測點(diǎn)(圖2)作為該車站深基坑在開挖過程中的連續(xù)墻深層水平位移進(jìn)行分析[1]。負(fù)二層的基坑短邊中點(diǎn)部位QCX1#測點(diǎn)的最大變形值分別為6.19mm，而長邊中點(diǎn)QCX11#、QCX14#測點(diǎn)最大變形值分別為5.25mm、6.23mm。地面上的基坑短邊中間部位QCX9#測點(diǎn)的最大變形值分別為8.05mm，而長邊中點(diǎn)QCX4#、QCX7#測點(diǎn)最大變形值分別為8.14mm、6.02mm。因此，在地鐵車站深基坑施工過程中[1]，應(yīng)對(duì)短邊中間測點(diǎn)、長邊之間測點(diǎn)等部位增加監(jiān)測頻率。

圖2 連續(xù)墻深層水平位移監(jiān)測點(diǎn)位圖

根據(jù)圖3，基坑支護(hù)的變形曲線一般呈波浪形，通常測點(diǎn)位于土方開挖面以上1m～2m范圍內(nèi)，最大水平位移隨開挖深度的增加。由于原土體受開挖擾動(dòng)，導(dǎo)致開挖面應(yīng)力釋放，土體向基坑內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)，擠壓連續(xù)墻向基坑內(nèi)側(cè)變形。隨著土方的不斷開挖，開挖面的應(yīng)力隨之增大，連續(xù)墻持續(xù)不斷地向基坑內(nèi)側(cè)偏移。基坑開挖到底以及底澆筑工作的展開，變形速率呈減少趨勢。

圖3 為各監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)水平位移曲線

由圖3可以看出，連續(xù)墻變形的過程與施工的進(jìn)展情況基本吻合，為科學(xué)合理的安排施工提供了指導(dǎo)作用。從土體深層水平位移監(jiān)測結(jié)構(gòu)來看，可以得出如下結(jié)論：①土方開挖期間的變形曲線與以往工程類似，曲線呈波浪形；②基坑在路面以下-2m～-23m處變形量最大；③在開挖過程中，支護(hù)墻位移逐漸增大；后期，隨著底板的澆筑以及其他施工工序的進(jìn)行，墻體變形速率逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

5.2 地表沉降監(jiān)測分析

地表沉降對(duì)周邊地下管線、建(構(gòu))筑物的安全會(huì)產(chǎn)生一定影響因素，若不及時(shí)處理將造成損失。選取東側(cè)端頭井南側(cè)和標(biāo)準(zhǔn)段南側(cè)寧化路的原現(xiàn)狀地表沉降監(jiān)測斷面作為分析對(duì)象，垂直于基坑邊每個(gè)監(jiān)測斷面布置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，圖4～圖5為斷面各測點(diǎn)的地表累計(jì)沉降曲線。

圖4 DBC11-1～11-5#監(jiān)測點(diǎn)地表沉降曲線

圖5 DBC4-1～4-5#監(jiān)測點(diǎn)地表沉降曲線

從圖4～圖5曲線可以看出：基坑開挖施工期間，車站主體的東側(cè)端頭井南側(cè)周邊(DBC11-1～11-5#監(jiān)測點(diǎn))地表累計(jì)沉降為-13.00mm～-17.37mm，沉降基本正常，各測點(diǎn)在整個(gè)基坑開挖中未出現(xiàn)突變，累計(jì)沉降未達(dá)到報(bào)警值。車站主體的標(biāo)準(zhǔn)段南側(cè)寧化路的地表(DBC4-1～4-5#監(jiān)測點(diǎn))累計(jì)沉降為-26.34mm～-68.82mm，沉降偏大, 已超過設(shè)計(jì)報(bào)警值(25mm)。分析其原因：基坑周邊地表下降幅度偏大，主要原因是因支護(hù)結(jié)構(gòu)局部止水效果不夠理想，基坑側(cè)壁滲水、漏水、流沙現(xiàn)象，以及道路行車等影響。但經(jīng)過底板及內(nèi)襯墻的澆筑后，沉降速率逐漸減少并趨于穩(wěn)定。

