王鵬飛,寇永照,隋旭東,李 岳
(1.西安科技大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,陜西西安 710054;2.北京住總市政工程有限責(zé)任公司,北京 100029)
地下工程施工中的基坑工程包含較多突變因素,是土木工程中最為復(fù)雜的技術(shù)工程之一[1],集地質(zhì)工程和結(jié)構(gòu)工程等多學(xué)科于一體,具有強(qiáng)烈的地域性、綜合性、實(shí)踐性和風(fēng)險(xiǎn)性[2,3]。有效地控制基坑變形,使基坑施工既安全又經(jīng)濟(jì),需要進(jìn)行不斷探索。
本文針對(duì)西安地鐵二號(hào)線暗挖豎井的基坑工程實(shí)例,通過(guò)對(duì)該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測(cè),并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,為類似的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)提供參考。
西安市軌道交通2#線南延段TJSG-25標(biāo)鳳棲原—韋曲南盾構(gòu)區(qū)間位于北長(zhǎng)安街主干道,北起鳳棲原,途經(jīng)西韋巷、韋曲西街、文化街,南到航天城車站,東西兩側(cè)為商用房和住宅樓,地形呈北高南低的斜坡,地面高程為460.22~433.99 m,相對(duì)高差26.23 m。本區(qū)間施工方法主要為盾構(gòu)法,鳳棲原站后單渡線采用礦山法施工。盾構(gòu)吊出井設(shè)置在北長(zhǎng)安街上,茗景城小區(qū)西北側(cè)。
盾構(gòu)吊出井位于黃土塬地貌單元,擬建工程場(chǎng)地在勘探深度50.0 m范圍內(nèi)地層主要為第四系堆積物,由全新統(tǒng)人工填土、上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、殘積古土壤、中更新統(tǒng)風(fēng)積黃土、殘積古土壤組成。場(chǎng)地地層從上到下共劃分7個(gè)工程地質(zhì)層。
根據(jù)詳查報(bào)告,黃土塬區(qū)含水層主要為第四紀(jì)中更新統(tǒng)黃土中的孔隙水。地下水潛水位埋深8.6~15.6 m,水位高程425.39~445.76 m,潛水含水層厚度>50 m。水位年內(nèi)變幅0.5~2.0 m。
盾構(gòu)吊出井內(nèi)凈空尺寸為18.0 m×23.5 m,盾構(gòu)吊出井采用φ1200@1500的鉆孔灌注樁圍護(hù)。土體側(cè)向變形設(shè)計(jì)控制值為22.6 mm,監(jiān)測(cè)預(yù)警值為18.0 mm。
測(cè)斜管布置在基坑平面上撓曲計(jì)算值最大的位置,如懸臂式結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)邊中心,設(shè)置水平支撐結(jié)構(gòu)的兩道支撐之間??着c孔之間布置間距宜為20~50 m,每側(cè)邊布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),如圖1所示。
圖1 測(cè)點(diǎn)布置
測(cè)斜儀可分為活動(dòng)式和固定式兩種,在基坑開(kāi)挖支護(hù)監(jiān)測(cè)中常用活動(dòng)式測(cè)斜儀。活動(dòng)式測(cè)斜儀主要由測(cè)頭、測(cè)度儀、電纜和測(cè)斜管4部分組成。應(yīng)用時(shí)先在土體中預(yù)埋測(cè)斜管,土體發(fā)生變形后,整個(gè)測(cè)斜管隨之產(chǎn)生相應(yīng)變形,通過(guò)測(cè)斜儀逐段測(cè)量?jī)A斜角度,就可得到測(cè)斜管每段的水平位移增量,測(cè)斜管工作原理如圖2。
式中,L為探頭輪距,一般取0.5 m,ri為某一深度傾斜角。
圖2 測(cè)斜管工作原理
當(dāng)測(cè)斜管埋設(shè)進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定土層或非變形土層時(shí),則可認(rèn)為管底是位移不動(dòng)點(diǎn),管口的水平位移值Sn即為各分段位移增量的總和
1)觀測(cè)前,首先用模擬測(cè)頭檢查測(cè)斜管導(dǎo)槽是否暢通,檢查模擬測(cè)頭或真探頭上螺絲是否松動(dòng)。
2)采集數(shù)據(jù)時(shí)將測(cè)試電纜的大接頭與測(cè)頭連接,將測(cè)試電纜的小接頭插入測(cè)度儀上的“傳感器”插頭,順時(shí)針旋轉(zhuǎn),直到定位銷到位。
