寧波地區(qū)地鐵基坑開挖風(fēng)險(xiǎn)控制初探

姜陳釗 林 平 夏漢庸

1 工程概況

寧波市軌道交通1號(hào)線福明路站為一期工程先行節(jié)點(diǎn),整個(gè)車站采用明挖順作法施工,其中車站主體分兩期施工,一期施工東半幅車站主體,翻交后再施工西半幅車站主體。一期主體基坑長(zhǎng)約117.3 m,標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬18.7 m,深16.3 m,東端頭井基坑寬22.6 m,深18.4 m。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚地下連續(xù)墻,地基加固采用三軸攪拌樁抽條加固,支撐體系為首道鋼筋混凝土支撐+4道φ 609×16鋼支撐(端頭井處5道鋼支撐)。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及預(yù)報(bào)警事件

福明路站一期工程自2009年11月20日開始基坑開挖,從東向西開挖,至2010年1月30日全部完成。自基坑開挖以來(lái),險(xiǎn)情不斷,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心共及時(shí)發(fā)布了7次預(yù)警,預(yù)警情況如下:

1)12月 22日,煤氣管線、電力管線日沉降量分別達(dá)到4.1 mm/d,7.0 mm/d,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布黃色預(yù)警。2)1月1日,測(cè)斜CX5在12.5 m深度日變化量6.8 mm/d,煤氣管線MC-2日沉降量達(dá)到12.5 mm/d,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布黃色預(yù)警。3)1月5日,測(cè)斜CX4在14.5 m深度連續(xù)2 d的日變量分別為9.8 mm/d,10.0 mm/d,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布橙色預(yù)警。4)1月7日,測(cè)斜CX4在14.5 m深度日變量10.6 mm/d,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布橙色預(yù)警。5)1月8日,測(cè)斜CX4附近地連墻基底以上1 m處發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)約4 m、寬約0.5 mm的橫向裂紋,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布紅色警報(bào)。6)1月14日,測(cè)斜CX5連續(xù)2 d變化速率均超過(guò)10 mm/d,在測(cè)斜CX5附近地連墻基底以上1 m處發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)約1.2 m、寬約0.5 mm的橫向裂紋,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布紅色警報(bào)。7)1月20日測(cè)斜CX7在17 m深度日變量11.6 mm/d,結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心發(fā)布橙色預(yù)警。

3 預(yù)警原因分析

3.1 地質(zhì)原因

寧波地區(qū)為典型的軟土地區(qū),上部的淤泥質(zhì)土具有“大孔隙比、高壓縮性、高靈敏度”等特點(diǎn),與上海地區(qū)的土性具有較大的相似性,現(xiàn)有的設(shè)計(jì)和施工方案基本上照搬上海的做法,未考慮寧波地區(qū)的特殊性。

3.2 設(shè)計(jì)原因

1)混凝土連系梁和冠梁的影響。該車站基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí),為了加強(qiáng)各道支撐之間聯(lián)系的整體性,將第一道混凝土支撐之間通過(guò)混凝土連系梁連接,各道鋼支撐之間通過(guò)鋼連系梁連接。由于超長(zhǎng)臂挖機(jī)的大臂較長(zhǎng),如果挖機(jī)靠近坑邊挖土,則大臂要碰上連系梁;若挖機(jī)稍微遠(yuǎn)離坑邊進(jìn)行挖土,由于冠梁深入基坑內(nèi)70 cm,則大臂下趴角度受到極大影響。超長(zhǎng)臂挖機(jī)具有直接挖深16 m的能力,但是在福明路站基坑只能挖到13 m～14 m深,剩余土方只能靠小挖機(jī)不停的喂土,尤其在快挖到基底時(shí),混凝土連系梁對(duì)土方開挖效率的影響尤為突出。2)下翻梁的影響。底板縱梁局部設(shè)在底板以下,由于縱梁的鋼筋和混凝土須和底板整體綁扎和澆筑,在縱梁混凝土澆筑之前,基底墊層不能形成整體的傳力系統(tǒng),降低了對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐效果。

3.3 施工原因

1)由于目前車站基坑采用全包防水,在防水卷材上有5 cm的混凝土保護(hù)層,故原設(shè)計(jì)確定的20 cm厚度的墊層只能先做15 cm,鋪設(shè)防水卷材后才能加鋪5 cm的細(xì)石混凝土保護(hù)層,先行澆筑的15 cm厚的墊層剛度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。2)無(wú)支撐暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。土方開挖和鋼支撐架設(shè)沒銜接好,支撐架設(shè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),導(dǎo)致基坑無(wú)支撐暴露時(shí)間高達(dá)40 h。另外,小挖機(jī)的高度大于基坑的豎向間距,使得小挖機(jī)在基坑長(zhǎng)度方向的側(cè)向移動(dòng)受阻,大大延長(zhǎng)了無(wú)支撐暴露時(shí)間。3)坑內(nèi)土體加固采用三軸攪拌樁抽條加固,由于施工機(jī)械原因,加固體與地連墻之間存在約30 cm寬被動(dòng)區(qū)土體加固盲區(qū),該部分土體的側(cè)向壓縮變形將導(dǎo)致地連墻向坑內(nèi)位移。4)施工單位在澆筑墊層時(shí),沒有摻加早強(qiáng)劑,導(dǎo)致墊層澆筑3 d才能達(dá)到35%左右的強(qiáng)度,嚴(yán)重影響了對(duì)地連墻側(cè)向變形的控制。5)開挖第四層土、第五層土?xí)r,該土層為淤泥質(zhì)黏土,土體采用降水疏干的方法,未做到提前預(yù)降水,開挖后土體強(qiáng)度仍較低,彈性模量較低,很容易產(chǎn)生變形。6)施工單位和監(jiān)理單位未引起高度重視,沒有完全落實(shí)之前預(yù)報(bào)警分析會(huì)議決定的措施,致使基坑結(jié)構(gòu)變形較大。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律異常分析

