梁天福　谷孟君

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司　武漢　4300302;　2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院　武漢　430070)

地鐵升官渡停車場施工期深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律監(jiān)測研究

梁天福1谷孟君2

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司武漢4300302;2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院武漢430070)

摘要深基坑工程的施工在地鐵建設(shè)施工中占很大比重。文中以武漢地鐵3號線升官渡停車場為依托，采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法對停車場基坑施工期間的沉降、支護(hù)樁頂部水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、水平支撐軸力進(jìn)行了監(jiān)測，并研究了深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律, 及時發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素,驗證設(shè)計、指導(dǎo)施工，以保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形檢測

地鐵停車場作為地鐵?？亢途S修的場所，地鐵地下車庫深基坑開挖深度一般較大，采用明挖法施工。為保證車庫施工安全，施工期間必須進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)場監(jiān)測，為深基坑施工提供指導(dǎo)。本文以武漢地鐵3號線升官渡停車場為例,對深基坑變形監(jiān)測進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，研究了地鐵停車場深基坑變形規(guī)律。

1　工程概況

武漢地鐵3號線升官渡停車場, 地處武漢沌口經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，三環(huán)線與龍陽大道交匯西北角。場區(qū)所在范圍無地下管線，場地條件較好。根據(jù)基坑開挖深度、地層條件的不同，將基坑劃為以下幾個支護(hù)單元。

(1) 列車運用庫(長約300m、寬120m)及相鄰的道岔咽喉區(qū)(長約150m、寬32～120m)的基坑寬度較寬，面積較大，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，局部土層為巖層的放坡+土釘形式。

(2) 出入段線(長約200m、寬15m)及相鄰的道岔咽喉區(qū)(長約350m、寬15～32m)的基坑寬度較窄，考慮采用單排灌注樁+2道支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

(3) 進(jìn)入庫區(qū)的車道基坑寬度較窄，基坑圍護(hù)形式根據(jù)開挖深度不同，采用單排懸臂樁、放坡+土釘掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。

(4) 內(nèi)支撐。第一道采用混凝土支撐，支撐水平間距為6m；第二道采用鋼管撐，支撐水平間距為3m。

2　監(jiān)測方案

2.1監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測內(nèi)容包括：沉降觀測；支護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測；支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測；支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測；水平支撐軸力監(jiān)測；周圍環(huán)境監(jiān)測。

2.2測點布置

(1) 沉降觀測。根據(jù)基坑情況布設(shè)3個以上基準(zhǔn)點，并設(shè)置一定數(shù)量的工作基點。沉降點共埋設(shè)119個，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部72個，地面沉降點47個。

冠梁沉降觀測點布置在冠梁頂部，沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測斷面，共埋設(shè)72個冠梁沉降監(jiān)測點。地面沉降點在基坑縱向方向埋設(shè)斷面，共47個觀測點。設(shè)置在地面的沉降標(biāo)志，其埋設(shè)方法是采用鋼釘或直徑14mm、長0.2m左右的鋼筋打入地下，地面用混凝土加固。

(2) 支護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測。水平位移觀測點布置在冠梁頂部。支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移觀測點沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測斷面，共設(shè)72個水平位移監(jiān)測點。

(3) 支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測。采用測斜儀監(jiān)測支護(hù)樁深層側(cè)向水平位移。沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測斷面，共埋設(shè)測斜管約72個。

測斜管布置在支護(hù)樁體內(nèi)，測斜管埋設(shè)時，在現(xiàn)場組裝后綁扎固定于鋼筋籠上，校正導(dǎo)向槽的方向，使導(dǎo)向槽垂直或平行于基坑邊線方向，隨鋼筋籠一起沉放到槽內(nèi)，并將其澆灌在混凝土中。澆灌混凝土前，封好管底底蓋，并在測斜管內(nèi)注滿清水，防止測斜管在澆灌時浮起和防止水泥漿滲入管內(nèi)。測斜管露出冠梁頂部10～20cm。

(4) 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測。對72根樁進(jìn)行監(jiān)測。在支護(hù)樁的主筋上豎向間隔5m分別布設(shè)鋼筋計，即在支護(hù)樁5，10m設(shè)置鋼筋計。

(5) 水平支撐軸力監(jiān)測。根據(jù)施工設(shè)計，第一道支撐為混凝土結(jié)構(gòu)，安裝鋼筋計監(jiān)測支撐軸力；第二為鋼結(jié)構(gòu)支撐安裝軸力計監(jiān)測軸力。共布設(shè)12個斷面進(jìn)行軸力監(jiān)測。

3　監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1冠梁沉降分析

分析冠梁沉降的觀測數(shù)據(jù)，得到冠梁的最大沉降為11.6mm，滿足一級基坑地面沉降控制值的要求。以點號S01、S08為例，將沉降數(shù)據(jù)列于表1。

