地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形監(jiān)測(cè)

地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形監(jiān)測(cè)【摘要】目前軟土地區(qū)地鐵車站深基坑多采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),通過對(duì)XX軌道交通10號(hào)線XX站基坑地下連續(xù)墻現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析,研究了基坑開挖深度與地下連續(xù)墻側(cè)移及最大相對(duì)側(cè)移的關(guān)系,同時(shí)給出了地下連續(xù)墻最大側(cè)移及最大側(cè)移位置隨開挖時(shí)間的變化規(guī)律,并對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的側(cè)移結(jié)果進(jìn)行分析比較。結(jié)果表明:長(zhǎng)條形地鐵車站深基坑雖然是對(duì)稱結(jié)構(gòu),但是對(duì)基坑外側(cè)土體進(jìn)行加固一側(cè)的地下連續(xù)墻的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未經(jīng)加固一側(cè)的變形,所以,在對(duì)基坑設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮土體加固的影響?！娟P(guān)鍵詞】地下連續(xù)墻;側(cè)向變形;地鐵車站基坑;工程實(shí)例;時(shí)空效應(yīng)0引言

目前XX等城市都有多條同時(shí)開工建設(shè)的軌道交通線路。根據(jù)XX市軌道交通近期建設(shè)規(guī)劃,到2012年累計(jì)運(yùn)營(yíng)線路13條,運(yùn)營(yíng)里程超過500km。地鐵車站基坑一般開挖較深,為了減小基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響,基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般選用地下連續(xù)墻,為了確?；娱_挖的安全和質(zhì)量,地下連續(xù)墻的變形控制便成為研究的重點(diǎn)。Mana和Clough[1](1981)通過對(duì)一些基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)圍護(hù)墻體的變形與抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)有密切的關(guān)系,Wong和Broms[2](1989)對(duì)有撐基坑支護(hù)墻體的變形進(jìn)行研究,并提出一個(gè)估計(jì)有錨撐樁板墻體水平變形的方法,Clough和O’Rourke[3](1990)綜合考慮基底抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)和支護(hù)系統(tǒng)剛度等因素,通過對(duì)一些實(shí)例進(jìn)行總結(jié),給出了一個(gè)估算軟土與中等硬度土體圍護(hù)墻水平變形規(guī)律,Hashash和Whittle[4](1996)通過非線性有限元分析,研究了軟土深嵌地下連續(xù)墻的變形與基坑長(zhǎng)度和支撐間距之間的關(guān)系。Kung等[5](2007)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)軟中等硬度土基坑地下連續(xù)墻的變形進(jìn)行預(yù)測(cè)。王建華等[6](2005)根據(jù)XX軟土地區(qū)50個(gè)深基坑工程的實(shí)測(cè)結(jié)果,研究了基坑開挖深度、支撐系統(tǒng)的相對(duì)剛度對(duì)連續(xù)墻最大側(cè)移的影響,最大側(cè)移的深度及墻后軟土層厚度對(duì)基坑變形特性的影響。李琳等[7](2007)就杭州和XX軟土地區(qū)46個(gè)成功深基坑的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了研究和總結(jié),分析了基坑開挖深度與最大側(cè)移及其位置和當(dāng)前基坑開挖深度和所采用支撐系統(tǒng)相對(duì)剛度之間的關(guān)系,建立了抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)與圍護(hù)墻體最大側(cè)移和墻后最大地面沉降與之間的關(guān)系。Kung等[8][9](2007)通過實(shí)例分析和有限元模擬計(jì)算,得出了預(yù)測(cè)軟土及中等硬度土基坑地下連續(xù)墻變形的經(jīng)驗(yàn)公式。1影響墻體變形的因素分析

通過對(duì)大量基坑實(shí)例監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,并結(jié)合前人研究的成果[1]~[11]得出,影響基坑圍護(hù)墻體水平變形的主要因素包括開挖深度He、支護(hù)體系的系統(tǒng)剛度EI/(γmh4avg、開挖寬度B、土體的平均抗剪強(qiáng)度與豎向有效應(yīng)力的比值su/σ′v、土體的平均初始楊氏模量與豎向有效應(yīng)力的比值Ei/σ′v、開挖面到硬土層的深度與基坑開挖寬度的比值T/B。另外墻體的變形與支撐的剛度EsIs、連續(xù)墻的嵌固系數(shù)λ、基坑降水效果E、基坑周圍附加荷載q及基坑基底穩(wěn)定安全系數(shù)F等有較大關(guān)系。2工程實(shí)例2·1工程概況

