杭州紫之隧道南口明挖段深基坑监测分析

付顺义

(浙江天成项目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

杭州紫之隧道南口明挖段深基坑监测分析

付顺义

(浙江天成项目管理有限公司，浙江 杭州 310005)

为了研究深基坑变形与受力特点,采用现场监测的方法对杭州紫之隧道深基坑进行实测,并探讨了基坑围护结构变形、支撑轴力、地表沉降、建筑物沉降及坑外水位的变化规律。实测分析得出：当基坑的开挖深度增大时,地下连续墙的变形由原先向坑内的前倾型曲线慢慢变成折线型；钢筋混凝土和钢支撑轴力的实测值小于报警值,说明当基坑开挖深度增加时,地下连续墙的结构设计比较保守,而提高轴力的监测频率是加强基坑安全施工的可行手段；地表沉降大小与墙体深层水平位移有较大关系；建筑物的沉降值随着基坑开挖深度的增加而增大,沉降值随时间增长呈线性分布；随着基坑开挖深度的增大,地下水位也相应下降。

深基坑；监测；位移；轴力；地表沉降

杭州隧道工程使交通变得更为方便,隧道建设离不开车站深基坑工程。但近年来隧道深基坑工程事故频繁出现,关于基坑事故对社会造成的不良影响,也成为近几年岩土工程的热门课题[1-5]。基坑工程的变形特性和受力特点相当复杂,导致目前提出的理论无法同时考虑复杂环境、地质、周围建筑物、墙后地表、地下水位等因素的影响。因此现场实测数据的分析,为人们深入了解基坑变形和受力提供了重要依据。

国内外有大量学者进行隧道深基坑的研究。国外主要以定性研究基坑在开挖时的因素居多;国内学者主要研究了深基坑在开挖时墙体水平位移、支撑轴力、地表沉降、建筑物沉降、坑外地下水位等监测项目的变化情况[6-10]。王建军等[6]提出了基坑开挖时桩体最大水平位移出现的位置一般位于开挖面附近；赵玉勃等[7]提出基坑内部结构很好地限制了桩体的位移,进而抑制了地面沉降的发展。廖少明等[8]收集了多个基坑工程实测数据,分析了苏州地区顺作法施工的大尺度方形基坑的变形性状；李淑等[9]通过分析30个深基坑的详细资料,研究了北京地区基坑在开挖时引起的地表变形特性；任建喜等[10]根据现场实测,初步研究了围护桩入土深度的变化对围护结构变形的影响。

本文对杭州市紫之隧道深基坑的变形和受力特性进行了监测,对该工程的围护墙体深层水平位移、支撑轴力、地表沉降、坑外地下水位等实测数据进行了分析,总结了变化规律,并针对施工和监测方案提出了一些建议。

1 现场监测

1.1 项目概况

杭州市紫之隧道(紫金港路—之江路)工程主线南起之浦路,入地后向西北转向,下穿五浦河(象山浦)、之江路、梅灵南路后进入山体向北延伸；全线绕避西湖风景名胜区域界线,出蔡国忠山后沿紫金港路下穿西溪路、天目山路、沿山河,出地面接顺现状紫金港路,并分别设置一对匝道与之江路、西溪路相接。起点桩号K0+000,北至紫金港路,西线终点桩号K14+217.825,东线终点桩号K14+200.238,路线全长约14.4 km,含三座隧道、两座桥涵,其中隧道长约13.9 km。主线道路等级为城市主干道,匝道接线为城市支路；主线设计速度为60 km/h,匝道设计速度30 km/h；主线道路为双向六车道；隧道为城市一类隧道,桥梁设计荷载等级：城-A级,沥青混凝土路面结构设计荷载：BZZ-100型标准车。本项目内容包括隧道及机电工程,管理用房、桥梁工程、道路工程、人行过街地道工程、洞内装饰工程、景观工程、管线工程及交通设施工程等。

