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衙前站地铁站深基坑开挖监测分析

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：鲁麓树

[导读] 摘要：以绍兴城际地铁衙前车站深基坑施工中的地表沉降、轴力、围护桩水平位移的监测数据为基础，通过对监测数据的分析总结，得出以下结论：地表沉降与围护桩水平位移有一定关联。底板和中板完成后对地表沉降有很好的抑制作用、轴力随开挖深度增加而增加，其大小变化与施工工艺、气温以及支撑的施加和拆除有关。

        柯桥区轨道交通集团有限公司浙江绍兴 312030
        摘要：以绍兴城际地铁衙前车站深基坑施工中的地表沉降、轴力、围护桩水平位移的监测数据为基础，通过对监测数据的分析总结，得出以下结论：地表沉降与围护桩水平位移有一定关联。底板和中板完成后对地表沉降有很好的抑制作用、轴力随开挖深度增加而增加，其大小变化与施工工艺、气温以及支撑的施加和拆除有关。基坑底板和中板混凝土刚浇筑还未达到设计龄期时，由于支撑强度不够导致围护结构变形较大。由于围护结构两端约束较大，水平位移曲线呈现出两头小、中间大的鼓肚变形特征。研究结果对于该路段地铁的后续施工以及日后该地区地下工程的施工具有一定的参考价值。
        关键词：基坑软弱土监测
        引言
        随着经济的发展、人口的增加，交通拥挤已成为现代社会的显著问题。如何有效地利用地下空间来解决交通拥堵问题引起了人们越来越多的关注，人们在要求更多、更深的地下空间的同时，对深基坑支护结构的安全性也提出了更高的要求[1]。由于深基坑工程自基坑开挖至基坑回填工期较长、施工多在城市故而场地狭窄且容易受到周围环境的影响、工程地质条件复杂，因而深基坑施工安全隐患很大 [2]。需要采用可靠的方法来保证基坑工程的稳定性。对基坑本身以及基坑周边环境而言监测是一项必不可少的工作，通过分析监测数据，可以判断基坑变形是否满足要求，并为及时采取处理措施提供有效的参考[3]。基坑工程可以通过制定合理的监测方案，确保整个施工过程的高效和施工安全，进一步验证基坑工程的设计与施工方案是否安全[4]。特别是对于软土地区，基坑开挖引起的土体变形以及建筑变形的空间效应较为明显[5]。
        1工程概况
        1.1车站基本概况
        衙前站地处杭州市萧山区与绍兴市柯桥区交界，为杭州至绍兴城际铁路工程第2个车站，车站位于衙前路和张夏路路口，沿张夏路南北向布置。车站主体结构为地下二层岛式现浇钢筋混凝土框架结构，车站有效站台长度120m，岛式站台宽度为11m，净长度约为231m，净宽度为18.3m。张夏路为一般道路，现状道路为双向2车道+2条非机动车道，规划道路宽度为30米，衙前路为主干路，现状道路为双向4车道+2条非机动车道，规划道路宽度为42米。
        1.2周围环境
        站址周边建（构）筑物：车站小里程端头北侧为宏福医院大楼（砼6，基础形式：暂无资料），距基坑最近处约为21m；萧山第二塑料厂（砖3，基础形式：条形基础，深4m），距基坑最近处约为10m；西北侧为衙前大酒店（砼22，预应力管桩，桩长43m），距基坑最近处约为36m。西北侧为富春大酒店综合楼（砼6，桩基础：预应力管桩，桩长42m），距基坑最近处约为34m。车站大里程端头东南侧为衙前镇西商贸中心大楼（砼7，桩基础：预应力管桩，桩长43m）距基坑较远，距基坑最近处约为44m；西南侧及车站大里程段范围内为绿宇休闲农庄（砼6，桩基础：预应力管桩，桩长42m，砼5，预应力管桩，桩长42m），需拆迁。
        1.3水文地质条件
        根据地下水含水空间介质和水理、水动力特征及赋存条件，拟建工程地下水可分为第四系松散岩类孔隙潜水、深部松散岩类孔隙承压水。浅层孔隙潜水赋存于场地浅部杂填土和粉质黏土层中，其中杂填土富水性和透水性因黏性土含量不同而具有明显各向异性，一般上部透水性较好，水量较大，往下透水性变差，水量较小；而赋存于粉质黏土层中的孔隙潜水因地层渗透性微弱，水量贫乏。本工程场地地下水位埋藏浅，孔隙潜水位埋深一般在地面下1.10~2.00m，由于本工程埋深最大处达19.07m，地下水位高，根据当地经验，场地的地下水抗浮设防水位应根据长期水位观测最高水位、历史最高水位、近3~5年最高地下水位并结合场地地形地貌、地下水补给、排泄条件等因素综合确定。一般可取本工程建成后室外地坪设计高程下0.5m或100年一遇的防洪设计水位5.28m（1985国家高程基准），设计时宜按不利条件选用。

        1.4基坑监测项目及测点布置
        地表监测点埋设根据车站工程监测等级和监测实施可操作性综合考虑，地表沉降点每断面布设4~6个测点，测点排距为2m、5m、8m、10m、10m，沿基坑走向断面间距定为35m，满足规范及设计要求。
        支撑轴力测点，本车站监测的支撑轴力分两种：混凝土和钢支撑。第一道混凝土支撑按20m布设一断面，混凝土支撑采用钢筋应力计，布设在混凝土1/3 部位截面的四角主要钢筋上。每个支撑设置4个轴力计。第二道钢支撑及第三道钢支撑与第一道钢支撑布设在一个竖直断面，钢支撑轴力采用轴力计，布设在钢支撑的端部。
        土体深层水平位移监测点埋设根据规范及设计要求，测点布置于车站基坑四周土体内，端头井每条边均考虑布置1个监测点。土体深层水平位移监测点应在基坑开挖1月前完成。测斜管长度不宜小于基坑开挖深度的1.5倍。
        考虑到篇幅限制，本文仅选取部分测点进行分析，主要包括：地表沉降DBC7、DBC19测点；支撑轴力TZC5测点；土体深层水平位移CX7 、CX19。测点分布如下图所示。

