蘇州樂(lè)園站深基坑監(jiān)測(cè)分析實(shí)例

陳樹(shù)杰 廖振宇

(無(wú)錫市軌道交通發(fā)展有限公司,江蘇無(wú)錫 214043)

由于城市的迅猛發(fā)展,深基坑問(wèn)題逐漸成了設(shè)計(jì)和施工的重要問(wèn)題之一。為了確?；釉O(shè)計(jì)、施工的可靠性,除了在分析模型、計(jì)算方法、選用概率理論來(lái)盡量擬合實(shí)際情況以外,還必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)作為確?；庸こ淌┕ぐ踩煽窟M(jìn)行的必要和有效手段,對(duì)于驗(yàn)證原設(shè)計(jì)方案、局部調(diào)整施工參數(shù)以及改進(jìn)和提高設(shè)計(jì)水平等具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

1 工程實(shí)例

蘇州樂(lè)園路站標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度為15.9～21.2 m,端頭井開(kāi)挖深度為17.3～17.6 m,采用800厚31～38 m深的地下墻進(jìn)行圍護(hù)；換乘節(jié)點(diǎn)基坑開(kāi)挖深度23.2 m,局部最大開(kāi)挖深度25.0 m。

蘇州樂(lè)園站位于蘇州樂(lè)園大門(mén)東側(cè),平行長(zhǎng)江路,其北端為金山路,本站站位現(xiàn)址為蘇州樂(lè)園停車(chē)場(chǎng)?；又苓吔ㄖ镙^少,南端井西面為陽(yáng)光大酒店,換乘段西面為天恩大酒店,建筑物年代較新,結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)。周邊管線大部分為電力、電信等軟線,其他為自來(lái)水管線。其中標(biāo)準(zhǔn)段末端靠近天恩大酒店,是本工程最大的風(fēng)險(xiǎn)源,也是本工程保護(hù)的重點(diǎn)建筑物。

蘇州地區(qū)多是淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土,屬于軟地基,墻體變化量比較大,容易引起周邊環(huán)境的變化。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

基坑開(kāi)挖和降水施工將不可避免地對(duì)周邊環(huán)境帶來(lái)不利影響,為此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)外圍環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè),及時(shí)了解施工中的動(dòng)態(tài)變化情況以指導(dǎo)施工,便于及時(shí)采取相應(yīng)措施。為確?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑物的安全,在基坑開(kāi)挖、支護(hù)及后續(xù)結(jié)構(gòu)施工階段進(jìn)行了以下項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體水平位移監(jiān)測(cè)(測(cè)斜)、墻頂位移監(jiān)測(cè)、建筑物沉降監(jiān)測(cè)、支撐軸力監(jiān)測(cè)、鋼格構(gòu)立柱的變形監(jiān)測(cè)、坑外水位監(jiān)測(cè)等。

為了清晰全面地分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將蘇州樂(lè)園站分為四個(gè)部分來(lái)介紹,分別為南端井、標(biāo)準(zhǔn)段、換乘段、北端井。

2.1 墻體水平位移監(jiān)測(cè)

墻體水平位移監(jiān)測(cè)變化曲線如圖1、圖2、圖3、圖4所示。

2.2 墻頂位移監(jiān)測(cè)

墻頂位移監(jiān)測(cè)曲線如圖5、圖6所示。

2.3 建筑物沉降

建筑物沉降情況如圖7、表1、表2所示。

2.4 立柱沉降

立柱沉降情況如圖8、表3所示。

2.5 支撐軸力

由于支撐軸力布點(diǎn)的特殊性,為了方便清晰地看到軸力隨基坑開(kāi)挖的變化趨勢(shì),選擇有代表性的軸力計(jì)作為研究對(duì)象(如圖9、圖10、圖11、圖12所示)。