3)將測(cè)頭導(dǎo)輪插入測(cè)斜管的導(dǎo)槽內(nèi),緩慢下到孔底,并停留10~15 min,使探頭與測(cè)量環(huán)境一致,一般先測(cè)可能出現(xiàn)最大位移的方向,即滑坡主位移方向。
4)將測(cè)頭由孔底開(kāi)始自下而上沿導(dǎo)槽全長(zhǎng)每隔0.5 m測(cè)讀一次,并隨時(shí)檢查儀器上顯示孔深與儀器電纜上的標(biāo)記孔深是否一致,測(cè)量完畢后,將測(cè)頭旋轉(zhuǎn)180°插入同一對(duì)導(dǎo)槽進(jìn)行反測(cè)。
在基坑開(kāi)挖前應(yīng)測(cè)得初始值,且不少于2次。在基坑開(kāi)挖階段,應(yīng)每天測(cè)量一次,當(dāng)變形監(jiān)測(cè)值達(dá)到預(yù)警值或監(jiān)測(cè)結(jié)果變化速率較大時(shí),應(yīng)加密觀測(cè)次數(shù),當(dāng)有事故征兆時(shí),應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。
選取基坑北側(cè)03號(hào)孔的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),測(cè)斜深度—位移曲線如圖3所示。
從2010年12月13日—2011年5月1日這半年的時(shí)間里,測(cè)斜孔底部的增量是很小的,雖然不能完全保證孔底位移為0,但已滿足工程要求。從深度—位移的曲線中,可以看出測(cè)斜管水平位移隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。從2010年12月15日到2011年1月1日,隨著基坑開(kāi)挖深度的增加,基坑的位移變化比較大,在隨后的一段時(shí)間里,隨著鋼支撐的架設(shè),襯砌的進(jìn)一步施工,基坑的位移繼續(xù)增加,但增速明顯放緩。在半年的監(jiān)測(cè)時(shí)間里,累積最大位移為4.82 mm,在安全允許值內(nèi),基坑比較安全,可以進(jìn)行正常施工。
圖3 測(cè)斜深度—位移曲線
通過(guò)西安地鐵二號(hào)線暗挖豎井基坑工程的監(jiān)測(cè),可以得出以下結(jié)論:
1)測(cè)斜技術(shù)的使用能夠第一時(shí)間在現(xiàn)場(chǎng)了解測(cè)量結(jié)果,具有時(shí)效性強(qiáng)的特點(diǎn),可確?;庸こ痰膭?dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)與信息化施工。
2)測(cè)量工作不受現(xiàn)場(chǎng)普通施工作業(yè)的影響,也無(wú)通視條件的限制,確保能及時(shí)、有效地實(shí)施監(jiān)測(cè)工作。
3)各個(gè)測(cè)斜孔之間相互獨(dú)立,不存在測(cè)量誤差的傳遞問(wèn)題,能夠保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
4)通過(guò)測(cè)斜技術(shù)對(duì)基坑變形的監(jiān)測(cè),可以及時(shí)了解基坑位移的變化,能夠及早發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)性,預(yù)防工程事故的發(fā)生。
雖然測(cè)斜技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì),但是對(duì)于基坑工程的變形監(jiān)測(cè)還須采用綜合測(cè)量手段,以取得更全面、有效的測(cè)量數(shù)據(jù),更全面、客觀、準(zhǔn)確地分析與把握基坑工程的變形情況,更有力地指導(dǎo)施工。
[1] 高峻合,趙維柄,施建勇,等.基坑測(cè)斜技術(shù)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1998,26(3):120-124.
[2] 夏才初,潘國(guó)榮.土木工程檢測(cè)技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.
[3] 梁才.深基坑的監(jiān)測(cè)與控制[J].施工技術(shù),2010,39(增 2):100-104.
[4] 賀俊,楊平,張婷.復(fù)雜條件下深基坑施工變形控制及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)分析[J].鐵道建筑,2010(7):96-99.