某地铁深基坑支护设计方案比选及监测分析

郎艳琪

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 工程概述

1.1 车站概况

车站位于天目山路与古墩路交叉口，沿天目山路布置。车站总净长178m，站台宽度17.2m，标准段总净宽24.9m，共设有4 个出入口、2 组风亭和1 个安全出入口。车站为地下三层岛式车站，结构形式为双柱三跨钢筋混凝土框架结构，结构外皮宽27.1m。车站顶板覆土约为2.5m。车站西北侧为钱江制冷集团、尚坤大厦等办公大楼；东北侧为方易城市心境；东南侧为浙江外事旅游汽车有限公司；西南侧为浙江省直汽车销售服务有限公司，裕都大厦。北侧为沿山河。

1.2 工程地质和水文地质概况

场地自上而下的土层：①1 层杂填土、②2 粉质黏土、④1 淤泥质粉质黏土、（15）2（含砾）粉质黏土、（15）3碎石夹黏性土、（15）3 夹含砾粉质黏土、（15）4 粉质黏土、（20）a-1 全风化泥质粉砂岩、（20）a-2 强风化泥质粉砂岩、（20）a-3 中风化泥质粉砂岩。根据勘察揭露，拟建场区孔隙承压水主要分布于⒂3 层碎石（角砾）混黏性土，层厚1.00m～15.50m，水量一般。隔水层为上部的淤泥质土和黏性土层（④1 层），承压含水层顶板埋深6.80m～26.70m，层顶标高-26.72m～-6.72m。土层物理力学性质参数表如表1 所示。

表1 土层物理力学性质参数表

2 基坑支护设计

2.1 基坑支护方案比选

该工程具有如下几个主要特点：1）基坑周边存在裕都大厦、浙江外事旅游汽车等多个重要建筑物。2）该场区以①1 层杂填土、②2 层粉质黏土、④1 层淤泥质粉质黏土、（15）2 层（含砾）粉质黏土、（15）3 碎石夹黏性土、（15）3 夹层含砾粉质黏土、（15）4 层粉质黏土、（20）a-1 层全风化泥质粉砂岩、（20）a-2 层强风化泥质粉砂岩、（20）a-3层中风化泥质粉砂岩为主，局部岩面起伏较大。在基坑开挖时，上部土体易产生蠕变对围护结构稳定不利，土体强度易突降，产生较大回弹量及蠕变，影响基坑安全。下部岩层起伏较大，局部存在中风化夹层。3）基坑开挖深度较大，约23m～26m。基坑开挖宽度较大，标准段基坑宽度30.3m。4）车站基坑北侧存在沿山河，距离车站较近，对围护结构的止水性能提出较高的要求。

根据周边环境及基坑特点，对地连墙、钻孔灌注桩加止水帷幕和钻孔咬合桩三种围护形式进行了技术经济比较（见表2）。

表2 围护方案技术经济比选表

综合考虑周边的环境、地质特点、水文特点、基坑性质、造价管理等因素，决定采用地下连续墙支护形式。虽然该方案在经济方面不具备优势，但其具有安全可靠、防水效果好、施工速度快、便捷施工、适应工期等优势[1-3]。因此，该站推荐采用1000mm厚地下连续墙作为车站主体基坑的围护结构形式。

2.2 基坑支护计算

使用软件启明星计算基坑典型围护剖面，具体计算结果如图1 所示，图2 为地表沉降图。

图1 典型剖面计算结果

图2 地表沉降图

单元计算结果如下：1）基坑开挖至回筑完成，支护结构最大水平位移19.0mm，最大水平位移在基坑深度约20m位置（靠近最后一道支撑）。2）地面最大沉降值距离基坑边约10m，沉降值为23.0mm 左右。3）基坑开挖至回筑完成，支护的最大水平位移未超过30mm，满足一级基坑变形控制要求。

3 现场监测方案

车站自身风险等级为一级，周边环境风险等级为二级。地质条件复杂程度为中等。综上所述，车站主体基坑的工程监测等级为一级。

该文选取最不利断面（基坑长边中点位置）处的监测数据，墙体水平位移（ZQT15），周边地表沉降（DBC15）、支撑轴力（ZCL5）进行分析。对应监测数据与开挖、支撑架设、拆撑回筑等施工工序如表3 所示。

