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        地鐵某坑中坑車站基坑開挖監(jiān)測

        2020-01-09 01:12:58簡焰坤
        工程與建設(shè) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:支護(hù)樁軸力大樓

        簡焰坤

        (廣州市市政工程設(shè)計研究總院有限公司,廣東 廣州 510060)

        0 引 言

        隨著我國城市化進(jìn)程不斷的加快,城市軌道交通得到迅猛的發(fā)展,地鐵已成為各大城市的主要交通設(shè)施[1-3]。修建地鐵車站時容易遇到各種深基坑復(fù)雜工程,且大多屬于具有較大危險性的工程。然而對于基坑工程的安全性而言,影響因素多種多樣,因此必須對基坑工程的變形等進(jìn)行監(jiān)測和控制,以保證基坑工程的安全和質(zhì)量[4-5]。

        1 監(jiān)測方案

        某明挖法車站主體全長290.475 m,標(biāo)準(zhǔn)段和擴(kuò)大段寬度分別為25 m和40 m,底板深度為17.6 m,為地下二層島式車站。車站北側(cè)為坑中坑型基坑,長90 m,寬30 m,內(nèi)外坑最寬距離為10 m,最窄距離為3 m;外坑基坑深10 m,內(nèi)坑基坑深9.1 m。

        基坑支護(hù)設(shè)計方案如下所示:

        根據(jù)基坑現(xiàn)場條件,采用明挖順作法進(jìn)行車站施工,采用軍便梁鋪蓋的方式開挖局部中心里程處,其北側(cè)基坑形式為坑中坑型,采用鉆孔灌注樁的方式作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),并設(shè)置三道鋼管內(nèi)支撐于基坑內(nèi)。

        1.1 標(biāo)準(zhǔn)段基坑支護(hù)方案

        (1)按照1400 mm間距,布置800 mm樁徑的鉆孔灌注樁于基坑四周,設(shè)置1.4m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂處,并使其兼做抗浮梁,噴射100 mm厚度的混凝土面層和設(shè)置A6.5@150×150 mm的鋼筋網(wǎng)片于樁間,作為噴錨網(wǎng)支護(hù)。

        (2)按照間距為7 m和5.5 m的方式設(shè)置3道φ609、壁厚16 mm的鋼管作為水平鋼支撐于基坑內(nèi),并按照水平和縱向間距在3~4.5 m的范圍內(nèi)設(shè)置斜撐于基坑陰角處。第一道鋼支撐按照6 m間距的方式,使兩端設(shè)置于冠梁上;第二和第三道水平支撐按照3 m間距的方式,使兩端設(shè)置于鋼圍檁上。

        1.2 坑中坑型基坑支護(hù)方案

        (1)按照1 400 mm的間距,布置樁徑為800 mm的鉆孔灌注樁于外坑側(cè)和內(nèi)坑側(cè)基坑,設(shè)置1.4 m×0.8 m的鋼筋混凝土冠梁于樁頂,使其兼做抗浮梁,噴射100 mm厚度的混凝土面層和設(shè)置A6.5@150×150 mm的鋼筋網(wǎng)片于樁間,作為噴錨網(wǎng)支護(hù)。

        (2)按照6 m的水平間距將一道水平鋼支撐布設(shè)于基坑外側(cè),并使其支撐于冠梁;按照3 m的水平間距和5.5 m的豎向間距布置2道鋼支撐于基坑內(nèi)側(cè);第一道內(nèi)支撐分別支撐為基坑內(nèi)側(cè)的冠梁和標(biāo)準(zhǔn)段基坑的鋼圍檁;第二道支撐設(shè)置于鋼圍檁上。

        1.3 基坑監(jiān)測的內(nèi)容和項目

        (1)樁頂(體)水平位移和樁頂垂直位移分別采用全站儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測,監(jiān)測范圍為沿基坑邊設(shè)3~4主測面,基坑長短邊的中線和基坑陽角邊,測點(diǎn)間距控制在基坑每邊>3個,測試精度控制在1.0 mm以內(nèi)。

        (2)地表沉降采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測,布置范圍為基坑四周距坑邊10 m范圍內(nèi),按照5~10 m的間距布設(shè)測點(diǎn),控制測試精度在1.0 mm以內(nèi)。

        (3)標(biāo)準(zhǔn)段基坑采用鋼筋砼支撐,采取預(yù)埋式混凝土軸力計;坑中坑型基坑采用鋼支撐,采取表面式軸力計,均使用振弦式讀數(shù)儀進(jìn)行監(jiān)測,分別布設(shè)在支撐端部或中部,在每個截面位置按照>4點(diǎn)的方式對稱布置測點(diǎn)。

