付順義

(浙江天成項(xiàng)目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

杭州紫之隧道南口明挖段深基坑監(jiān)測分析

付順義

(浙江天成項(xiàng)目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

為了研究深基坑變形與受力特點(diǎn),采用現(xiàn)場監(jiān)測的方法對杭州紫之隧道深基坑進(jìn)行實(shí)測,并探討了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、支撐軸力、地表沉降、建筑物沉降及坑外水位的變化規(guī)律。實(shí)測分析得出：當(dāng)基坑的開挖深度增大時,地下連續(xù)墻的變形由原先向坑內(nèi)的前傾型曲線慢慢變成折線型；鋼筋混凝土和鋼支撐軸力的實(shí)測值小于報警值,說明當(dāng)基坑開挖深度增加時,地下連續(xù)墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較保守,而提高軸力的監(jiān)測頻率是加強(qiáng)基坑安全施工的可行手段；地表沉降大小與墻體深層水平位移有較大關(guān)系；建筑物的沉降值隨著基坑開挖深度的增加而增大,沉降值隨時間增長呈線性分布；隨著基坑開挖深度的增大,地下水位也相應(yīng)下降。

深基坑；監(jiān)測；位移；軸力；地表沉降

杭州隧道工程使交通變得更為方便,隧道建設(shè)離不開車站深基坑工程。但近年來隧道深基坑工程事故頻繁出現(xiàn),關(guān)于基坑事故對社會造成的不良影響,也成為近幾年巖土工程的熱門課題[1-5]?；庸こ痰淖冃翁匦院褪芰μ攸c(diǎn)相當(dāng)復(fù)雜,導(dǎo)致目前提出的理論無法同時考慮復(fù)雜環(huán)境、地質(zhì)、周圍建筑物、墻后地表、地下水位等因素的影響。因此現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)的分析,為人們深入了解基坑變形和受力提供了重要依據(jù)。

國內(nèi)外有大量學(xué)者進(jìn)行隧道深基坑的研究。國外主要以定性研究基坑在開挖時的因素居多;國內(nèi)學(xué)者主要研究了深基坑在開挖時墻體水平位移、支撐軸力、地表沉降、建筑物沉降、坑外地下水位等監(jiān)測項(xiàng)目的變化情況[6-10]。王建軍等[6]提出了基坑開挖時樁體最大水平位移出現(xiàn)的位置一般位于開挖面附近；趙玉勃等[7]提出基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)很好地限制了樁體的位移,進(jìn)而抑制了地面沉降的發(fā)展。廖少明等[8]收集了多個基坑工程實(shí)測數(shù)據(jù),分析了蘇州地區(qū)順作法施工的大尺度方形基坑的變形性狀；李淑等[9]通過分析30個深基坑的詳細(xì)資料,研究了北京地區(qū)基坑在開挖時引起的地表變形特性；任建喜等[10]根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測,初步研究了圍護(hù)樁入土深度的變化對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響。

本文對杭州市紫之隧道深基坑的變形和受力特性進(jìn)行了監(jiān)測,對該工程的圍護(hù)墻體深層水平位移、支撐軸力、地表沉降、坑外地下水位等實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,總結(jié)了變化規(guī)律,并針對施工和監(jiān)測方案提出了一些建議。

1 現(xiàn)場監(jiān)測

1.1 項(xiàng)目概況

杭州市紫之隧道(紫金港路—之江路)工程主線南起之浦路,入地后向西北轉(zhuǎn)向,下穿五浦河(象山浦)、之江路、梅靈南路后進(jìn)入山體向北延伸；全線繞避西湖風(fēng)景名勝區(qū)域界線,出蔡國忠山后沿紫金港路下穿西溪路、天目山路、沿山河,出地面接順現(xiàn)狀紫金港路,并分別設(shè)置一對匝道與之江路、西溪路相接。起點(diǎn)樁號K0+000,北至紫金港路,西線終點(diǎn)樁號K14+217.825,東線終點(diǎn)樁號K14+200.238,路線全長約14.4 km,含三座隧道、兩座橋涵,其中隧道長約13.9 km。主線道路等級為城市主干道,匝道接線為城市支路；主線設(shè)計速度為60 km/h,匝道設(shè)計速度30 km/h；主線道路為雙向六車道；隧道為城市一類隧道,橋梁設(shè)計荷載等級：城-A級,瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計荷載：BZZ-100型標(biāo)準(zhǔn)車。本項(xiàng)目內(nèi)容包括隧道及機(jī)電工程,管理用房、橋梁工程、道路工程、人行過街地道工程、洞內(nèi)裝飾工程、景觀工程、管線工程及交通設(shè)施工程等。

