某地铁基坑倾斜变形估算及监测结果对比分析

李腾云

某地铁基坑倾斜变形估算及监测结果对比分析

李腾云

结合具体工程实例,对基坑开挖过程中地下连续墙的水平位移进行了理论估算和实际监测,结果表明：理论估算和实际监测在变形最大值、总体变形趋势等方面具有较好的吻合度且变形曲线上均存在反弯点,同时对位移变形规律的理论计算曲线和实测曲线变形规律产生的原因进行了对比分析,以保证基坑开挖过程中的施工安全。

基坑,变形估算,测斜,监测

0 引言

随着国家城市基础建设的不断推进,在城市中修建地铁、大型高层建筑等等会遇到越来越多的长深大基坑。由于地下工程施工过程中存在一定的不可预见性,使得不管是在前期勘探设计、中期施工还是后期维护过程中,均需要借助监测手段进行必要的补充和完善,坚持信息化施工原则,保证基坑稳定安全,保护周边建筑及地下管线等的安全。通过变形监测结果,分析和掌握基坑变形的基本规律,为完善设计和改进施工工艺提供有价值的指导性意见,也为类似工程的施工提供借鉴和参考[1]。在基坑施工设计及施工过程中,需要及时地预测和掌握基坑的变形及支护结构的受力状况,适时加强支护预防基坑事故的发生,保证人员及施工安全。

1 基坑变形估算方法及监测技术

随着信息化施工技术及计算机数值计算技术得到迅速发展,在基坑变形及位移预测出现多种预测方法,诸如回归分析、灰色预测、神经网络、时间序列分析等[2]。采用的数值计算方法主要有有限元、离散元、边界元等,在预测阶段首选是有限元的数值计算方法[3]。基坑工程中的监测主要分为基坑支护结构的监测和周围环境的监测两大方面,其中基坑支护结构的监测部分主要包括水平位移、倾斜、沉降、应力;周围环境的监测主要包括：相邻建筑物的沉降、倾斜及裂缝发展情况;相邻构筑物、道路、地下管线等的沉降和变形监测;周围岩土性状的变化监测;桩侧土压力的监测等等。在施工过程中往往根据支护结构和周边环境的实际工况及施工要求,在基坑设计及变形监测等方面选择其中一项或几项进行监控,根据结果及时调整支护设计,保证施工及周边建(构)筑物的安全。本文结合某基坑开挖工程实例,从理论计算和基坑实测数据两方面进行分析对比,从中总结出基坑变形规律,可供施工参考借鉴。

2 工程概况

地铁区间明挖竖井段采用明挖顺作法施工,基坑长度 47.1m,基坑开挖深度 22m。本区间地下水丰富。基坑支护结构设计的安全等级为一级。明挖基坑围护结构采用 800mm厚钢筋混凝土连续墙,标准段采用 4道支撑,其中第一道为 800mm×1 000mm的混凝土支撑加 1 000mm×1 000mm的冠梁,第二道采用 600mm×800mm混凝土支撑加 800 mm×1 000mm的腰梁,第三道采用800mm×900mm混凝土支撑加 1 000mm×1 200mm的腰梁,第四道为 φ600×16mm钢支撑 +3Ⅰ36C钢围檩。两端头增加三道混凝土板撑,地下连续墙接头采用 6根 φ600旋喷桩作止水帷幕,旋喷桩与地连墙之间空隙注双液浆加固土体封堵地连墙接缝。地铁区间明挖基坑平面图(第一道支撑布置平面图)见图 1。

3 基坑位移理论变形计算

为保证施工安全,预估基坑变形,在施工前期对基坑的侧向位移进行了理论计算,通过计算发现,在基坑采用设计的四道支撑开挖后,基坑的侧向位移最大值达到 23.98mm,弯矩最大值为