表1　冠梁沉降觀測數(shù)據(jù)　mm

由表1可見，鉆孔樁頂?shù)某两挡⒉皇蔷€性增加的，而是沉降達(dá)到一個較大值之后有所減小，然后再增加，這是由于不同的施工工況和外界環(huán)境因素的影響[1]。

3.2冠梁的水平位移

分析冠梁水平位移的觀測數(shù)據(jù)，得到冠梁的最大水平位移為9.6mm，滿足一級基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大控制值的要求。以點號S01，S10，S57，S67為例，將沉降數(shù)據(jù)列于表2。

表2　冠梁水平位移觀測數(shù)據(jù)　mm

由表2可見，S01和S10隨基坑開挖深度和時間的增長，冠梁的水平位移逐漸增大，分別在4月14日和4月3日達(dá)到最大水平位移，此后由于設(shè)置了鋼支撐，位移有所減小，最終趨于穩(wěn)定。最終結(jié)果顯示冠梁向基坑外偏移，是因為該測點處冠梁對應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)位于單排樁+2道支護(hù)單元，頂部設(shè)置了混凝土支撐的緣故[2]。S57和S67隨著基坑開挖深度和時間的增長，冠梁的水平位移逐漸增大，達(dá)到最大水平位移后位移有所減小，最終趨于穩(wěn)定。最終結(jié)果顯示冠梁向基坑內(nèi)偏移，是因為該測點處冠梁對應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)位于雙排樁支護(hù)單元，并未設(shè)置支撐。

3.3鉆孔樁深層水平位移分析

鉆孔樁深層水平位移是反映支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的重要監(jiān)測項目，選取圍護(hù)樁CX13和CX40與CX40深層水平位移進(jìn)行分析，各施工段的監(jiān)測測斜曲線見圖1和圖2。雙排樁的受力計算結(jié)果見圖3。

圖1維護(hù)樁CX13測斜曲線圖2維護(hù)樁CX40測斜曲線圖3DE段雙排樁計算彎矩

圍護(hù)樁CX13位于單排樁+2道支護(hù)單元，其側(cè)移相當(dāng)于CX46的3～4倍，分析其測斜曲線：由于頂部有冠梁的約束，圍護(hù)樁下部深入土層中，因此上下兩端的側(cè)移都比中部的側(cè)移小，中部最大側(cè)移有14mm，沒有超過最大控制值。3月13日開挖到混凝土支撐底部標(biāo)高位置即設(shè)置第一道混凝土支撐，因此頂部的側(cè)移始終較小，甚至為負(fù)值；3月20日開挖至7m深度，開挖過程中中部的側(cè)移增長較快，此時設(shè)置第二道鋼支撐，此后一直開挖到基底，樁身的側(cè)移變化很小；3月27日，待圍護(hù)樁受力穩(wěn)定后，拆掉鋼支撐和混凝土支撐，隨后維護(hù)樁的側(cè)移略有增加，至4月3日趨于穩(wěn)定[3]。

圍護(hù)樁CX40位于雙排樁支撐單元，設(shè)置雙排圍護(hù)樁，2排圍護(hù)樁頂部分別設(shè)置冠梁，并通過在頂部設(shè)置樁頂橫梁將2排圍護(hù)樁連成一個整體。分析雙排樁維護(hù)單元的測斜曲線：頂部由于冠梁的作用，側(cè)移始終很小或為向基坑坑外偏移，底部由于樁身深入土中，側(cè)移相對也較小，中部由于沒有約束的作用側(cè)移較大。由于設(shè)置了雙排維護(hù)樁，CX40的整體側(cè)移遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CX13，其側(cè)移平均值約為單排樁+2道支撐單元中圍護(hù)樁側(cè)移的1/2，CX40測斜曲線的“鼓肚”現(xiàn)象不如CX13明顯，說明雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)大于單排樁+2道支撐支護(hù)，整體性比較好。

在基坑開挖初期雙排樁的側(cè)移曲線呈現(xiàn)出與單排樁相似的變化趨勢，當(dāng)開挖到一定深度時，維護(hù)樁變形達(dá)到一定值時，2排圍護(hù)樁開始共同受力，此后變形表現(xiàn)為2排樁的協(xié)調(diào)變形，雙排樁在整體呈現(xiàn)“鼓肚”變形的情況下，局部也有反方向的變形。雙排樁的變形整體上與彎矩計算結(jié)果一致，局部有小幅波動，圍護(hù)樁的測斜曲線并非是向一個方向凹凸，而是呈現(xiàn)波浪狀，各個測點相對于上下的深度交替呈現(xiàn)為側(cè)移較大或較小，需要更精確的計算軟件準(zhǔn)確計算雙排樁的實際受力才能對其變形做出解釋。由于雙排樁的剛度較大，所以此后每個測量間隔樁身的側(cè)移變化很小。雙排樁的受力特性引起的實際變形情況也大大減小了支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移。