南明挖隧道段影響范圍內(nèi)主要建筑物有之江路、五浦河、珊瑚沙大橋、之浦路等。五浦河現(xiàn)狀河道寬約50～60 m,地面標(biāo)高約8.2 m,河底標(biāo)高約2.3 m,河堤為土石料堆砌。珊瑚沙大橋舊橋?yàn)?994年建,拼寬橋?yàn)?006年建,樁基為Φ1 200 mm鉆孔樁,明挖段與橋樁基水平凈距最近處約19.4 m。

之江路現(xiàn)狀道路寬度約40 m,雙向4車道,城市主干路。之浦路現(xiàn)狀道路寬度約48 m,雙向六車道+雙向四車道輔道。道路路堤為重力式擋墻,高約0～3 m。之浦路上分布有多種管線,管線遷改應(yīng)在隧道開挖前施工完成,周邊管線組要集中分布在之浦路下方。見圖1。

圖1 紫之隧道南口明挖段平面圖

1.2 水文地質(zhì)條件

南明挖隧道工程地質(zhì)條件是根據(jù)勘探和地面測繪,南明挖隧道段工程區(qū)出露地層時代有第四系全新統(tǒng)沖海相沉積的飽和粉土,第四系上更新統(tǒng)山前沖洪積中密狀碎石土層和全強(qiáng)中風(fēng)化白堊系朝川組泥質(zhì)粉砂巖,巖土層從上到下分為：素填土、粉砂、淤泥質(zhì)砂質(zhì)黏土、含黏性土碎石，以及全、強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖。各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

場區(qū)南端為錢塘江水系,沿線河道主要為云棲溪、五浦河,并最終向南匯入錢塘江。本場地潛水位總體埋深較淺,主要受大氣降水和同地層下側(cè)徑流的補(bǔ)給。工程區(qū)地下水的形式與賦存主要受地層巖性、構(gòu)造斷裂與地形地貌三大因素所控制,紫之隧道明挖段第四系地層以黏性土類、碎石夾黏性土類為主,富水性也很差。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)為微腐蝕性,對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋在長期浸水和干濕交替作用下均為微腐蝕性。

1.3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方案

國際會展中心建筑已處于工程建設(shè)階段,據(jù)調(diào)查,距離南口工作面最近的一棟建筑約20.1 m,該建筑為混12辦公樓,整體設(shè)置3層地下室,地下室距本工程凈距約7.5 m,基礎(chǔ)型式為樁基礎(chǔ),設(shè)計基坑挖深約16 m,采用1 000 mm厚地連墻,采用蓋挖逆作法施工方案,據(jù)了解,紫之隧道基坑開挖之前,國際會展中心靠紫之隧道一側(cè)的蓋挖逆作法基坑,已實(shí)施完畢進(jìn)行地面以上結(jié)構(gòu)的施工。

從小里程向大里程方向,現(xiàn)狀之浦路標(biāo)高約7.2～9.0 m,五浦河南岸約8.9～9.5 m,河底標(biāo)高約3.7 m,五浦河北岸約8.0 m。五浦河清淤2 m,回填至5.0 m標(biāo)高。

標(biāo)準(zhǔn)段基坑剖面圖見圖2。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段基坑剖面圖

基坑施工工序如下：

1) 地面平整后施工導(dǎo)墻,待導(dǎo)墻達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后分幅施工地下連續(xù)墻,之后施工高壓旋噴樁及降水井；

2) 坑內(nèi)潛水降水后,逐層開挖至各支撐處并架設(shè)各道鋼管支撐,到最終基坑面并施作地板和側(cè)墻；

3) 待底板和側(cè)墻達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上后,拆除第四、五道支撐并施作地下2層中板和側(cè)墻；

4) 待地下2層中板及側(cè)墻達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上后,拆除第二、三道鋼支撐并施作地下1層中板及側(cè)墻；

5) 待地下1層中板及側(cè)墻達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度80%以上后拆除臨時路面,回填覆土。

1.4 基坑監(jiān)測項(xiàng)目及測點(diǎn)布置

本工程土質(zhì)特殊復(fù)雜,周圍交通和建筑物非常密集?；颖O(jiān)測項(xiàng)目主要內(nèi)容包括： 1) 鋼筋混凝土、鋼支撐軸力；2) 墻后地表沉降； 3) 坑外地下水位。基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置示意見圖3。

圖3 基坑監(jiān)測點(diǎn)平面布置示意圖(單位：m)

2 監(jiān)測結(jié)果分析

2.1 墻體深層水平位移監(jiān)測結(jié)果分析

圖4 DQX7墻體測斜孔最大位移-時間關(guān)系曲線

圖5 DQX12墻體測斜孔最大位移-時間關(guān)系曲線

由圖4和圖5可知,隨著基坑的開挖,墻體最大位移產(chǎn)生處由上往下轉(zhuǎn)移,且速度較快。DQX7墻體最大位移產(chǎn)生處穩(wěn)定在16 m左右,并且隨著基坑開挖,水平位移值逐漸增大,在最后階段有略微的減小,最后穩(wěn)定在9.73 mm。DQX12最大水平位移產(chǎn)生處的深度在15 m左右,最后穩(wěn)定在17.52 mm。測點(diǎn)的水平位移值均未超過預(yù)警值45 mm。在圖5上可以看出,3月4日左右發(fā)生了較大的墻體變形,在15 m深度處累計的位移達(dá)到14.19 mm。所以,持續(xù)地監(jiān)測,保證土體在突然發(fā)生較大變形時,能及時得知情況,必要時采取措施,保證施工的安全。

