某地鐵深基坑支護設計方案比選及監測分析

郎艷琪

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 工程概述

1.1 車站概況

車站位于天目山路與古墩路交叉口，沿天目山路布置。車站總凈長178m，站臺寬度17.2m，標準段總凈寬24.9m，共設有4 個出入口、2 組風亭和1 個安全出入口。車站為地下三層島式車站，結構形式為雙柱三跨鋼筋混凝土框架結構，結構外皮寬27.1m。車站頂板覆土約為2.5m。車站西北側為錢江制冷集團、尚坤大廈等辦公大樓；東北側為方易城市心境；東南側為浙江外事旅游汽車有限公司；西南側為浙江省直汽車銷售服務有限公司，裕都大廈。北側為沿山河。

1.2 工程地質和水文地質概況

場地自上而下的土層：①1 層雜填土、②2 粉質黏土、④1 淤泥質粉質黏土、（15）2（含礫）粉質黏土、（15）3碎石夾黏性土、（15）3 夾含礫粉質黏土、（15）4 粉質黏土、（20）a-1 全風化泥質粉砂巖、（20）a-2 強風化泥質粉砂巖、（20）a-3 中風化泥質粉砂巖。根據勘察揭露，擬建場區孔隙承壓水主要分布于⒂3 層碎石（角礫）混黏性土，層厚1.00m～15.50m，水量一般。隔水層為上部的淤泥質土和黏性土層（④1 層），承壓含水層頂板埋深6.80m～26.70m，層頂標高-26.72m～-6.72m。土層物理力學性質參數表如表1 所示。

表1 土層物理力學性質參數表

2 基坑支護設計

2.1 基坑支護方案比選

該工程具有如下幾個主要特點：1）基坑周邊存在裕都大廈、浙江外事旅游汽車等多個重要建筑物。2）該場區以①1 層雜填土、②2 層粉質黏土、④1 層淤泥質粉質黏土、（15）2 層（含礫）粉質黏土、（15）3 碎石夾黏性土、（15）3 夾層含礫粉質黏土、（15）4 層粉質黏土、（20）a-1 層全風化泥質粉砂巖、（20）a-2 層強風化泥質粉砂巖、（20）a-3層中風化泥質粉砂巖為主，局部巖面起伏較大。在基坑開挖時，上部土體易產生蠕變對圍護結構穩定不利，土體強度易突降，產生較大回彈量及蠕變，影響基坑安全。下部巖層起伏較大，局部存在中風化夾層。3）基坑開挖深度較大，約23m～26m?；娱_挖寬度較大，標準段基坑寬度30.3m。4）車站基坑北側存在沿山河，距離車站較近，對圍護結構的止水性能提出較高的要求。

根據周邊環境及基坑特點，對地連墻、鉆孔灌注樁加止水帷幕和鉆孔咬合樁三種圍護形式進行了技術經濟比較（見表2）。

表2 圍護方案技術經濟比選表

綜合考慮周邊的環境、地質特點、水文特點、基坑性質、造價管理等因素，決定采用地下連續墻支護形式。雖然該方案在經濟方面不具備優勢，但其具有安全可靠、防水效果好、施工速度快、便捷施工、適應工期等優勢[1-3]。因此，該站推薦采用1000mm厚地下連續墻作為車站主體基坑的圍護結構形式。

2.2 基坑支護計算

使用軟件啟明星計算基坑典型圍護剖面，具體計算結果如圖1 所示，圖2 為地表沉降圖。

圖1 典型剖面計算結果

圖2 地表沉降圖

單元計算結果如下：1）基坑開挖至回筑完成，支護結構最大水平位移19.0mm，最大水平位移在基坑深度約20m位置（靠近最后一道支撐）。2）地面最大沉降值距離基坑邊約10m，沉降值為23.0mm 左右。3）基坑開挖至回筑完成，支護的最大水平位移未超過30mm，滿足一級基坑變形控制要求。

3 現場監測方案

車站自身風險等級為一級，周邊環境風險等級為二級。地質條件復雜程度為中等。綜上所述，車站主體基坑的工程監測等級為一級。

該文選取最不利斷面（基坑長邊中點位置）處的監測數據，墻體水平位移（ZQT15），周邊地表沉降（DBC15）、支撐軸力（ZCL5）進行分析。對應監測數據與開挖、支撐架設、拆撐回筑等施工工序如表3 所示。

