南京某工程深基坑地連墻支護體系變形規(guī)律研究

溫 慧 武

(太原市政建設集團有限公司，山西 太原 030002)

中國的社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，城市建設步伐相對較快，主要城市都在爭相發(fā)展地鐵運輸。并且大多數(shù)地鐵運輸都會經(jīng)過城市的主要商業(yè)區(qū)和行政區(qū)，因此地鐵的施工主要分布在城市的大樓之下、管網(wǎng)之中，這也就導致地鐵的施工環(huán)境復雜、施工難度較大。除此之外，在城市中大面積開挖基坑風險巨大，這就要求工程設計單位提出更安全的設計方案，以保證地鐵周圍建筑的安全以及地下管網(wǎng)的正常運行。

從工程的角度來看，深基坑的設計已經(jīng)從最初的強度控制發(fā)展到今天的變形控制和系統(tǒng)控制，因此深入研究深基坑支護結構的變形規(guī)律對深基坑的優(yōu)化設計非常重要。國內外學者都對這方面進行了深入的探討。唐夢雄，陳如貴等人研究了基坑變形與環(huán)境影響之間的關系。王衛(wèi)東等在基坑圍護結構為地下連續(xù)墻的條件下，對基坑深部的變形特征和相關特征方面進行了研究。李舒等統(tǒng)計了北京市37種基坑開挖方法，通過分析得到了該地區(qū)由于深基坑開挖所引起的墻體變形規(guī)律，并加以計算得到了深基坑變形量與主變形量范圍的比值。嚴文斌通過對武漢地鐵2號線中金崖苑站監(jiān)測資料的分析，明確了軟土層中深基坑地連墻的變形特征及其主要影響因素。張欽喜等將深圳市地鐵2號線中車站的基坑實際監(jiān)測數(shù)據(jù)與軟件計算相結合，并且依托實際工程背景，詳細研究了基坑支護結構的變形規(guī)律。劉巖等通過結合上海市地鐵8號線車站的實用技術，對基坑擋土墻的變形特征進行了分析。任建喜等對北京市地鐵深基坑支護結構的變形規(guī)律進行了研究，發(fā)現(xiàn)基坑的開挖深度與時間都會對圍樁的最大水平位移產(chǎn)生影響。本文依托南京地鐵站深基坑施工的實際工程背景，結合基坑的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，對地連墻的變形進行了深入研究，旨在為江蘇省深基坑工程施工提供參照。

1 工程概述

南京軌道交通2號線順利門站位于京漢路與江漢路的江漢路之間，與江漢路平行。車站的東側是京阪太極線1號線的橋，西側是新扎門地下通道，西南側距離基坑約3.5 m，是RT-Mart超市的三樓地下室，地下1層(基本型筏式地基)武漢造船工業(yè)總公司西北30層，距基坑約53 m；東北28層高的建筑(地基為樁基)距基坑約13 m，東南側正在等待開放空間。

2 場地工程地質條件

在鉆探深度范圍內，主要為第四紀沖、洪積而形成的素填土、黃土狀粉土，以及二疊紀形成的砂巖為主。根據(jù)野外鉆探、原位測試及室內土工試驗結果，將場地土分為四層。土層特性由地面往下分別為：第①層為素填土：呈灰黃色、黃褐色，局部為全風化砂巖，含大量小礫石、小碎石等,表層為耕土，含植物根系，層厚0.3 m～3.5 m。第②層為黃土狀粉土：呈黃褐色，稍密～中密，稍濕～濕，無搖振反應，含鐵錳結核及小姜石，局部夾大量小礫石、小碎石，局部夾粉質粘土薄層，含白色菌絲，見大孔隙，含碳屑。屬中等壓縮性土。層頂埋深0.3 m～3.5 m，層頂黃海高程148.51 m～192.59 m，層厚0.8 m～5.9 m。第③層砂巖：呈灰黃色，局部灰白色，全風化～強風化，裂隙發(fā)育，結構較破碎，局部層頂風化為小碎石。層頂埋深0.5 m～6.2 m，層頂黃海高程139.73 m～207.31 m,層厚1.9 m～6.3 m。第④層砂巖：呈灰黃色，局部紅褐色，中風化，裂隙發(fā)育，局部層頂結構較破碎。層頂埋深3.5 m～8.9 m，層頂黃海高程136.63 m～203.91 m,勘察深度范圍內最大揭露層厚為17.7 m。

