某地铁车站基坑变形影响因素分析

余新明 钱梅芳

对深基坑变形的现场监测已经成为确保地铁深基坑工程施工安全可靠的必要和有效手段。本文以某地铁深基坑的实测数据为基础,对影响基坑变形的因素进行了分析与探讨,并提出一些工程建议及改进措施,希望对同类地质条件下地铁车站基坑工程建设提供有益的借鉴。

1 工程概况

某地铁车站为地下二层岛式车站,车站外包总长122.0 m(净长120.6 m),外包总宽18.7 m(净宽17.3 m)。根据地勘资料,该车站场地主要地层从上到下为①填土,②粉质黏土,③黏土、粉质黏土,④粉土、粉质黏土夹粉土,⑤粉质黏土,⑥黏土、粉质黏土,⑦粉质黏土、粉土,⑧粉质黏土。潜水含水层主要由填土层组成,微承压含水层由晚更新统沉积成因的土层组成,主要为③粉质黏土和④粉土,承压含水层由⑦粉质黏土、粉土层组成。该站基坑围护结构采用φ 1 000@800咬合桩,桩长 27.2 m～31.2 m,车站标准段沿深度方向设置一道钢筋混凝土支撑和三道φ 609×16钢管支撑。

2 监测内容

深基坑的开挖是个动态过程,与之有关的稳定和环境影响也属于动态工程,因此加强在施工过程中的监测,有助于快速反馈施工信息,以便及时发现问题并采用最优的工程对策。通过实时监测,可掌握地铁结构的变化情况,分析变形原因和趋势,决定是否需要采取某种措施;另一方面可检验设计,为今后的设计和科研提供依据。根据该站基坑工程周边环境特点与支护方案及相关的规范,基坑监测标准按二级执行,监测内容有:1)坑外地表沉降观测;2)周边建筑物沉降观测;3)圈梁水平位移及沉降观测;4)围护桩不同深度的水平位移观测。

3 监测结果分析

3.1 围护桩体深层水平位移

由不同工况下测点水平位移沿深度分布典型曲线可知,随着基坑分步开挖,支护结构位移变化复杂。当初期开挖至架设第二层钢支撑时,支护桩体水平位移曲线近似直线变化,随着开挖深度增加,桩体所承受的侧向土压力随之增大,当架设第四层支撑后,由曲线图可以看出,位于深度12.5 m附近处,桩体位移明显增大,最大位移达22.74 mm。而后拆除第四道支撑、拆除第三道支撑、浇筑中板、拆除第二道支撑、浇筑顶板这几个阶段的桩体位移曲线形态与架设第四层支撑阶段相似,最大位移均在深度12.5 m左右,即第四道钢支撑架设处,位移值最大达39.72 mm。在深度15.5 m,即基础底板位置处,从底板浇筑完毕后,整体桩体位移发展趋缓,尤其是底板以下墙体,位移已趋于稳定。

3.2 圈梁沉降

圈梁沉降反映围护桩体的竖直沉降。目前圈梁沉降最大达11.5 mm。总体变形量较小,分析原因,基坑围护桩属于承压桩,其竖直沉降主要由土体固结压缩、桩土间负摩擦力引起土体压缩变形、基坑侧向变形引起,其中前两项对围护桩体沉降影响较小。

3.3 圈梁水平位移

圈梁水平位移反映支护结构的顶部变形情况,是支护结构安全状况的重要指标。选取部分桩顶水平位移监测点绘制位移随时间变化曲线,见图1。由图1可知:ZD1-1,ZD2,ZD3,ZD14测点水平位移向基坑内侧方向随时间增加,但中间有局部减小现象,可能是由于架设支撑所致。ZD11和ZD12测点位移波动较大。圈梁水平位移最大值为30 mm,未超出警戒值。

3.4 地表沉降

选取典型地表沉降随时间的变化曲线如图2所示。由图2可知:地表道路沉降在前期土方开挖速度不快的条件下,沉降速率不大,累计沉降量缓慢增长,期间的沉降量约占最终累计沉降量的15%;待土体开挖深度大于10 m至底板浇筑完毕,基坑开挖面切入其荷载作用下的应力包的程度逐渐增大,沉降速率迅速增长,外侧土体的主动土压力与支撑约束能力将是围护结构侧向变形的主要影响因素,期间的沉降量约占最终累计沉降量的75%;底板浇筑完毕,钢筋混凝土底板达到一定的强度,围护结构受底板及上部支撑的约束,沉降趋于稳定,期间的沉降量约占最终累计沉降量的15%。地表累计沉降量较大,分析原因:1)岩土工程条件不良,在基坑开挖影响范围内普遍存在淤泥质黏土、淤泥质粉质黏土等高压缩土体,土体固结量较大;2)基坑自身支护结构变形较大(深层位移监测数据可以说明);3)基坑周边由于施工机械的原因,导致基坑外部动荷载较大。

3.5 建筑物沉降

由建筑物沉降随时间的变化曲线可知:曲线波动较大,沉降最大值均发生在顶板结构浇筑完毕时,在浇完顶板后有较明显的回升。建筑物总体沉降量不大,保护良好。分析原因:1)基坑降水过程中采用慢降水,少抽水的方式,对邻近地基影响较小,水土流失较少,由此产生的固结排水沉降较小。2)基坑周边的预加固措施发挥了重要的作用,特别是对建筑物的保护至关重要。3)基坑西端头井在开挖过程中,靠近建筑物一侧土体做到合理放坡,充分利用坑内土体自身支护能力。4)设计方案合理,采用支护能力更好的钢筋混凝土支撑,且在开挖的过程中支撑架设及时。

4 结语

1)围护结构顶部侧移均很小;随着深层土体的不断开挖,围护结构侧移迅速增大,最大侧移点深度也随着开挖不断下移,水平位移变化速率一般在基坑开挖到底、未浇筑垫层前最大,垫层浇筑完成后位移发展趋缓,变化速率迅速减小;墙体变形整体呈“大肚”状,即“两头小,中间大”。2)地表累计沉降量较大,主要因地质条件不良,支护结构变形大和周边有大型施工机械所致。3)基坑采用慢降水、少抽水的方式,周边进行预加固,开挖时合理放坡,这三点使得建筑物沉降很小,保护良好。

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