胡新業(yè)

(常州市中元建設(shè)工程勘察院有限公司，江蘇 常州 213000)

常州地鐵1號(hào)線已于2019年9月21日開通運(yùn)營(yíng)，它是江蘇省常州市建設(shè)的第一條地鐵線路，該地鐵在施工過程中遇到了多項(xiàng)軟土明挖基坑變形監(jiān)測(cè)的難題。常州市地處長(zhǎng)江下游三角洲蘇南平原，北臨長(zhǎng)江，南瀕太湖，境內(nèi)有眾多湖塘分布，地表水系極為發(fā)達(dá)。湖塘填埋區(qū)及一級(jí)階地土質(zhì)較軟弱，在基坑開挖過程中由于受到施工環(huán)境、荷載條件的影響，勢(shì)必會(huì)引起周圍土層的變形[1]。為保障工程的順利實(shí)施，避免坍塌事故的發(fā)生，必須加強(qiáng)基坑的變形監(jiān)測(cè)以及對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

常州地鐵1號(hào)線一期工程總長(zhǎng)為34.237 km，河海站為雙層雙跨箱型框架結(jié)構(gòu)、地下二層三跨島式車站，主體結(jié)構(gòu)呈南北走向。車站基坑呈條形，基坑南北總長(zhǎng)158 m，凈寬21.1 m，平均深度約為16.4 m，車站頂板上覆土厚約2.20 m，場(chǎng)區(qū)地下埋設(shè)有多種管道和管溝，如熱力管線、自來水管線、電纜、燃?xì)夤艿?、光纜等障礙物。本車站開挖工作井深度約為16.8 m，采用800 mm地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。考慮到地形位置的局限性，本車站施工利用明挖順作法，采用砼支撐和鋼支撐的混合支撐型式進(jìn)行開挖，安全等級(jí)設(shè)為一級(jí)，因此對(duì)車站基坑變形控制要求非常高。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)外業(yè)全斷面鉆探取樣和室內(nèi)土工試驗(yàn)，剔除個(gè)別差異較大的指標(biāo)，同時(shí)按照地質(zhì)剖面和對(duì)收集到的區(qū)域地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，擬建場(chǎng)地地基土按成因類型和巖土工程特性劃分成15個(gè)單元層、3個(gè)亞單元層。各層土的分布、巖性特點(diǎn)以及物理力學(xué)指標(biāo)詳見勘察報(bào)告中的“物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表”。本次鉆探控制最大深度為43.50 m，從鉆探情況看，場(chǎng)地大都是由長(zhǎng)江沖積而成的沉積土層，且很多地段為湖塘填埋區(qū)，沉積土層由于被河流切割，淤積了以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主的不等厚度的一級(jí)階地較軟弱的土質(zhì)[2]。

1.3 水文地質(zhì)

擬建基坑的場(chǎng)地處于長(zhǎng)江下游沖積平原地帶，原地面溝塘比較多，很多為湖塘填埋區(qū)，因此地下水埋深比較淺。鉆探期間測(cè)得鉆孔內(nèi)綜合穩(wěn)定地下水位埋深為3.50～4.00 m，場(chǎng)地地下水主要為承壓水，水量豐富，主要為大運(yùn)河水和長(zhǎng)江水的地下側(cè)向徑流補(bǔ)給。通過對(duì)鉆孔內(nèi)采集混合水樣作水質(zhì)分析，來了解場(chǎng)區(qū)內(nèi)地下水的腐蝕性。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)的有關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微～弱腐蝕性，場(chǎng)地地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性，綜合評(píng)價(jià)為該場(chǎng)地地下水對(duì)建筑材料具有弱腐蝕性[3]。

2 監(jiān)測(cè)實(shí)施

2.1 監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)的布設(shè)

在遠(yuǎn)離基坑50 m開外的、通視良好、地基穩(wěn)定且能長(zhǎng)期保存的地方或樓頂布設(shè)平面和高程控制點(diǎn)，控制點(diǎn)位應(yīng)方便進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。本基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一共布設(shè)6個(gè)平面和高程控制點(diǎn)。依據(jù)附近國(guó)家基準(zhǔn)點(diǎn)并嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行施測(cè)，控制點(diǎn)每2個(gè)月應(yīng)復(fù)測(cè)一次?？刂泣c(diǎn)埋設(shè)示意圖如圖1所示。

圖1 控制點(diǎn)埋設(shè)示意圖(單位：cm)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(孔)布設(shè)情況

綜合考慮本基坑的施工特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)要求，同時(shí)參照現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等因素來布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。本基坑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有：①地下連續(xù)墻頂水平位移和沉降監(jiān)測(cè)，在基坑連續(xù)墻頂上一共布設(shè)18個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，水平位移觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)可與沉降基準(zhǔn)點(diǎn)共用，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間間隔20 m；②混凝土內(nèi)支撐梁和鋼管支撐梁的軸力測(cè)試，一共選擇18根軸力計(jì)和8組鋼筋計(jì)、9個(gè)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)；③周邊地面和建筑物沉降監(jiān)測(cè)，在開挖基坑周邊穩(wěn)定地帶共布置32個(gè)建筑物和地面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)；④圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)，為了掌握基坑側(cè)壁的不同側(cè)向變形情況，通過支撐梁的內(nèi)力和基坑位移監(jiān)測(cè)來了解基坑的穩(wěn)定情況，測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各邊跨跨中，監(jiān)測(cè)對(duì)象為選定的5個(gè)護(hù)坡樁、19個(gè)測(cè)斜孔[4]。本基坑的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖2所示，軸力測(cè)試橫斷面如圖3所示。

圖2 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)平面圖(單位：mm)

圖3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)橫斷面設(shè)計(jì)圖

2.3 圍護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測(cè)

