地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形監(jiān)測

地鐵車站深基坑地下連續(xù)墻變形監(jiān)測【摘要】目前軟土地區(qū)地鐵車站深基坑多采用地下連續(xù)墻作為圍護結構,通過對XX軌道交通10號線XX站基坑地下連續(xù)墻現(xiàn)場監(jiān)測結果的分析,研究了基坑開挖深度與地下連續(xù)墻側移及最大相對側移的關系,同時給出了地下連續(xù)墻最大側移及最大側移位置隨開挖時間的變化規(guī)律,并對不同測點的側移結果進行分析比較。結果表明:長條形地鐵車站深基坑雖然是對稱結構,但是對基坑外側土體進行加固一側的地下連續(xù)墻的變形遠遠小于未經加固一側的變形,所以,在對基坑設計時一定要考慮土體加固的影響?！娟P鍵詞】地下連續(xù)墻;側向變形;地鐵車站基坑;工程實例;時空效應0引言

目前XX等城市都有多條同時開工建設的軌道交通線路。根據(jù)XX市軌道交通近期建設規(guī)劃,到2012年累計運營線路13條,運營里程超過500km。地鐵車站基坑一般開挖較深,為了減小基坑開挖對周圍環(huán)境的影響,基坑的圍護結構一般選用地下連續(xù)墻,為了確保基坑開挖的安全和質量,地下連續(xù)墻的變形控制便成為研究的重點。Mana和Clough[1](1981)通過對一些基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析,發(fā)現(xiàn)圍護墻體的變形與抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)有密切的關系,Wong和Broms[2](1989)對有撐基坑支護墻體的變形進行研究,并提出一個估計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)和支護系統(tǒng)剛度等因素,通過對一些實例進行總結,給出了一個估算軟土與中等硬度土體圍護墻水平變形規(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)墻的變形與基坑長度和支撐間距之間的關系。Kung等[5](2007)用神經網絡法對軟中等硬度土基坑地下連續(xù)墻的變形進行預測。王建華等[6](2005)根據(jù)XX軟土地區(qū)50個深基坑工程的實測結果,研究了基坑開挖深度、支撐系統(tǒng)的相對剛度對連續(xù)墻最大側移的影響,最大側移的深度及墻后軟土層厚度對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個成功深基坑的實測結果進行了研究和總結,分析了基坑開挖深度與最大側移及其位置和當前基坑開挖深度和所采用支撐系統(tǒng)相對剛度之間的關系,建立了抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)與圍護墻體最大側移和墻后最大地面沉降與之間的關系。Kung等[8][9](2007)通過實例分析和有限元模擬計算,得出了預測軟土及中等硬度土基坑地下連續(xù)墻變形的經驗公式。1影響墻體變形的因素分析

通過對大量基坑實例監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析,并結合前人研究的成果[1]~[11]得出,影響基坑圍護墻體水平變形的主要因素包括開挖深度He、支護體系的系統(tǒng)剛度EI/(γmh4avg、開挖寬度B、土體的平均抗剪強度與豎向有效應力的比值su/σ′v、土體的平均初始楊氏模量與豎向有效應力的比值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等有較大關系。2工程實例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)澆鋼筋混凝土結構,車站長度為313·5m,標準段寬度為22·9m,南、北端頭井深及標準段開挖深度分別為22·2、23·5、20m,車站主體采用明挖順作法施工。南、北端頭井及車站標準段圍護結構均采用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范圍內采用高壓旋噴周邊加固。基坑采用鋼支撐和混凝土支撐,南、北端頭井均設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。標準段設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。地質情況及支撐位置如圖1所示。

標段車站基坑開挖深度較大,地下連續(xù)墻施工開挖時易產生坍塌現(xiàn)象,對地下連續(xù)墻及已有建筑物、地下管線等產生不利影響。地下連續(xù)墻測斜監(jiān)測點的位置如圖2所示。2·2監(jiān)測結果分析

圖3為xx段CX3不同開挖階段地下連續(xù)墻側移情況,墻體變形整體呈現(xiàn)“兩頭小、中間大”,隨著開挖深度的增加,墻側移不斷增大,最大側移位置位于開挖面附近,坑底墊層完成時最大側移位置位于坑底下1·5m左右,安裝好第7道支撐到墊層完成這個階段墻位移迅速增加約6mm,墻底踢角增加10mm,踢角達到17mm,最大側移位置下移4m,主要原因是這個階段開挖達到最大深度,坑底沒有得到及時支撐,基坑暴露時間較長,這進一步驗證了基坑時空效應原理,因此,開挖一定要限時限量。

圖4為不同測點在坑底墊層完成時墻體側移曲線,雖然CX4與CX5位于基坑對稱的兩個位置,但是CX5比CX4最大側移大23mm,CX5同一側的另外三點也比相應CX4一側的三點側移分別大17、15、7mm。其原因是基坑開挖前對CX5對面一側坑外土體進行加固,坑外土體加固可有效阻止墻側移變形,因此,在對長條形基坑進行有限元計算時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準斷CX4、CX5的變形小,端頭井墻底踢角也明顯小于標準端墻底踢角,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)墻最大側移與最大側移位置隨開挖時間的變化曲線。第一~第七道支撐安裝時間依次為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,最大側移隨開挖時間單調增加,最大側移變化速率分階段變化,在支撐安裝后一段時間內變形速率很小,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間增加、空間增大,這也與時空效應原理向一致。

圖7是不同測點最大墻體相對側移與開挖深度的關系,各測點平均最大相對側移約為0·15%,基本滿足一級基坑環(huán)境保護對側移控制0·14%的要求。雖然有些點相對側移達到0·25%,但基坑并未發(fā)生險情,因此,在實際工程中,可以根據(jù)周圍環(huán)境的要求,通過加強實時監(jiān)控等措施,適當放寬報警值,這樣既可以節(jié)省投資,也可以保證工期,達到工程安全、質量、工期與投資相協(xié)調的目的。3結語

(1)影響地下連續(xù)墻變形的因素比較多,監(jiān)測結果表明:坑外土體加固一側地下連續(xù)墻的側移遠小于未經加固一側的側移,基坑外側土體加固的影響在進