XX地鐵XX站主體為三層二跨(局部三層三跨、二層二跨)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),車站長(zhǎng)度為313·5m,標(biāo)準(zhǔn)段寬度為22·9m,南、北端頭井深及標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度分別為22·2、23·5、20m,車站主體采用明挖順作法施工。南、北端頭井及車站標(biāo)準(zhǔn)段圍護(hù)結(jié)構(gòu)均采用1000mm厚地下連續(xù)墻,墻深分別為40、41、37m。地下連續(xù)墻接頭采用鎖口管形式,地下連續(xù)墻端頭井第四道支撐下2·5m及坑底3m范圍內(nèi)采用高壓旋噴周邊加固?；硬捎娩撝魏突炷林?南、北端頭井均設(shè)7道支撐,第1道為700×700混凝土支撐,第4道為800×800混凝土支撐,第6道為Φ812×20鋼支撐,其余均采用Φ609×16鋼支撐。標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)6道,第1道為700×700混凝土支撐,第4道為800×800混凝土支撐,其它的均采用Φ609×16鋼支撐。地質(zhì)情況及支撐位置如圖1所示。

標(biāo)段車站基坑開挖深度較大,地下連續(xù)墻施工開挖時(shí)易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象,對(duì)地下連續(xù)墻及已有建筑物、地下管線等產(chǎn)生不利影響。地下連續(xù)墻測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置如圖2所示。2·2監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖3為xx段CX3不同開挖階段地下連續(xù)墻側(cè)移情況,墻體變形整體呈現(xiàn)“兩頭小、中間大”,隨著開挖深度的增加,墻側(cè)移不斷增大,最大側(cè)移位置位于開挖面附近,坑底墊層完成時(shí)最大側(cè)移位置位于坑底下1·5m左右,安裝好第7道支撐到墊層完成這個(gè)階段墻位移迅速增加約6mm,墻底踢角增加10mm,踢角達(dá)到17mm,最大側(cè)移位置下移4m,主要原因是這個(gè)階段開挖達(dá)到最大深度,坑底沒有得到及時(shí)支撐,基坑暴露時(shí)間較長(zhǎng),這進(jìn)一步驗(yàn)證了基坑時(shí)空效應(yīng)原理,因此,開挖一定要限時(shí)限量。

圖4為不同測(cè)點(diǎn)在坑底墊層完成時(shí)墻體側(cè)移曲線,雖然CX4與CX5位于基坑對(duì)稱的兩個(gè)位置,但是CX5比CX4最大側(cè)移大23mm,CX5同一側(cè)的另外三點(diǎn)也比相應(yīng)CX4一側(cè)的三點(diǎn)側(cè)移分別大17、15、7mm。其原因是基坑開挖前對(duì)CX5對(duì)面一側(cè)坑外土體進(jìn)行加固,坑外土體加固可有效阻止墻側(cè)移變形,因此,在對(duì)長(zhǎng)條形基坑進(jìn)行有限元計(jì)算時(shí)一定要考慮土體加固的影響。在支撐條件基本相同的情況下,端頭井CX1、CX2、CX3的墻體變形反而比標(biāo)準(zhǔn)斷CX4、CX5的變形小,端頭井墻底踢角也明顯小于標(biāo)準(zhǔn)端墻底踢角,一方面是由于端頭井第四道支撐下2·5m及坑底3m范圍內(nèi)采用高壓旋噴周邊加固,另一方面由于端頭井角部采用斜撐加固。

圖5、圖6分別為地下連續(xù)墻最大側(cè)移與最大側(cè)移位置隨開挖時(shí)間的變化曲線。第一~第七道支撐安裝時(shí)間依次為2007年8月1日、8月31日、9月13日、9月26日、10月10日、10月13日、10月20日。由圖7可知,最大側(cè)移隨開挖時(shí)間單調(diào)增加,最大側(cè)移變化速率分階段變化,在支撐安裝后一段時(shí)間內(nèi)變形速率很小,隨著開挖面下移,墻體變形變化速率增加,主要是由于支撐下土體暴露時(shí)間增加、空間增大,這也與時(shí)空效應(yīng)原理向一致。

圖7是不同測(cè)點(diǎn)最大墻體相對(duì)側(cè)移與開挖深度的關(guān)系,各測(cè)點(diǎn)平均最大相對(duì)側(cè)移約為0·15%,基本滿足一級(jí)基坑環(huán)境保護(hù)對(duì)側(cè)移控制0·14%的要求。雖然有些點(diǎn)相對(duì)側(cè)移達(dá)到0·25%,但基坑并未發(fā)生險(xiǎn)情,因此,在實(shí)際工程中,可以根據(jù)周圍環(huán)境的要求,通過加強(qiáng)實(shí)時(shí)監(jiān)控等措施,適當(dāng)放寬報(bào)警值,這樣既可以節(jié)省投資,也可以保證工期,達(dá)到工程安全、質(zhì)量、工期與投資相協(xié)調(diào)的目的。3結(jié)語

(1)影響地下連續(xù)墻變形的因素比較多,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明:坑外土體加固一側(cè)地下連續(xù)墻的側(cè)移遠(yuǎn)小于未經(jīng)加固一側(cè)的側(cè)移,基坑外側(cè)土體加固的影響在進(jìn)