        上述方案量測時間間隔均相同,見表1。基坑監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1所示。

        表1 量測頻率

        圖1 基坑監(jiān)測點(diǎn)布置示意圖

        2 周圍建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果分析

        在西北角大樓,環(huán)保局大樓,以及東北角大樓(既坑中坑周邊)選取17個測點(diǎn)布置。在東北角大樓距開挖基坑5 m、9 m以及18 m選取具有各自代表性的測點(diǎn),描繪出位移監(jiān)測曲線。如圖2所示。并在其余大樓測點(diǎn)中選取部分測點(diǎn),根據(jù)開挖基坑的深度即監(jiān)測順序選測點(diǎn)的沉降數(shù)值繪制成曲線,由于篇幅限制,本文僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù),具體如圖3、圖4所示。

        圖2 東北角大樓坑中坑周邊沉降位移曲線圖

        從圖2可看出隨著基坑的開挖,坑中坑周圍的豎向位移不斷增加,且在距離基坑9 m處有最大沉降位移9.2 mm。而由于同基坑距離較近,在基坑周邊5 m和9 m處所受開挖基坑的影響較大,且具有相近的位移沉降趨勢,即前期開挖時出現(xiàn)小幅度隆起,中后期出現(xiàn)沉降,而5 m處的隆起和沉降位移變化量遠(yuǎn)小于5 m處;在距基坑較遠(yuǎn)的18 m處,所受開挖基坑的影響較小,沉降位移趨于基本平穩(wěn),波動值小于3 mm。

        圖3 西北角大樓沉降位移曲線圖

        圖4 環(huán)保局大樓沉降位移曲線圖

        從圖3、圖4可看出,坑中坑周邊建筑物伴隨著基坑的開挖整體呈現(xiàn)出沉降趨勢。由于基坑開挖時土體的擾動,致使原有土體平衡遭到破壞,最為明顯的是土體的豎向位移變形,而后期由設(shè)置了內(nèi)支撐,對坑中支撐力有所填補(bǔ),對坑外的土體壓力產(chǎn)生一定的抵抗作用,對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形起到了一定的控制作用,使坑中坑周邊建筑的位移變形得到一定的有效控制。而由于采取了分段開挖的方式進(jìn)行施工,使得不同建筑物的位移沉降趨勢有所不同。距離基坑較近的西北角大樓多為隆起狀態(tài),且由于樓層較低,對周圍的擾動較小,整體隆起趨勢較?。辉诃h(huán)保局大樓處由于距離基坑較遠(yuǎn),以及開挖基坑時的支護(hù)影響,使該處整體呈現(xiàn)較為平緩的沉降。該建筑物前期施工時均呈現(xiàn)出隆起狀態(tài),然而隨著基坑的不斷開挖,向下沉降的幅度不斷增大,導(dǎo)致施工后期呈現(xiàn)出向下沉降的位移出現(xiàn)。建筑有附加應(yīng)力在地基上,而支護(hù)樁外側(cè)的主動土壓力會由于附加應(yīng)力而提高,在該種作用下,靠近建筑的樁體變化會有所增加,進(jìn)而降低了樁后土壓力,距離基坑較遠(yuǎn)的監(jiān)測點(diǎn)的位移沉降量小于距基坑較近的監(jiān)測點(diǎn)。

        3 樁頂沉降和樁身位移監(jiān)測

        3.1 樁頂沉降監(jiān)測結(jié)果

        在基坑中選擇39根C01-CY4支護(hù)樁樁進(jìn)行監(jiān)測,并取坑中坑基坑中部外坑側(cè)C12和東北角部外坑側(cè)C13,基坑?xùn)|側(cè)最窄處C14和東南角端部C17進(jìn)行18次監(jiān)測,并將所得數(shù)據(jù)繪制成位移曲線,如圖5所示。

        圖5 樁頂沉降曲線圖

        從圖5可看出,C12樁的橫撐具有較大的支撐力度,且縱向基坑處無土壓力存在,整體具有較大的位移變化量,且隨著基坑的開挖和內(nèi)支撐的施加整體出現(xiàn)起伏趨勢;C13樁由于設(shè)置斜撐作為內(nèi)支撐,且基坑跨度較小,在施工時損失了較大的預(yù)應(yīng)力,樁頂具有較為平緩的沉降,無明顯的突變趨勢,穩(wěn)定于0.1 mm處;在C14樁處由于施工為由東至西進(jìn)行,因此施工并無造成較大的影響,故該處樁頂具有最小的位移量;C17樁處設(shè)置有部分斜撐,且坑邊堆載具有較大的變化情況,在初期和后期的監(jiān)測中樁頂具有上升的突變位移,具有較大幅度的隆起變形情況,其余階段則保持在小幅度位移的穩(wěn)定狀態(tài)。

