淺議城市地鐵車站基坑變形監測

文/侯斌 廣州亞奧建設工程咨詢有限公司 廣東廣州 511400

1、工程案例

某地鐵施工項目處在砂卵石地層中，在建設過程中主要采用了明挖施工技術，而維護結構則統一采用了規格為1000mm＊1800mm 的鉆孔灌注樁加鋼板的支撐。另外，根據工程設計圖紙要求，整個基坑開挖長度為325m、。標準段寬為25m、基坑深度為20m。同時，在基坑場區周圍，還設置了人工堆積層以及全新的沖積層。并且站主體的基坑結構底板設置在黏土層中。

2、地鐵車站基坑變形特點

2.1 砂卵石地層變形特點

由于該地鐵基坑開挖施工主要處在砂卵石地層中，在施工過程中，若相應的施工支撐設置與砂卵石受力分布變化之間存在較大的差異，則必定會導致維護樁產生上大下小的變形現象，嚴重時，甚至還會發展成中間突出的樁基礎。

2.2 基坑開挖期間的變形特點

在基坑開挖過程中，維護樁施工后地表的沉降問題時有發生，究其原因，主要是維護樁的水平位移而導致樁體周邊土體水平位移情況加劇所致。而樁體周邊地表沉降的分布形式主要包括三角形分布形式和地表拋物線分布形式。其中，前者沉降分布形式是指當基坑開挖施工處在軟土層且維護樁嵌固深度不穩定的情況下時，樁底會產生較明顯的水平位移情況，進而使得樁體周邊較近地表出現一定程度的沉降問題。而后者沉降分布形式則是指當基坑開挖施工處在圍護樁嵌固深度較大且樁體根部深入剛度較大的地層中時，則一般會在與基坑存有一定距離的周邊土體發生地表沉降問題。據相關實踐證明，砂卵石地層的基坑開挖工程中，基坑周邊地表沉降分布形式主要是以拋物線分布形式為主。

3、地鐵車站基坑變形監測內容

3.1 監測對象與項目建設要求的明確

在案例工程中，其在施工期間所確立的監測對象主要包括基坑周圍的地表以及主體基坑。其中，基坑周圍地表監測是指對基坑周圍地表的沉降程度進行嚴格的監督和分析；而主體基坑監測則是指對基坑的整體施工質量進行全面的觀測，以便確保樁頂水平位移、樁體水平位移以及支撐軸力等都能符合相應的工程設計標準。

3.2 監測范圍并布點的確立

根據地表沉降監測項目的要求，需要沿著基坑開挖線向外1 倍的基坑開挖深度的距離確定基坑開挖影響的范圍。考慮到基坑四周距離基坑邊的位置，需要沿著基坑周邊土體設置2 排沉降觀測點，排距主要設置在5～8m，點距為20m 左右。在樁體頂部和中部均勻布置水平位移監測點。支撐軸力的監測范圍需要根據支撐體系進行逐層的監測點布置。沿著明挖的基坑長邊，設置合適的測點間距，將重點部位進行加密處理，在盾構井角支撐部位對應樁頂的水平位置，需要布設一個監測斷面，且每個斷面上的支撐軸力監測點是均勻布設的。

3.3 監測頻率與周期

在監測過程中基坑周邊環境常會出現地表沉降。基坑開挖期間、基坑開挖結束之后、穩定期都會存在不同程度的沉降。同時會存在水平位移和支撐軸力的變化，因此在整個過程當中都需要進行監測，原則上在基坑開挖及回填期間的監測頻率不少于每天1 次，基坑回填完成后視具體情況而定。

4、監測結果

4.1 基坑中部樁體水平位移情況

對基坑中部樁體水平位監測點進行監測，能夠將基坑中部在開挖期間存在的變形情況反映出來。該部位的首層支撐施工期間，維護樁頂部位的累計變形量高達5mm，而且首層的支撐架設置之后，仍然會持續向基坑內進行變形推進。主要原因是該部位的基坑邊存在大量的堆載。如果繼續向下開挖，二三層的鋼支撐架設相對較為有效，維護樁的中下部的變形相對緩和，基坑開挖到基坑底板之后，樁體中累計變形值會穩定在5mm 左右，不會再持續增大。

4.2 基坑中部樁頂水平位移情況

要想確保基坑中部樁頂水平位移的監測質量，前提條件就是要確保位移觀測點的合理設置，即在首層鋼支撐架設之前來進行確定，這樣就會在第一時間捕獲到樁頂水平位移數據，進而將其與該階段的變形值進行對比、分析，看兩者是否相吻合。一般情況下，基坑中部樁頂的最大變形值應保持在5mm 范圍內。但是受基坑持續開挖的影響，盡管其變形速度會相對降低，但變形值仍會逐步的增大。通常，在基坑開挖完畢后，其變形值都會達到10mm 左右。究其原因，主要是因為在基坑開挖過程中，土方開挖速度、首層支撐架設時間、軸力施加壓力的分布情況等未達到相應的規范標準所致。因此，必須從這幾個方面去采取有效措施進行處理，這樣才能保證基坑開挖質量，盡量減少其變形。

4.3 支撐軸力的變化情況

從該工程的基坑總體情況來看，首層鋼支撐實際施加預加力與相應的設計標準之間存有較大的差距，施工單位也未能及時調整，因而產生基坑開挖期間該部位的維護樁頂持續的變形。尤其是在首層支撐架設之后該部位的變形更為明顯。

4.4 基坑中的地表沉降情況

首先，基坑開挖初期距離基坑邊最近的測點沉降速度相對較快，在首層支撐架設之后，累計變形接近2mm，其它的測點表明沉降現象并不明顯。在繼續開挖之后，中部位置離基坑最近的測點會連續發生變形，基坑開挖施工結束之后，累計的變性值仍未超出4mm。其次，當首層支撐架架設完畢后，若是基坑開挖工作依然進行，則勢必會導致樁后深層土體以及離基坑5m 左右的觀測點出現水平偏移情況。而偏移的規律是按照先基坑一側、后周圍蔓延的順序來進行，且在項目施工的第三層支撐架架設完畢后，才能保證基坑沉降監測點以及基坑周圍5m 左右的其他兩個測點也逐漸趨于穩定。經過研究分析表明，距離基坑較近的測點發生的沉降現象較為突出，而離基坑越遠的位置沉降變形就越小。

結語：

基坑周邊常存在堆載現象，且首層支撐預加力很難滿足設計的要求，由此導致基坑開挖過程中的維護樁頂位置就會出現持續性的變形。相對來講第二道和第三道的鋼支撐架的作用較大。樁后深層土體也不會受到圍護欄的影響而出現較大位置的水平位移，所以基坑開挖期間需要嚴格控制每層支撐的施工質量，避免基坑持續的變形影響工程質量。