表3 基坑施工工序

4 监测结果分析

4.1 墙体水平位移

选取ZQT15 墙体水平位移进行分析，如图3 所示。

图3 墙体水平位移与深度关系图

图中显示，随着基坑开挖深度的增加，墙体侧向位移逐渐增加。基坑回筑阶段，墙体水平位移继续增大，但变化幅度相比开挖阶段明显变缓，最终地墙变形表现为“涨肚形”。最大墙体水平位移约28mm，位置在基坑深18.5m 左右，变形值小于30mm，满足一级基坑变形控制要求。

底板浇筑完成后，墙体水平位移变化趋势明显变缓，可知基坑封底对基坑变形控制效果明显，能有效减小变形持续增加。因此在实际工程中，合理安排施工组织，特别是基坑开挖至坑底后，应尽快浇筑底板，减少坑底暴露时间，控制基坑变形发展，从而降低施工风险。

墙体水平位移变形与启明星计算结果类似，但实测墙体水平位移值比理论计算值大，初步分析是现场超挖、支撑架设不及时造成的[4-6]。在实际工程中，应及时架设支撑，钢支撑及时施加预加轴力，严禁超挖。

4.2 周边地表沉降

根据现场监测方案显示，地表监测点与基坑边距离分别为2.5m、7.5m、17.5m、32.5m 和52.5m。DBC15 地表沉降统计如图4 所示。

图4 地表沉降与基坑距离关系图

沉降最大值约在距离基坑17.5m 的位置，地表沉降在12.8mm 左右，发生在基坑开挖至坑底后。同时基坑开挖至第七道支撑时，地表沉降值变化最大，与墙体水平位移变化规律相似。底板浇筑完成后，地表沉降基本稳定，不再增加。

基坑开挖初期，基坑附近的土体有向上隆起的变化趋势，初步分析地下连续墙在开挖初期向坑内发生水平位移和变形时，墙后一定范围内的土体受到影响，出现轻微隆起。随着基坑开挖深度的增加，隆起现象逐渐消失。

通过实测地表沉降与启明星计算沉降曲线可以看出，地表沉降呈漏斗形分布，沉降最大值不是在基坑边，而是出现在距离基坑边10m～12.5m，即0.4H～0.5H处，H为基坑开挖深度。

4.3 支撑轴力

对第一道支撑（混凝土支撑）和第二道支撑（钢支撑）监测数据进行统计，具体如图5。

图5 支撑轴力与时间关系图

在杭州地区，第一道支撑经常会出现拉应力，因此第一道支撑通常采用混凝土支撑，监测数据及软件计算结果均反映了这一现象。

从监测数据可以看出，在第五道混凝土支撑和底板完成后，第一道混凝土支撑拉应力均有变小的趋势。可以认为，第五道混凝土支撑与底板刚度较大，可作为围护转动的支点，结合其他支撑轴力，形成抵抗矩，使第一道混凝土支撑拉力逐渐减小。因此在设计时，第五道采用钢筋混凝土，能有效减轻围护向外倾斜的被动破坏，有利于提高围护结构稳定性。

第二道支撑（钢支撑）轴力随着基坑挖深逐渐增大，钢支撑轴力变化趋势与第一道混凝土支撑类似，在第五道混凝土支撑和底板完成后，轴力变小。钢支撑实测最大轴力值1741kN，最小轴力值768kN，小于支撑承载能力设计值。启明星软件计算最大轴力值1400.8kN，最小轴力值613kN。实测支撑轴力约为理论计算轴力的1.25 倍。

基坑在开挖和回筑过程中，其深度及支撑数量不断变化，当进行下一工况时，支撑轴力将重新分配，并达到新的平衡，因此支撑轴力是动态变化的。

5 结语

基坑封底能有效控制基坑变形、地表沉降，在实际工程中，基坑开挖至坑底后，应尽快浇筑底板，降低施工风险。同时及时架设支撑，严禁超挖。

地表沉降通常会出现隆起现象，并且沉降变形呈漏斗形，沉降最大值不是在基坑边，而是出现在距离基坑边一定长度的地方。

第一道、第五道支撑采用钢筋混凝土，较为合理，并且提高了围护的稳定性和安全性。

结合启明星计算及现场实测结果，该基坑墙体水平位移、周边地表沉降、支撑轴力均未超过控制值。虽然理论计算值与监测数据有一定的差距，但理论计算值反映的变化趋势与实际工程情况一致，可用于指导基坑工程施工。