某地鐵深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案比選及監(jiān)測分析

郎艷琪

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)段總凈寬24.9m，共設(shè)有4 個出入口、2 組風(fēng)亭和1 個安全出入口。車站為地下三層島式車站，結(jié)構(gòu)形式為雙柱三跨鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)外皮寬27.1m。車站頂板覆土約為2.5m。車站西北側(cè)為錢江制冷集團(tuán)、尚坤大廈等辦公大樓；東北側(cè)為方易城市心境；東南側(cè)為浙江外事旅游汽車有限公司；西南側(cè)為浙江省直汽車銷售服務(wù)有限公司，裕都大廈。北側(cè)為沿山河。

1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)概況

場地自上而下的土層：①1 層雜填土、②2 粉質(zhì)黏土、④1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、（15）2（含礫）粉質(zhì)黏土、（15）3碎石夾黏性土、（15）3 夾含礫粉質(zhì)黏土、（15）4 粉質(zhì)黏土、（20）a-1 全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、（20）a-2 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、（20）a-3 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。根據(jù)勘察揭露，擬建場區(qū)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(zhì)土和黏性土層（④1 層），承壓含水層頂板埋深6.80m～26.70m，層頂標(biāo)高-26.72m～-6.72m。土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表如表1 所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 基坑支護(hù)方案比選

該工程具有如下幾個主要特點(diǎn)：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(qū)以①1 層雜填土、②2 層粉質(zhì)黏土、④1 層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、（15）2 層（含礫）粉質(zhì)黏土、（15）3 碎石夾黏性土、（15）3 夾層含礫粉質(zhì)黏土、（15）4 層粉質(zhì)黏土、（20）a-1 層全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、（20）a-2 層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、（20）a-3層中風(fēng)化泥質(zhì)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(chǎn)生蠕變對圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不利，土體強(qiáng)度易突降，產(chǎn)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(fēng)化夾層。3）基坑開挖深度較大，約23m～26m。基坑開挖寬度較大，標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度30.3m。4）車站基坑北側(cè)存在沿山河，距離車站較近，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能提出較高的要求。

根據(jù)周邊環(huán)境及基坑特點(diǎn)，對地連墻、鉆孔灌注樁加止水帷幕和鉆孔咬合樁三種圍護(hù)形式進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較（見表2）。

表2 圍護(hù)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選表

綜合考慮周邊的環(huán)境、地質(zhì)特點(diǎn)、水文特點(diǎn)、基坑性質(zhì)、造價管理等因素，決定采用地下連續(xù)墻支護(hù)形式。雖然該方案在經(jīng)濟(jì)方面不具備優(yōu)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(yīng)工期等優(yōu)勢[1-3]。因此，該站推薦采用1000mm厚地下連續(xù)墻作為車站主體基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

2.2 基坑支護(hù)計(jì)算

使用軟件啟明星計(jì)算基坑典型圍護(hù)剖面，具體計(jì)算結(jié)果如圖1 所示，圖2 為地表沉降圖。

圖1 典型剖面計(jì)算結(jié)果

圖2 地表沉降圖

單元計(jì)算結(jié)果如下：1）基坑開挖至回筑完成，支護(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)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(xiàn)場監(jiān)測方案

車站自身風(fēng)險等級為一級，周邊環(huán)境風(fēng)險等級為二級。地質(zhì)條件復(fù)雜程度為中等。綜上所述，車站主體基坑的工程監(jiān)測等級為一級。

該文選取最不利斷面（基坑長邊中點(diǎn)位置）處的監(jiān)測數(shù)據(jù)，墻體水平位移（ZQT15），周邊地表沉降（DBC15）、支撐軸力（ZCL5）進(jìn)行分析。對應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)與開挖、支撐架設(shè)、拆撐回筑等施工工序如表3 所示。

表3 基坑施工工序

4 監(jiān)測結(jié)果分析

4.1 墻體水平位移

選取ZQT15 墻體水平位移進(jìn)行分析，如圖3 所示。

圖3 墻體水平位移與深度關(guān)系圖

圖中顯示，隨著基坑開挖深度的增加，墻體側(cè)向位移逐漸增加。基坑回筑階段，墻體水平位移繼續(xù)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(xiàn)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(xù)增加。因此在實(shí)際工程中，合理安排施工組織，特別是基坑開挖至坑底后，應(yīng)盡快澆筑底板，減少坑底暴露時間，控制基坑變形發(fā)展，從而降低施工風(fēng)險。

墻體水平位移變形與啟明星計(jì)算結(jié)果類似，但實(shí)測墻體水平位移值比理論計(jì)算值大，初步分析是現(xiàn)場超挖、支撐架設(shè)不及時造成的[4-6]。在實(shí)際工程中，應(yīng)及時架設(shè)支撐，鋼支撐及時施加預(yù)加軸力，嚴(yán)禁超挖。

4.2 周邊地表沉降

根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測方案顯示，地表監(jiān)測點(diǎn)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(tǒng)計(jì)如圖4 所示。

圖4 地表沉降與基坑距離關(guān)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(fā)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(guī)律相似。底板澆筑完成后，地表沉降基本穩(wěn)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(xù)墻在開挖初期向坑內(nèi)發(fā)生水平位移和變形時，墻后一定范圍內(nèi)的土體受到影響，出現(xiàn)輕微隆起。隨著基坑開挖深度的增加，隆起現(xiàn)象逐漸消失。

通過實(shí)測地表沉降與啟明星計(jì)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(xiàn)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(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，具體如圖5。

圖5 支撐軸力與時間關(guān)系圖

在杭州地區(qū)，第一道支撐經(jīng)常會出現(xiàn)拉應(yīng)力，因此第一道支撐通常采用混凝土支撐，監(jiān)測數(shù)據(jù)及軟件計(jì)算結(jié)果均反映了這一現(xiàn)象。

從監(jiān)測數(shù)據(jù)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(yīng)力均有變小的趨勢。可以認(rèn)為，第五道混凝土支撐與底板剛度較大，可作為圍護(hù)轉(zhuǎn)動的支點(diǎn)，結(jié)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(shè)計(jì)時，第五道采用鋼筋混凝土，能有效減輕圍護(hù)向外傾斜的被動破壞，有利于提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(shí)測最大軸力值1741kN，最小軸力值768kN，小于支撐承載能力設(shè)計(jì)值。啟明星軟件計(jì)算最大軸力值1400.8kN，最小軸力值613kN。實(shí)測支撐軸力約為理論計(jì)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(shù)量不斷變化，當(dāng)進(jìn)行下一工況時，支撐軸力將重新分配，并達(dá)到新的平衡，因此支撐軸力是動態(tài)變化的。

5 結(jié)語

基坑封底能有效控制基坑變形、地表沉降，在實(shí)際工程中，基坑開挖至坑底后，應(yīng)盡快澆筑底板，降低施工風(fēng)險。同時及時架設(shè)支撐，嚴(yán)禁超挖。

地表沉降通常會出現(xiàn)隆起現(xiàn)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(xiàn)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(hù)的穩(wěn)定性和安全性。

結(jié)合啟明星計(jì)算及現(xiàn)場實(shí)測結(jié)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(jì)算值與監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定的差距，但理論計(jì)算值反映的變化趨勢與實(shí)際工程情況一致，可用于指導(dǎo)基坑工程施工。