2.2 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測結(jié)果分析

圖6 直撐ZL6各層軸力隨時間變化曲線

圖7 直撐ZL8各層軸力隨時間變化曲線

由圖6和圖7可知,第三道支撐的軸力比第二道支撐的軸力小很多,第三道支撐受力比較大。由于基坑在施工過程中,支撐軸力有反復(fù)變化的現(xiàn)象,故應(yīng)盡快架設(shè)鋼支撐,改進(jìn)受力條件,同時在基坑開挖中要提高對軸力的監(jiān)測頻率,這與文獻(xiàn)[12]深基坑支撐軸力監(jiān)測的規(guī)律一致。為了預(yù)防下層鋼支撐的拆除對上層支撐軸力影響,在下層支撐拆除的過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測。當(dāng)減小基坑無支撐暴露的時間后,鋼支撐能夠很好地控制墻體的側(cè)向位移,而基坑在每層土開挖完畢到施加該層鋼支撐這個階段是最危險的,故此時應(yīng)加強(qiáng)支撐軸力的監(jiān)測。

2.3 地表沉降監(jiān)測結(jié)果分析

圖8 地表沉降隨時間變化曲線

圖9 水位隨時間變化曲線

圖8是基坑標(biāo)準(zhǔn)段地表沉降變化曲線,圖中地表沉降為正、隆起為負(fù)。地表沉降測點(diǎn)為CJ6-1、CJ6-2、CJ7-2、CJ7-3、CJ10-1、CJ10-2、CJ10-3。

圖8a)中地表沉降隨時間呈先增大后減小趨勢,后來反彈的原因是隨著開挖深度增加,基坑內(nèi)外的土面高差不斷增大,荷載變化及應(yīng)力差逐漸提高,使圍護(hù)墻外側(cè)土體產(chǎn)生剪切應(yīng)變,導(dǎo)致地表沉降減小。由圖8b)中可以看出越靠近基坑邊，地表沉降越大?；又苓叺乇懋a(chǎn)生沉降的主要原因是地下連續(xù)墻向坑內(nèi)發(fā)生位移導(dǎo)致的,這與文獻(xiàn)[13]中周圍地表發(fā)生沉降的原因一致。為了抑制地表沉降的發(fā)展,應(yīng)使基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)更好地限制墻體位移。

2.4 坑外地下水位監(jiān)測結(jié)果分析

圖9為地下水位隨時間變化曲線。如圖所示,隨基坑開挖深度的增大,地下水位也相應(yīng)下降。曲線總體來說比較平穩(wěn),有些點(diǎn)雖然產(chǎn)生比較大的變化幅度,但是未超過水位警戒值。杭州由于天氣原因降水比較多,為了有效控制基坑周圍水位的變化,應(yīng)減小墻體結(jié)構(gòu)變形和墻后地面沉降,以此來增加基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在粉砂土基坑施工過程中,做好防滲水工作,增加監(jiān)測頻率。文獻(xiàn)[15]也提出了施工過程中要對坑外水位的監(jiān)測密切關(guān)注,并及時掌握基坑變形情況。

3 結(jié) 語

1) 基坑開挖過程中,墻體的最大水平位移受到開挖深度的影響。而且基坑測斜數(shù)據(jù)可以在一定程度上反映局部土質(zhì)好壞情況,墻體的水平位移往往會被土質(zhì)所影響,開挖越深,對墻體水平位移的影響越大。

2) 鋼支撐軸力在周圍土體開挖及拆除鋼支撐時

變化比較明顯,而且呈現(xiàn)出波動型變化?；釉诿繉油灵_挖完畢到施加該層鋼支撐這個階段是最危險的,此時應(yīng)加強(qiáng)支撐軸力的監(jiān)測。

3) 地表沉降隨時間呈先增大后減小趨勢,越靠近基坑邊地表沉降越大。建筑物的沉降值隨著基坑開挖深度的增加而增大,且隨時間增加近似呈線性增大。雖然墻體水平位移的最大值相差不是很大,但基坑南北兩側(cè)建筑物沉降存在很大的差異。

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Monitoring Analysis on the Deep Foundation Pit of the Open ExcdavationSection at the Southern Port of Zi Zhi Tunnel in Hangzhou

FUShunyi

2016-11-29

付順義(1967—),男，陜西西安人，高級工程師，從事交通工程、市政工程的管理工作。

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1008-3707(2017)01-0037-05