5.3 地下水位觀測分析

該場地存在強(qiáng)透水含水層，地下水豐富，地下水位監(jiān)測主要對(duì)地下結(jié)構(gòu)開挖期間或開挖后支護(hù)結(jié)構(gòu)的止水狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，以防止支護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水引起坑外大量水土向坑內(nèi)流失，從而導(dǎo)致基坑部分破壞、周圍地面沉降、周邊建筑物破壞或地下管線破壞。

圖6 DSW1～DSW2#監(jiān)測點(diǎn)地下水位曲線

從圖6曲線可以看出：在基坑開挖過程中，車站主體的標(biāo)準(zhǔn)段南側(cè)寧化路周邊DSW1～DSW2#地下水位累計(jì)變化-4.252m～-4.724m，水位變化較大, 均已超過設(shè)計(jì)報(bào)警值，于2017年3月12日發(fā)出預(yù)警通知單。 經(jīng)巡視檢查，該基坑側(cè)壁部分位置有滲漏點(diǎn)。分析其原因，基坑周邊地下水位下降幅度較大，主要原因是因地連墻結(jié)構(gòu)交接處局部位置止水效果比較差，基坑施工降水及側(cè)壁部分位置有滲水、漏水、流沙、周邊地下空間基坑施工降水等影響。但經(jīng)過底板及內(nèi)襯墻的澆筑后水位下降有所減少。

5.4 立柱沉降觀測分析

立柱對(duì)支撐體系起到一定的支承和約束作用，其沉降特別是立柱之間的差異沉降、立柱和地下連續(xù)墻的差異沉降，將直接影響支撐體系及的安全穩(wěn)定性，故應(yīng)加強(qiáng)對(duì)其豎向位移監(jiān)測。由于基坑開挖面積大、開挖深度大，通過監(jiān)測立柱頂端的高程變化，得到施工階段立柱樁之間、立柱樁與圍護(hù)墻之間的差異沉降。

從圖7曲線可以看出：基坑開挖施工期間，立柱沉降小，變化基本正常，各測點(diǎn)在整個(gè)基坑開挖中未出現(xiàn)突變，累計(jì)最大值未超過設(shè)計(jì)報(bào)警值(30mm)。底板的澆筑后以及其他施工工序的進(jìn)行，變形速率減少并趨于穩(wěn)定。

圖7 立柱樁的累計(jì)沉降變化曲線

6 結(jié)論

地鐵車站基坑開挖施工過程中的變形監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行了分析[2]，對(duì)不同開挖層次下基坑周圍地表的沉降、基坑支護(hù)樁(墻)體水平位移和立柱沉降的變化規(guī)律進(jìn)行了對(duì)比分析[2]，得出如下結(jié)論及建議：

(1)該工程基坑大部分變形較小，未超出報(bào)警值。表明地連墻結(jié)構(gòu)沉降、傾斜、彎曲剛度十分良好，基坑總體安全。

(2)基坑周邊地表下降幅度偏大，主要原因是因地下連續(xù)墻連接處局部止水效果不夠理想，基坑側(cè)壁滲水、漏水、流沙現(xiàn)象，以及道路行車等影響，造成地表沉降報(bào)警的一個(gè)原因。

(3)蓋挖逆作法施工中，立柱沉降在監(jiān)測過程中，各點(diǎn)累計(jì)沉降均在允許范圍內(nèi)，立柱沉降基本正常。

(4)根據(jù)該工程基坑監(jiān)測的情況，提出以下幾點(diǎn)建議：①基坑支護(hù)設(shè)計(jì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)施工是基坑安全施工的前提，所以在進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，確保基坑施工的重要性。②地連墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量直接決定坑外水位變化結(jié)果。③在基坑施工過程中，嚴(yán)禁在基坑邊堆放大量重型物品，控制基坑邊重型車輛的通行。

綜合以上結(jié)果監(jiān)測分析判斷，該工程基坑開挖期間，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形受力基本正常，對(duì)周邊地表道路變形影響不大，該工程支護(hù)設(shè)計(jì)和施工總體上是成功的。