3 支護結構

地鐵車站的主要支護結構是800 mm厚的連續(xù)地下墻，并帶有內部支撐。地下室的連續(xù)壁通過剛性工字梁連接，最大人類深度為50.8 m～53.1 m。支撐系統(tǒng)的設計是在標準部分設置四個支撐結構。第一個支撐結構選用鋼筋混凝土結構支撐，其余3個采用鋼結構支撐，其中第三個支撐結構選用雙分裂支撐。蓋板鉆孔部分設計有五個支架，第二個采用鋼支架。另一根是鋼筋混凝土柱，頂部有五根柱子，第一根是鋼筋混凝土柱，第二到第五根柱是鋼柱，第四根柱是雙分裂柱。鋼柱由直徑為609 mm，壁厚為16 mm的鋼管制成。為了增加基坑的穩(wěn)定性，在五個大角落安裝了300厚的C30混凝土角架。

4 具體監(jiān)測方案

為保證監(jiān)測的準確性以及實時性，對支護結構進行了全面的三維連續(xù)監(jiān)測，并增加了支撐結構敏感區(qū)域內監(jiān)測點和監(jiān)測項目的數(shù)量，另外還進行關鍵監(jiān)測，并對主要組件之外的區(qū)域進行了系統(tǒng)監(jiān)測。墻頂水平(ZQS)、沉降(ZQC)的監(jiān)測布點間距不大于15 m，墻體水平(ZQT)的監(jiān)測布點間距不大于30 m，并且每個監(jiān)測斷面都設有較為完整的監(jiān)測體系。如圖1所示為車站支護結構監(jiān)測點位布置斷面圖。

在支撐結構的鋼筋籠中埋有緊束的測斜管，方法是將測斜管直接粘貼到連續(xù)墻壁鋼筋籠中，以達到固定的目的，隨即沉入凹槽中。放樣間隔小于1.5 m。固定管和加固籠必須牢固放置，以便在澆筑混凝土時斜管不會掉落。泥漿的浮力可防止混凝土漂浮或向側面移動。捆扎時，調整方向，使管道上的一對測量槽垂直于基坑的側面。管道的底部必須與鋼筋籠的底部齊平或略低于鋼筋籠的底部，并且頂部要達到地面或導向壁的頂部。連接測斜儀管的管段時，上下管段的斜槽必須彼此對齊，以使測斜儀的探頭在管中平穩(wěn)工作，并且要利用彈性密封劑或密封條來將接頭密封。位于墻頂部的水平位移監(jiān)測點和垂直位移監(jiān)測點是共用的。具體方法是在基坑支護結構的冠梁處開孔，將定制的監(jiān)測點棱鏡對中螺栓插入預先開孔，隨即用大理石膠固定。對中螺栓要豎直放置，這樣定制棱鏡就可以繞螺栓自由轉動，以達到在任意方向定向的目的。

5 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

在地鐵深基坑的開挖施工過程中，地連墻的變形量(墻體位移、墻頂位移、墻底沉降)是判斷支護結構是否穩(wěn)定的主要因素。因此必須對檢測項目進行全面分析。本文針對地鐵車站具有代表性的ZQT1，ZQT9兩個擴大段以及ZQT05，ZQT13兩個標準段墻體的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了具體分析。

5.1 墻體監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

地鐵車站西側是最早的擴大開挖段，如圖2所示是布置的墻體變形監(jiān)測點ZQT1所得到的位移變化曲線。通過圖2可以看出，在基坑開挖前，墻體并無位移變化。在第二道鋼支撐結構施工完畢后，距墻頂11 m深處的墻體由于受到主動土壓力向內發(fā)生變形，位移量為17.42 mm。隨著開挖深度增加，墻體的變形量也逐漸增加。當基坑挖至設計標高并架設第三道鋼支撐之后，距墻頂13 m深處的墻體的位移量達到了52.71 mm，待基坑底板澆筑完成后墻體變形量減少。可以看出，墻體變形主要集中在7 m～16 m深度處。

地鐵車站東側的擴大開挖段吸取了西側擴大開挖段的教訓，體現(xiàn)在施工過程緊貼技術要求，合理布置實施各道工序。如圖3所示是布置的墻體變形監(jiān)測點ZQT9所得到的位移變化曲線，可以看出，距墻頂6.5 m深處的墻體變形量僅為4.9 mm，8 m深處的墻體變形量也不太明顯。待基坑開挖至第三道支撐位置時，墻體發(fā)生較明顯變形，但在13 m深 度處也只向坑內方向發(fā)生了9.6 mm的變形。在擴大段中部靠近地連墻一側的位置設有施工集水坑，集水坑處的開挖深度較標準段的開挖深度深2.73 m。另外，當基坑開挖至設計標高后墻體位移發(fā)生突變，15.5 m深度處的變形最大，可達36.68 mm，并且當基坑底板澆筑完成后墻體變形量未有明顯變形。