4.1 測(cè)斜數(shù)據(jù)變化速率較高而支撐軸力變化很小

結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控管理中心專業(yè)工程師現(xiàn)場(chǎng)巡檢后鋼支撐端部出現(xiàn)如下情況:1)鋼支撐端部混凝土局部被壓碎;2)活絡(luò)頭插銷處鋼楔發(fā)生了塑性變形;3)活絡(luò)頭偏移使得軸力計(jì)偏心,產(chǎn)生側(cè)向分力,使得增加的軸力不能反映到軸力計(jì)的讀數(shù)中。

4.2 測(cè)斜數(shù)據(jù)與地表沉降關(guān)系反常

施工單位在施工過(guò)程中未做好墻體測(cè)斜孔的保護(hù)工作,破壞現(xiàn)象較嚴(yán)重,為得到該位置的測(cè)斜數(shù)據(jù),坑外補(bǔ)打了一些土體測(cè)斜,由于土體測(cè)斜到墻體有2 m～3 m的距離,土體測(cè)斜的數(shù)據(jù)小于墻體測(cè)斜并且變化有滯后現(xiàn)象,測(cè)斜的量測(cè)方向也未必與墻體垂直,因而測(cè)得的測(cè)斜數(shù)據(jù)小于實(shí)際墻體的測(cè)斜數(shù)據(jù),甚至小于對(duì)應(yīng)位置的地表沉降值。

5 改進(jìn)建議

1)連系梁適當(dāng)優(yōu)化。由于連系梁大大影響現(xiàn)場(chǎng)施工挖土作業(yè)和鋼支撐架設(shè)的便利性,因此施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要,先間隔取消,后期根據(jù)實(shí)際的變形情況,考慮全部取消,以加快土方的開挖速度和鋼支撐的架設(shè)速度。2)提前20 d降水,對(duì)坑內(nèi)土體進(jìn)行預(yù)加固,以提高被動(dòng)區(qū)土體的彈性模量,減少基坑開挖過(guò)程中的地連墻側(cè)向變形。3)坑底地基加固形式可采用抽條+裙邊的加固形式,且靠近地連墻邊緣再采用旋噴樁進(jìn)行處理。4)適當(dāng)調(diào)整支撐的豎向間距,使得小挖機(jī)可以沿基坑的縱向移動(dòng)。施工單位可開展施工機(jī)械的專項(xiàng)研究,如采用凈高更小的挖機(jī)等。5)對(duì)于支撐的水平間距,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況將“2.5 m-3.5 m-2.5 m”調(diào)整為“2 m-4 m-2 m”的方式布設(shè),便于小挖機(jī)的吊放。6)優(yōu)化土方開挖方式,每層土體開挖中,中間先開槽開挖,開槽完成后再用長(zhǎng)臂挖機(jī)對(duì)兩側(cè)的留土進(jìn)行對(duì)稱開挖,提高挖土效率。同時(shí)加大鋼支撐架設(shè)管理力量,嚴(yán)格控制要求將無(wú)支撐暴露時(shí)間控制在16 h以內(nèi)。7)加快支撐架設(shè)速度,第一道鋼支撐由于承受的軸力較小,牛腿支架需與地連墻鋼筋焊接,下面幾道鋼支撐的重力主要由支撐與地連墻間的摩阻力承擔(dān),牛腿支架可采用膨脹螺絲打設(shè)到地連墻上,以加快施工速度。8)調(diào)整墊層混凝土厚度。墊層施工時(shí)在混凝土中加入早強(qiáng)劑,使其盡快達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,以減緩底板澆筑前基坑變形趨勢(shì),同時(shí)墊層施工要分塊澆筑,做到挖好一塊,澆筑一塊,盡量減少基底暴露時(shí)間。有下翻梁處考慮加深地基加固深度、架設(shè)臨時(shí)短撐或其他措施。9)地連墻施工過(guò)程中注意控制質(zhì)量,質(zhì)量問(wèn)題就是安全問(wèn)題,防止鼓包等現(xiàn)象,鋼支撐架設(shè)時(shí)保證端部的平整度。10)保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠。做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作,如果不慎發(fā)生墻體測(cè)斜孔的破壞,應(yīng)盡早在墻體上補(bǔ)打測(cè)斜孔;加強(qiáng)對(duì)管線的監(jiān)測(cè),有壓管線必須采取直接點(diǎn)觀測(cè),以反映管線的真實(shí)沉降。11)落實(shí)圖紙會(huì)審、細(xì)化施工方案、加強(qiáng)評(píng)審。及早進(jìn)行設(shè)計(jì)圖紙的疑議提出,現(xiàn)場(chǎng)施工單位應(yīng)對(duì)基坑挖土方案、支撐架設(shè)方案進(jìn)行細(xì)化和評(píng)審并應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的管理,及時(shí)落實(shí)相關(guān)會(huì)議措施。

[1] 北京城建設(shè)計(jì)研究總院.福明路車站施工圖設(shè)計(jì)文件[Z].2009.

[2] 中鐵十九局集團(tuán)有限公司.福明路車站施工組織設(shè)計(jì)[Z].2009.

[3] 上海市市政工程管理局.上海地鐵基坑工程施工規(guī)程[Z].2000.

[4] 沈愛國(guó).深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2008,34(24):148-149.