        3.2 樁身位移監(jiān)測結(jié)果

        監(jiān)測基坑中的CX01-CX17共17根支護(hù)樁,按照間距為0.5 m的方式在每根樁樁頂?shù)綐兜自O(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。其中選取三根較有代表性的樁的5次監(jiān)測數(shù)據(jù)作分析,三根支護(hù)樁分別為CX07、CX13和CX15。數(shù)據(jù)分析如圖6~圖8所示。

        圖6 CX07樁水平位移示意圖

        圖7 CX13樁水平位移示意圖

        圖8 CX13樁水平位移示意圖

        從圖6~圖8可看出,支護(hù)樁樁身的水平位移隨著基坑的不斷開挖而不斷增大。在施工時,樁頂處有樁身的最大水平位移出現(xiàn)。當(dāng)土體在開挖時,由于對原有土體產(chǎn)生一定的擾動,導(dǎo)致在施工前期的樁身水平位移有較大的增加速率;樁身的水平位移在施工后期則趨于穩(wěn)定。CX13樁由于長達(dá)23 m,以及周圍環(huán)境的多變性,導(dǎo)致樁身變形具有較多的突變點(diǎn);跟CX13樁相比,CX07和CX15樁的位移變化較為平穩(wěn),整體變形較為顯著。三根支護(hù)樁的水平位移最大值均出現(xiàn)在第五次監(jiān)測中,其中CX07樁在距地面0.5 m處有最大位移出現(xiàn),為7.90 mm;CX13樁在距地面2 m處有最大位移出現(xiàn),為8.20 mm,CX15樁在距地面1 m處有最大位移出現(xiàn),為10.15 mm。

        4 內(nèi)支撐軸力監(jiān)測結(jié)果分析

        選取坑中坑基坑處所設(shè)置的內(nèi)支撐監(jiān)測ZL11,ZL13位置的三層支撐軸力,其中第一層內(nèi)支撐為ZL11-01和ZL13-01,第二層內(nèi)支撐為ZL11-02和ZL13-02,第三層內(nèi)支撐為ZL11-03和ZL13-03,軸力變化曲線如圖9所示。

        圖9 內(nèi)支撐軸力曲線圖

        基坑外側(cè)土壓力的累計值隨著基坑開挖深度的增加而較大,由于支護(hù)樁的位移變形朝向坑內(nèi),導(dǎo)致有較大的端部荷載需由內(nèi)支撐承受,不斷增大了三道內(nèi)支撐的軸力。在施加新內(nèi)支撐的時候,三層內(nèi)支撐相互影響,土體對原有內(nèi)支撐的壓力逐漸減小,軸力具有減小的突變趨勢,在新內(nèi)支撐施加完成后趨于平穩(wěn)。由于基坑具有較大的深度,第一和第二層內(nèi)支撐具有較為穩(wěn)定的軸力,且整體的變化較小,曲線較為平緩,在完工前期第三層內(nèi)支撐的軸力較為平穩(wěn),而在完成施工的后期則有明顯的增大趨勢。ZL13-01處的內(nèi)支撐由于坑頂處堆載較為長期,且周邊建筑物同基坑距離較近,應(yīng)力較為擴(kuò)散,致使該處第一層內(nèi)支撐的軸力同ZL11-01處的內(nèi)支撐軸力相比較大,而后期由于未能及時清除施工荷載等原因,導(dǎo)致該處的樁后主動土壓力進(jìn)一步增加,為使樁后主動土壓力有所平衡導(dǎo)致該處內(nèi)支撐軸力不斷增加。該處具有較為良好的下層土體,變形較小,ZL13-02處和ZL13-01處相比具有較小的軸力,在添加了第三層內(nèi)支撐后,ZL13-01處的軸力得到緩解。

        5 結(jié) 論

        本文以某地鐵車站坑中坑型基坑工程為依托,通過對坑中坑新基坑樁-撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形以及受力進(jìn)行分析研究,共得到以下結(jié)論:

        (1)隨著基坑的開挖周邊建筑物的豎向位移不斷增加。基坑開挖對距離較近的建筑物影響較大,在位移前期有小幅度隆起趨勢,中后期則呈現(xiàn)出沉降的趨勢;基坑的開挖對距離較遠(yuǎn)的建筑物影響較小,位移基本趨于平緩下沉趨勢。

        (2)隨著基坑的開挖支護(hù)樁的水平位移不斷增大,樁頂處為最大位移。在設(shè)計時需增強(qiáng)支護(hù)樁的頂部整體性和強(qiáng)度。

        (3)坑中坑型基坑三層內(nèi)支撐相互作用,且軸力逐漸增大。第一和第二道內(nèi)支撐的變化較小,整天較為穩(wěn)定;在施工前期第三道內(nèi)支撐較為穩(wěn)定,而后期呈現(xiàn)出增大的趨勢,因此需對第三道支撐加強(qiáng)設(shè)計和后期監(jiān)測。

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