一方面采用雙排樁支護(hù)由于其受力特性減小了基坑的側(cè)移，另一方面由于基坑寬度較大，設(shè)置雙排樁支護(hù)相對于設(shè)置支撐更加經(jīng)濟(jì)。因此，在停車場基坑平面尺寸較大的地方設(shè)置雙排樁支護(hù)是合理的。

3.4支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

由單排樁+2道支撐單元中的G04，G11，G15鋼筋計的監(jiān)測結(jié)果，由于頂部設(shè)置了第一道混凝土支撐，因此剛開挖的階段，支護(hù)樁鋼筋的內(nèi)力幾乎為0。隨著開挖深度的增加，內(nèi)力逐漸增大，設(shè)置了第二道鋼支撐之后，支護(hù)樁鋼筋的內(nèi)力減小，繼續(xù)開挖內(nèi)力又呈增大趨勢，直至開挖到設(shè)計深度趨于穩(wěn)定[4-5]，見圖4。

圖4　G04，G11，G15鋼筋內(nèi)力

雙排樁支護(hù)單元中G25鋼筋計的檢測結(jié)果見圖5，2排樁鋼筋內(nèi)力開挖深度不大時基本相同，當(dāng)開挖深度較大時，二者的內(nèi)力差別也開始變大，但二者平均內(nèi)力呈增大趨勢。

圖5　G25鋼筋內(nèi)力

3.5水平支撐軸力分析

5月5日設(shè)置鋼支撐開始，鋼支撐的軸力隨著開挖深度的增加逐漸增加到最大值約120kN，當(dāng)開挖達(dá)到設(shè)計深度時軸力達(dá)到最大值，6月26日開始澆筑底板，鋼支撐軸力減小到40kN左右，直至7月3日鋼支撐拆除。鋼支撐的軸力并非是單調(diào)增加的，而是反復(fù)變化的，這是由于施工和環(huán)境因素的影響[6]。

4　結(jié)論

(1) 基坑各主要監(jiān)測結(jié)果均為超過一級基坑的控制值，因此該基坑的施工過程是安全的。

(2) 當(dāng)采用雙排樁支護(hù)時，冠梁的水平位移較大，向基坑內(nèi)部偏移；采用單排樁+2道支撐支護(hù)時，冠梁的水平位移則較小或者向基坑外部偏移。

(3) 基坑中雙排樁支護(hù)和單排樁+2道支撐支護(hù)2種支護(hù)情況相比，前者的樁身水平位移大約是后者的1/2倍。當(dāng)設(shè)置支撐時，樁身水平位移和樁身內(nèi)力都與工況密切相關(guān)。樁身內(nèi)力隨開挖深度的增加呈增大趨勢。當(dāng)基坑平面尺寸較大時，雙排樁一方面由于其受力特性，減小了基坑的側(cè)移，另一方面由于基坑寬度較大，設(shè)置雙排樁支護(hù)相對于設(shè)置支撐更加經(jīng)濟(jì)，因此這種情況下設(shè)置雙排樁支護(hù)更加合理。

(4) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)力和鋼支撐的軸力均在警戒值內(nèi)，表明現(xiàn)有的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是安全可靠的,而且有一定的安全儲備,也說明了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工監(jiān)測方案設(shè)計是合理可行的。

參考文獻(xiàn)

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[6]陳澤昌.成都地鐵2號線站東廣場站基坑監(jiān)測及位移反分析[D].成都：西南交通大學(xué),2011.

收稿日期：2015-05-25

DeformationMonitoringandAnalysisofDeepFoundation
ExcavationSupportintheSubwayShengguanduParkingConstruction

Liang Tianfu1,GuMengjun2

(1.WuhanMetroGroupCo.,Ltd.,Wuhan430030,China;

2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

Abstract：Recently, the provincial cities accelerated the pace of the subway construction. The construction of deep foundation pit engineering accounts for a large proportion in subway construction. Based on Wuhan Metro Line 3 Shengguandu parking lot, the following conditions were monitored in this paper, the foundation pit during the construction period, the settlement of pile top horizontal displacement of supporting structure, deep horizontal displacement, the stress of the supporting structure and the level of support axial force. Then the paper researched the deformation law of the enclosure structure of deep foundation pit, timely found the instability, verified the design and guided the construction.

Key words:subways; deep foundation pit; enclosure structure; deformation; monitoring

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.031