(1)觀測(cè)方法。為了掌握基坑開挖過程中在水平方向上的位移情況，需要進(jìn)行圍護(hù)樁頂部的水平位移監(jiān)測(cè)，它是施工監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。監(jiān)測(cè)儀器通常選用高精度全站儀、測(cè)量機(jī)器人(如徠卡ts60全站儀)，通過正倒鏡取平均值的方法測(cè)量每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在施測(cè)容易、受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件限制少的地方，對(duì)比每一期的數(shù)據(jù)從而得出水平位移變化值[5]。

(2)監(jiān)測(cè)頻率?；娱_挖施工期間需要每天監(jiān)測(cè)兩次，隨時(shí)掌握基坑的變形情況；基坑底板澆筑后需要每周監(jiān)測(cè)兩次；在冠梁(鋼筋混凝土連續(xù)梁)澆筑時(shí)埋設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，凝固后即進(jìn)行首次觀測(cè)作為初始值，聯(lián)測(cè)已知控制點(diǎn)得出每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)值，以后每隔一周監(jiān)測(cè)一次，直至車站主體全部完工。

2.4 基坑周圍地表沉降監(jiān)測(cè)

(1)觀測(cè)方法。利用精度高于±1 mm/km的水準(zhǔn)儀(DS1、DS05)配合因瓦尺按照不等距幾何水準(zhǔn)的方法進(jìn)行基坑周圍地表沉降監(jiān)測(cè)，每次觀測(cè)前應(yīng)首先對(duì)水準(zhǔn)儀和因瓦尺進(jìn)行檢驗(yàn)，水準(zhǔn)儀的i角應(yīng)保證不大于±5 s；觀測(cè)時(shí)從基準(zhǔn)點(diǎn)起測(cè)，視線高度應(yīng)大于0.2 m，視線長(zhǎng)度小于50 m，后視照準(zhǔn)讀數(shù)兩次，基輔高差值小于±0.7 mm，最后將觀測(cè)值編制成沉降監(jiān)測(cè)成果表。

(2)監(jiān)測(cè)頻率?；娱_挖前的一周進(jìn)行首次觀測(cè)，并記錄下初始值；基坑開挖過程中每隔一天監(jiān)測(cè)一次；底板澆筑后主體結(jié)構(gòu)完成之前需每周監(jiān)測(cè)兩次。

3 基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)常州地鐵1號(hào)線河海站基坑的施工進(jìn)度安排，項(xiàng)目組在2016年5月至2017年3月期間一共開展了數(shù)個(gè)頻次的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)選擇基坑周圍建筑物沉降監(jiān)測(cè)和圍護(hù)體頂部水平位移監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3.1 基坑周圍建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

項(xiàng)目組于2016年5月4日對(duì)周邊建筑物進(jìn)行首次沉降觀測(cè)，自最后一段頂板在2017年1月3日澆筑完成，并于2017年3月5日最后一次監(jiān)測(cè)完畢，歷時(shí)302 d，共計(jì)觀測(cè)12個(gè)監(jiān)測(cè)頻次，圖4為周邊建筑物沉降變化歷時(shí)折線圖。從圖4可以看出，隨著開挖的進(jìn)行，周圍建筑物沉降量逐漸增加，累計(jì)沉降量最大值為-9.17 mm，沉降速率為-0.03012 mm/d，累計(jì)沉降量最小值為-0.03 mm，沉降速率為-0.00006 mm/d，在開挖后期，基坑底板強(qiáng)度形成，周圍建筑物沉降量趨于穩(wěn)定，整個(gè)過程的沉降量均在控制范圍內(nèi)[6]。

圖4 周邊建筑物沉降變化歷時(shí)曲線

3.2 圍護(hù)體頂部水平位移監(jiān)測(cè)

項(xiàng)目組于2016年5月21日對(duì)圍護(hù)體頂部進(jìn)行首次水平位移監(jiān)測(cè)，并于2017年1月19日最后一次監(jiān)測(cè)完畢，歷時(shí)243 d，共計(jì)觀測(cè)9個(gè)監(jiān)測(cè)頻次，圖5為圍護(hù)體頂部水平位移變化歷時(shí)曲線。從圖5看出，隨著開挖的進(jìn)行，圍護(hù)體頂部水平位移量逐漸增加，位移量最大值為3.78 mm，位移量最小值為-0.27 mm，在開挖后期，基坑底板強(qiáng)度形成，圍護(hù)體頂部水平位移趨于穩(wěn)定，整個(gè)過程的變化量均在可控范圍內(nèi)[7]。

圖5 圍護(hù)體頂部水平位移變化歷時(shí)曲線

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)以及對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)常州地鐵1號(hào)線河海站軟土明挖深基坑工程開挖過程對(duì)周邊及坑底土體變形影響比較明顯。由于在施工過程中采取精細(xì)組織、突出重點(diǎn)、分段施工的有效手段，本基坑的周邊環(huán)境變形值以及所有圍護(hù)體系都處在正常監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)。同時(shí)依據(jù)工程類別和結(jié)構(gòu)形式，并參照《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)，通過科學(xué)的監(jiān)測(cè)，表明本項(xiàng)目的軟土基坑處于可控制的穩(wěn)定狀態(tài)下。

(2)基坑的開挖應(yīng)嚴(yán)格按照“時(shí)空效應(yīng)”原理進(jìn)行科學(xué)安排，這樣不但能保證基坑的穩(wěn)定，同時(shí)還能保證周圍環(huán)境的安全。

(3)全面實(shí)施信息化施工的手段，密切關(guān)注基坑本身變形和其影響范圍內(nèi)的周邊環(huán)境安全，保障工程的順利實(shí)施。