1 063.93 kN。

4 基坑监测及结果对比分析

4.1 水平位移测点布置

基坑监测中基坑水平方向位移采用测斜仪,位移变形警戒值为 2mm/d,水平位移监测点共有 8个,测斜管分布于地下连续墙内。

4.2 监测结果

监测结果中选取其中一个测点进行说明,主要包括测斜位移深度和测斜速率深度。

1)基坑开挖后的最大侧向位移为 27.25 mm,与理论计算的最大位移基本一致,说明了基坑位移的理论计算结果具有可参考性。2)墙体侧向位移变形曲线理论及实测变化趋势均为弓形变形曲线,整个曲线向坑内凸出,变形曲线上均存在反弯点,但二者反弯点产生的位置及数量对应关系不完全一致,不明显,且实测变形曲线上存在正负位移,理论计算的变形曲线不存在。二者的最大位移均发生在基坑中部靠下的位置。3)实测测点中累计变形总体随着时间的推移部分呈递增趋势,但累计变形量并不是单调递增。理论计算变形由于涉及一个测点,故不存在该特点。4)测斜速率深度曲线变形总体上呈线性变化,从形状上看上宽下窄。上宽表明测斜的速率变化在深度方向上部的变化大,下窄表明测斜的速率变化在深度方向上下部的变化大些。需要说明的是在速率深度曲线中总体曲线变化仍较均匀。

4.3 结果对比分析

1)理论及实测变形曲线总体均为弓形变形。既有研究认为可以将地下连续墙简化为简支梁[4],最大变形值为其最大相对挠度,出现这种现象的主要原因,是由于第二道支撑的设置,一般总是在开挖到第二道支撑的底标高以下为了方便施工等原因才能设置,设置以后钢筋混凝土支撑凝固时会产生收缩,而后开始受力。在这个过程中支撑梁本身要产生压缩变形,同时腰梁混凝土也要产生侧向弯曲变形,因此从支撑设置结束至产生支撑作用的滞后时间较长,第二道支撑的设计支撑力部分将由第一道支撑与坑底以下的被动土压力承担,至第二道支撑产生作用之前,地下连续墙已产生较大的变形,直到支撑产生作用,但由于混凝土支撑属被动受力结构,因而产生的变形并不能恢复,在支撑区域外侧仍能产生向坑内变形,因此在位移曲线上便产生了向坑外的弯曲,但弯曲的位移不大。同理第三道支撑的工况与第二道相似。因此不管是理论计算还是实测,基坑支护过程中均考虑了设置支撑的工序,故二者的变化曲线上均出现了反弯点。2)基坑浅部墙体侧向位移出现负值的原因主要是地下连续墙作为一种柔性墙,并且设置支撑体,在基坑向下开挖到一定深度后,地下连续墙墙顶位移会出现位移不变或者逐渐向基坑外移动,墙体腹部向基坑凸出。3)墙体位移在某个时间段内出现比较大的变化,主要与施工工序有关,尤其是与现场注浆施工有关系,注浆过程中由于有较高的注浆压力,墙体会产生小部分的位移增量,在注浆加固土体结束后,由于水泥浆的加固作用,土体强度得到提高,变形得到控制。

5 结语

1)基坑变形的理论预测及实测曲线在变形趋势及位移最大值上表现出总体的一致性,说明了理论计算及实测数值均具有参考价值,通过理论计算可总体上掌握基坑的变形规律,通过监测可及时掌握基坑的变形,在施工过程中两种方法互为补充,有效保证施工安全和周边建筑及地下管线的安全,降低和避免基坑事故的发生。

2)实测曲线个别位置的变化规律对理论计算曲线具有更强的随机性和不确定性,这主要与施工工序、开挖深度及土体性质的非均质性有关。

3)本基坑围护结构水平位移变形总体上呈现弓形变形,基本上满足简支梁的理论假设,由于施工过程中的工序转换等原因导致最大位移点下移。

[1]林 鸣,徐 伟.深基坑工程信息化施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[2]范 建,师旭超.深基坑变形预测方法综述[J].西部探矿工程,2006(4)：29-31.

[3]靳 璞,李东海,刘 军.地铁深基坑变形预测与监测数据分析[J].市政技术,2008(1)：28-30.

[4]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2009.

On the incline deform ation estimate and monitoring result contrastive analysis of subway foundation pit

LITeng-yun

Combining with specific engineering project,this paper theoretical estimates and actual tests horizontal displacement of diaphragm walls during dig the foundation pitand results show that：theoretical estimate and the actual test has a better fit in maximum in the deformation monitoring,the overall trend of deformation,etc.,and there are inflection points in the deformation curve.Meanwhile,contrastive analysis produce causes the theoretical calculate curve of disp lacement deformation ru le and road-testdeformation rule to ensure excavation safety during dig the foundation pit.

foundation pit,deformation estimation,inclinometer,monitoring

U 231

A

1009-6825(2011)09-0067-02

2010-12-06

李腾云(1968-),男,高级工程师,中铁三局集团有限公司,山西太原 030001