        图1 基坑周围监测点平面布置图
        2 监测数据分析
        2.1 地表沉降数据分析
        图2 DB7测点施工全过程中基坑周围地表沉降随时间变化曲线
        图3 DB19测点施工全过程中基坑周围地表沉降随时间变化曲线
        测点DBC7和DBC19施工全过程中基坑周围地表沉降随时间变化曲线如图2和3所示，从图2和3可以看出，随着基坑开挖深度的增加基坑周围地表沉降也逐渐增大，且基坑最大沉降不在距离基坑最近处而是基坑周围7m-23m（约为0.39-1.28倍基坑深度）范围区域。测点DBC7的最大沉降处是DBC7-2，位于基坑边缘7m处（0.39倍基坑深度），测点DB19的最大沉降处是DBC19-5，位于基坑边缘15m（0.8倍基坑深度）。此外，从曲线图中还可以看出基坑施工从工况一（5月25号）施工第二道混凝土支撑到工况二（6月20号）施工第三道砼支撑曲线较为平缓；然后从工况三（8月12日）施工第四道钢支撑到工况六（10月14号）底板施工养护曲线快速下降；最后从工况八（11月6号）顶板施工到养护曲线又变为平缓。从上述情况可知沉降随开挖深度增加而增大，此外也可以看出底板和中板完成后对地表沉降有很好的抑制作用。建议施工时尽可能的提早施工底板和中板。

        图5 CX7测点施工全过程中不同深度水平位移曲线

        图6 CX19测点施工全过程中不同深度水平位移曲线
        车站主体结构采用地下连续墙作为围护结构，明挖顺作法施工。结构采用全外包防水复合墙体系，围护结构与内衬墙之间设置防水层。本文选取两个地连墙水平位移监测点CX7、CX19，位移随时间曲线如图5和6所示。从曲线图中可以直观的看出曲线两头小中间大。两头小是因为顶部和底部的围护结构和地连墙底部嵌固端发挥作用抑制位移的发展，中间大是因为中部围护结构和支撑的刚度不够大。随着开挖深度的增加地连墙的水平位移也相应增加，并且最大位移点由工况一地下12m处（最大位移10.9mm）到工况八地下18.5m处（最大位移106.1mm），最大位移点逐渐下移到地连墙中部，最大位移点主要位于开挖面以上。另外从曲线图中可以看出在工况五（9月1号）开挖到基坑底部进行底板施工养护到工况六（10月14号）中板施工养护这个时间段位移发展较大，之后位移发展又变平缓。这是由于基坑开挖深度增加，基坑底板和中板混凝土刚浇筑未达到设计龄期强度不够，导致围护结构变形较大。

        图7 TZC-5测点施工全过程中支撑轴力随时间变化曲线
        因施工场地原因本文选取了一个具有代表性的轴力测点ZC-5，共五层支撑。第一层和第三层为混凝土支撑，报警值分别为582.3KN和1713.3KN。等二层、第四层、第五层为钢支撑，报警值分别为1501.5/2140.6、1601.6/2285.4、1990.5/2842.8。由图可知除了第三层混凝土支撑外其余支撑波动较小，初始值与最终值相差不大。第三层支撑轴力波动较大也对应了前面地连墙中部位移较大，在底板和中板施工养护达到龄期后，第三层支撑的轴力也开始降低。因此，在基坑开挖到中部时架设支撑要注意支撑轴力的波动，避免影响正常施工。
        3结论
        （1）随着基坑开挖深度的增加，基坑周围地表沉降也逐渐增大，基坑最大沉降不在距离基坑最近处而是基坑周围7m-23m（约为0.39-1.28倍基坑深度）范围区域，底板和中板完成后对地表沉降有很好的抑制作用。
        （2）测斜位移在中板施工养护这个时间段位移发展较大，之后位移发展又变平缓。这是由于基坑开挖深度增加，基坑底板和中板混凝土刚浇筑未达到设计龄期强度不够导致围护结构变形较大。
        （3）第三层支撑轴力波动较大也对应了前面地连墙中部位移较大，在底板和中板施工养护达到龄期第三层支撑的轴力也开始降低。建议在基坑开挖到中部时架设支撑要注意支撑轴力的波动，避免影响正常施工。
        参考文献
        [1].王超,朱勇,张强勇,张绪涛,王有法.深基坑桩锚支护体系的监测分析与稳定性评价[J].岩石力学与工学报,2014,33(S1):2918-2923.
        [2].黄秋林,邱冬炜.深基坑变形监测及数据处理[J].山西建筑,2005(01):67-68
        [3].张伟,张丽娟,陈洪周,赵镇伟.深基坑工程监测综述[J].土工基础,2013,27(06):114-117.
        [4].黄钟晖,杨磊.广西大学地铁车站深基坑变形监测数据分析[J].工程地质学报,2013,21(03):459-463.
        [5].刘念武,龚晓南,俞峰,汤恒思.软土地区基坑开挖引起的浅基础建筑沉降分析[J].岩土工程学报,2014,36(S2):325-329.