表3 基坑施工工序

4 監測結果分析

4.1 墻體水平位移

選取ZQT15 墻體水平位移進行分析，如圖3 所示。

圖3 墻體水平位移與深度關系圖

圖中顯示，隨著基坑開挖深度的增加，墻體側向位移逐漸增加。基坑回筑階段，墻體水平位移繼續增大，但變化幅度相比開挖階段明顯變緩，最終地墻變形表現為“漲肚形”。最大墻體水平位移約28mm，位置在基坑深18.5m 左右，變形值小于30mm，滿足一級基坑變形控制要求。

底板澆筑完成后，墻體水平位移變化趨勢明顯變緩，可知基坑封底對基坑變形控制效果明顯，能有效減小變形持續增加。因此在實際工程中，合理安排施工組織，特別是基坑開挖至坑底后，應盡快澆筑底板，減少坑底暴露時間，控制基坑變形發展，從而降低施工風險。

墻體水平位移變形與啟明星計算結果類似，但實測墻體水平位移值比理論計算值大，初步分析是現場超挖、支撐架設不及時造成的[4-6]。在實際工程中，應及時架設支撐，鋼支撐及時施加預加軸力，嚴禁超挖。

4.2 周邊地表沉降

根據現場監測方案顯示，地表監測點與基坑邊距離分別為2.5m、7.5m、17.5m、32.5m 和52.5m。DBC15 地表沉降統計如圖4 所示。

圖4 地表沉降與基坑距離關系圖

沉降最大值約在距離基坑17.5m 的位置，地表沉降在12.8mm 左右，發生在基坑開挖至坑底后。同時基坑開挖至第七道支撐時，地表沉降值變化最大，與墻體水平位移變化規律相似。底板澆筑完成后，地表沉降基本穩定，不再增加。

基坑開挖初期，基坑附近的土體有向上隆起的變化趨勢，初步分析地下連續墻在開挖初期向坑內發生水平位移和變形時，墻后一定范圍內的土體受到影響，出現輕微隆起。隨著基坑開挖深度的增加，隆起現象逐漸消失。

通過實測地表沉降與啟明星計算沉降曲線可以看出，地表沉降呈漏斗形分布，沉降最大值不是在基坑邊，而是出現在距離基坑邊10m～12.5m，即0.4H～0.5H處，H為基坑開挖深度。

4.3 支撐軸力

對第一道支撐（混凝土支撐）和第二道支撐（鋼支撐）監測數據進行統計，具體如圖5。

圖5 支撐軸力與時間關系圖

在杭州地區，第一道支撐經常會出現拉應力，因此第一道支撐通常采用混凝土支撐，監測數據及軟件計算結果均反映了這一現象。

從監測數據可以看出，在第五道混凝土支撐和底板完成后，第一道混凝土支撐拉應力均有變小的趨勢?？梢哉J為，第五道混凝土支撐與底板剛度較大，可作為圍護轉動的支點，結合其他支撐軸力，形成抵抗矩，使第一道混凝土支撐拉力逐漸減小。因此在設計時，第五道采用鋼筋混凝土，能有效減輕圍護向外傾斜的被動破壞，有利于提高圍護結構穩定性。

第二道支撐（鋼支撐）軸力隨著基坑挖深逐漸增大，鋼支撐軸力變化趨勢與第一道混凝土支撐類似，在第五道混凝土支撐和底板完成后，軸力變小。鋼支撐實測最大軸力值1741kN，最小軸力值768kN，小于支撐承載能力設計值。啟明星軟件計算最大軸力值1400.8kN，最小軸力值613kN。實測支撐軸力約為理論計算軸力的1.25 倍。

基坑在開挖和回筑過程中，其深度及支撐數量不斷變化，當進行下一工況時，支撐軸力將重新分配，并達到新的平衡，因此支撐軸力是動態變化的。

5 結語

基坑封底能有效控制基坑變形、地表沉降，在實際工程中，基坑開挖至坑底后，應盡快澆筑底板，降低施工風險。同時及時架設支撐，嚴禁超挖。

地表沉降通常會出現隆起現象，并且沉降變形呈漏斗形，沉降最大值不是在基坑邊，而是出現在距離基坑邊一定長度的地方。

第一道、第五道支撐采用鋼筋混凝土，較為合理，并且提高了圍護的穩定性和安全性。

結合啟明星計算及現場實測結果，該基坑墻體水平位移、周邊地表沉降、支撐軸力均未超過控制值。雖然理論計算值與監測數據有一定的差距，但理論計算值反映的變化趨勢與實際工程情況一致，可用于指導基坑工程施工。