圖4，圖5分別表示的是標準段在同一斷面監(jiān)測點ZQT6，ZQT12的位移變化曲線。標準段的支撐形式均為全撐結構，理論上講是可以有效防止墻體變形的，但從實際監(jiān)測數(shù)據(jù)上看，當基坑開挖至第二道支撐位置以下，兩個監(jiān)測點均有較大的側向變形。經(jīng)分析認為是支撐的預加軸力較小，開挖速度較快，在較短時間內取走大量土體引起墻體所受主動土壓力變大所導致的。

5.2 墻頂監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

對于基坑整體穩(wěn)定性的監(jiān)測可采用上壁水位監(jiān)測。如果墻體變形太大，可以根據(jù)需要修改墻體坡度測量數(shù)據(jù)，以適應墻體頂部水平變形的大小。該項目使用具有自動記錄功能的高精度TS11全站儀進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集。

監(jiān)測墻上方的水平位移監(jiān)測點沿基坑周長每15 m定位一次。諸如基坑兩側中心，太陽角度，深度變化部分，對于基坑周圍建筑物及地下管網(wǎng)、地質條件等其他重要部分的監(jiān)測點布置較為復雜。監(jiān)測點的位置在字段中選擇，避免在距基坑300 mm的基坑側面上使用安全導軌，這不會影響結構并且易于保護。極坐標法用于監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集，全站儀用于選定水平位移監(jiān)測參考點，對中精度準確，其他水平位移監(jiān)測參考點向隨之確定，利用選定的監(jiān)測點和監(jiān)測參考點，通過確定之間的角度、計算距離，得到每個監(jiān)測點的坐標。本文選擇了與上述四個墻面監(jiān)測點相對應的墻上監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，結果如圖6所示。

如圖6所示，顯示了在基坑施工過程中具有不同水平坐標的墻頂變形。在基坑開挖之前，墻頂幾乎沒有變形，但是在開挖到第二根支柱之后，墻頂發(fā)生了很大的變形，并且變形隨著開挖深度的增加而繼續(xù)增加。當發(fā)生變形時，最大程度集中在底板澆筑階段的第二至第三支撐件和第三支撐件中，變形相對較小，并且有變形穩(wěn)定的趨勢。最初的支持是具體的支持，整體穩(wěn)定性較強。但從數(shù)據(jù)統(tǒng)計的角度來看，四個壁頂點均移至凹坑，最強烈位置為6.82 mm。除此之外，需要提及的是兩個水平監(jiān)測點ZQS11和ZQS23位于同一監(jiān)測段中，但是，這兩個點都將轉換為凹坑，并且最大變形時間將集中在第三個支架上。

從圖6中可以看出，孔口的上述四個斜率的變形與水平坐標的變形有很大不同。坡度數(shù)據(jù)基于孔的底部估計整個墻的變形，但是墻連接到地面。如若相對插入率較小，則基坑四周樁荷載較大，或者因為地質條件較差，則地下斷層壁的最深部分也可能變形。用孔底為0來計算傾角儀是不精確的。對圖1～圖6的綜合分析表明，需要通過墻頂?shù)乃阶鴺俗冃蝸硇Ｕ龎Φ恼鎸嵶冃危瑢嶋H變形要比直接使用傾角儀測量的墻變形效果明顯。

6 結語

通過對南京地鐵車站深基坑開挖施工過程中的綜合監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)中所體現(xiàn)的鉆進條件和變形關系，對數(shù)據(jù)加以分析與處理，可得以下結論：1)由于施工條件(高水位砂礫層)的特殊性，導致基坑的變形量難以控制，但科學嚴謹?shù)氖┕こ绦蚴墙鉀Q這一問題的有效手段。2)監(jiān)測過程中所用到的測深儀需要埋入支護結構，而埋入質量直接影響到監(jiān)測所得數(shù)據(jù)的準確性。3)基坑開挖過程的最大變形是發(fā)生在第二至第三道支撐，及時完成支撐施工能夠有效減少基坑變形。4)將測斜儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)和墻頂部變形量相結合，輔以適當修正，能夠有效反映墻體的實際變形。