南明挖隧道段影响范围内主要建筑物有之江路、五浦河、珊瑚沙大桥、之浦路等。五浦河现状河道宽约50～60 m,地面标高约8.2 m,河底标高约2.3 m,河堤为土石料堆砌。珊瑚沙大桥旧桥为1994年建,拼宽桥为2006年建,桩基为Φ1 200 mm钻孔桩,明挖段与桥桩基水平净距最近处约19.4 m。

之江路现状道路宽度约40 m,双向4车道,城市主干路。之浦路现状道路宽度约48 m,双向六车道+双向四车道辅道。道路路堤为重力式挡墙,高约0～3 m。之浦路上分布有多种管线,管线迁改应在隧道开挖前施工完成,周边管线组要集中分布在之浦路下方。见图1。

图1 紫之隧道南口明挖段平面图

1.2 水文地质条件

南明挖隧道工程地质条件是根据勘探和地面测绘,南明挖隧道段工程区出露地层时代有第四系全新统冲海相沉积的饱和粉土,第四系上更新统山前冲洪积中密状碎石土层和全强中风化白垩系朝川组泥质粉砂岩,岩土层从上到下分为：素填土、粉砂、淤泥质砂质黏土、含黏性土碎石，以及全、强、中风化泥质粉砂岩。各土层的物理力学指标见表1。

场区南端为钱塘江水系,沿线河道主要为云栖溪、五浦河,并最终向南汇入钱塘江。本场地潜水位总体埋深较浅,主要受大气降水和同地层下侧径流的补给。工程区地下水的形式与赋存主要受地层岩性、构造断裂与地形地貌三大因素所控制,紫之隧道明挖段第四系地层以黏性土类、碎石夹黏性土类为主,富水性也很差。地下水对混凝土结构为微腐蚀性,对钢筋混凝土结构中钢筋在长期浸水和干湿交替作用下均为微腐蚀性。

1.3 基坑围护结构设计和施工方案

国际会展中心建筑已处于工程建设阶段,据调查,距离南口工作面最近的一栋建筑约20.1 m,该建筑为混12办公楼,整体设置3层地下室,地下室距本工程净距约7.5 m,基础型式为桩基础,设计基坑挖深约16 m,采用1 000 mm厚地连墙,采用盖挖逆作法施工方案,据了解,紫之隧道基坑开挖之前,国际会展中心靠紫之隧道一侧的盖挖逆作法基坑,已实施完毕进行地面以上结构的施工。

从小里程向大里程方向,现状之浦路标高约7.2～9.0 m,五浦河南岸约8.9～9.5 m,河底标高约3.7 m,五浦河北岸约8.0 m。五浦河清淤2 m,回填至5.0 m标高。

标准段基坑剖面图见图2。

表1 土层物理力学性质指标

图2 标准段基坑剖面图

基坑施工工序如下：

1) 地面平整后施工导墙,待导墙达到设计强度后分幅施工地下连续墙,之后施工高压旋喷桩及降水井；

2) 坑内潜水降水后,逐层开挖至各支撑处并架设各道钢管支撑,到最终基坑面并施作地板和侧墙；

3) 待底板和侧墙达到设计强度80%以上后,拆除第四、五道支撑并施作地下2层中板和侧墙；

4) 待地下2层中板及侧墙达到设计强度80%以上后,拆除第二、三道钢支撑并施作地下1层中板及侧墙；

5) 待地下1层中板及侧墙达到设计强度80%以上后拆除临时路面,回填覆土。

1.4 基坑监测项目及测点布置

本工程土质特殊复杂,周围交通和建筑物非常密集。基坑监测项目主要内容包括： 1) 钢筋混凝土、钢支撑轴力；2) 墙后地表沉降； 3) 坑外地下水位。基坑监测点平面布置示意见图3。

图3 基坑监测点平面布置示意图(单位：m)

2 监测结果分析

2.1 墙体深层水平位移监测结果分析

图4 DQX7墙体测斜孔最大位移-时间关系曲线

图5 DQX12墙体测斜孔最大位移-时间关系曲线

由图4和图5可知,随着基坑的开挖,墙体最大位移产生处由上往下转移,且速度较快。DQX7墙体最大位移产生处稳定在16 m左右,并且随着基坑开挖,水平位移值逐渐增大,在最后阶段有略微的减小,最后稳定在9.73 mm。DQX12最大水平位移产生处的深度在15 m左右,最后稳定在17.52 mm。测点的水平位移值均未超过预警值45 mm。在图5上可以看出,3月4日左右发生了较大的墙体变形,在15 m深度处累计的位移达到14.19 mm。所以,持续地监测,保证土体在突然发生较大变形时,能及时得知情况,必要时采取措施,保证施工的安全。

2.2 内支撑轴力监测结果分析

图6 直撑ZL6各层轴力随时间变化曲线

图7 直撑ZL8各层轴力随时间变化曲线

由图6和图7可知,第三道支撑的轴力比第二道支撑的轴力小很多,第三道支撑受力比较大。由于基坑在施工过程中,支撑轴力有反复变化的现象,故应尽快架设钢支撑,改进受力条件,同时在基坑开挖中要提高对轴力的监测频率,这与文献[12]深基坑支撑轴力监测的规律一致。为了预防下层钢支撑的拆除对上层支撑轴力影响,在下层支撑拆除的过程中应加强监测。当减小基坑无支撑暴露的时间后,钢支撑能够很好地控制墙体的侧向位移,而基坑在每层土开挖完毕到施加该层钢支撑这个阶段是最危险的,故此时应加强支撑轴力的监测。

2.3 地表沉降监测结果分析

图8 地表沉降随时间变化曲线

图9 水位随时间变化曲线

图8是基坑标准段地表沉降变化曲线,图中地表沉降为正、隆起为负。地表沉降测点为CJ6-1、CJ6-2、CJ7-2、CJ7-3、CJ10-1、CJ10-2、CJ10-3。

图8a)中地表沉降随时间呈先增大后减小趋势,后来反弹的原因是随着开挖深度增加,基坑内外的土面高差不断增大,荷载变化及应力差逐渐提高,使围护墙外侧土体产生剪切应变,导致地表沉降减小。由图8b)中可以看出越靠近基坑边，地表沉降越大。基坑周边地表产生沉降的主要原因是地下连续墙向坑内发生位移导致的,这与文献[13]中周围地表发生沉降的原因一致。为了抑制地表沉降的发展,应使基坑内部结构更好地限制墙体位移。

2.4 坑外地下水位监测结果分析

图9为地下水位随时间变化曲线。如图所示,随基坑开挖深度的增大,地下水位也相应下降。曲线总体来说比较平稳,有些点虽然产生比较大的变化幅度,但是未超过水位警戒值。杭州由于天气原因降水比较多,为了有效控制基坑周围水位的变化,应减小墙体结构变形和墙后地面沉降,以此来增加基坑围护结构稳定性。在粉砂土基坑施工过程中,做好防渗水工作,增加监测频率。文献[15]也提出了施工过程中要对坑外水位的监测密切关注,并及时掌握基坑变形情况。

3 结 语

1) 基坑开挖过程中,墙体的最大水平位移受到开挖深度的影响。而且基坑测斜数据可以在一定程度上反映局部土质好坏情况,墙体的水平位移往往会被土质所影响,开挖越深,对墙体水平位移的影响越大。

2) 钢支撑轴力在周围土体开挖及拆除钢支撑时

变化比较明显,而且呈现出波动型变化。基坑在每层土开挖完毕到施加该层钢支撑这个阶段是最危险的,此时应加强支撑轴力的监测。

3) 地表沉降随时间呈先增大后减小趋势,越靠近基坑边地表沉降越大。建筑物的沉降值随着基坑开挖深度的增加而增大,且随时间增加近似呈线性增大。虽然墙体水平位移的最大值相差不是很大,但基坑南北两侧建筑物沉降存在很大的差异。

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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

付顺义(1967—),男，陕西西安人，高级工程师，从事交通工程、市政工程的管理工作。

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1008-3707(2017)01-0037-05