圖1 南端井端頭

圖2 標(biāo)準(zhǔn)段

圖4 北端頭井

圖6 北端井墻頂水平位移

圖7 天恩大酒店房屋沉降

圖8 立柱沉降

表1天恩大酒店房屋沉降數(shù)據(jù)mm

測(cè)點(diǎn)編號(hào)10-2711-711-1811-2411-3012-612-13JZ23-0.82-5.29-7.24-9.27-8.41-9.67-11.97JZ24-0.74-3.88-4.01-5.61-5.9-7.2-9.68JZ25-0.57-4.77-5.54-6.95-7.21-8.47-10.72JZ26-0.79-6.99-9.75-11.72-11.14-12.83-16JZ27-0.71-8.26-12.38-13.71-14.47-16.13-19.3JZ28-0.48-3.53-7.72-8.65-9.62-10.97-14.35JZ29-0.6-5.91-9.93-10.8-11.93-13.3-16.87JZ30-0.71-3.2-7.09-8.15-8.28-9.88-12.36

表2 最大累計(jì)變化量

表3 立柱沉降數(shù)據(jù) mm

圖9 第一道支撐 圖10 第二道支撐 圖11 第三道支撐 圖12 第四道支撐

2.6 坑外水位

坑外水位隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖13、表4所示。

圖13 坑外水位變化趨勢(shì)

表4坑外水位數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)mm

11-2312-231-232-263-234-235-246-257-228-21SW13180-12893493001127929841943897839SW14-1714-2680-2231-2212-2805-2864-2657-2645-2631-2537SW21-395-904-471-473-402-351-442-406-438-388SW22-330-964-872-896-917-384-377-289-325-305SW27-1309-561-1219-1250-877-206-306-375-420-344SW28-1855-1888-3591-3558-2254-1807-1881-1727-1769-1621SW29-1900-1470-3853-3815-3595-4486-4318-4251-4016-3899

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析

綜合分析墻體位移數(shù)據(jù)變化情況分析,開(kāi)挖第四層土?xí)r,是基坑開(kāi)挖的關(guān)鍵時(shí)期,基坑越深,周邊土體壓力也隨之增大,而且速度很快,墻體的最大土體壓力位置下移,最大位移量出現(xiàn)在12～16 m之間。底板澆筑前,第三道和第四道支撐受力最大,報(bào)警值在這個(gè)時(shí)期極易出現(xiàn)。因此，澆筑底板的速度一定要快,時(shí)間要短,禁止基坑開(kāi)挖到底后長(zhǎng)時(shí)間的閑置。一般情況下,底板澆筑完成后,整個(gè)基坑處于受力平衡狀態(tài),基坑趨近于穩(wěn)定。

拆撐也是一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期,由于支撐的拆除,基坑由原來(lái)的受力平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài),致使墻體產(chǎn)生再次變形,而且拆除關(guān)鍵支撐墻體變化量比較大,一般在3～5 mm之間,甚至達(dá)到8～10 mm。

墻頂水平位移、垂直位移變化趨勢(shì)是一致的,但是引起二者變化的直接原因不相同,墻頂垂直位移主要是坑內(nèi)土體卸載坑底隆起引起,墻頂水平位移主要是坑外主動(dòng)土壓力大于被動(dòng)土壓力,坑外土體向坑內(nèi)移動(dòng)所造成的。

天恩大酒店靠近標(biāo)準(zhǔn)段,最近距離只有3 m,基坑稍微變形就會(huì)引起天恩大酒店的變形。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和建筑物變化趨勢(shì)來(lái)分析,由于基坑墻體變化比較小,靠近天恩大酒店的墻體水平位移CX22最大變化量在20 mm左右,且比較平穩(wěn),對(duì)建筑物的影響較小。天恩大酒店建筑物基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu),建筑物年代較新,總體沉降量比較理想,其中最大累計(jì)沉降出現(xiàn)在靠近基坑邊的JZ27(29.8 mm)。沉降規(guī)律與設(shè)計(jì)相符,靠近基坑的沉降量大,整體向基坑方向傾斜；隨著基坑的開(kāi)挖,沉降速率不斷增加,底板澆筑完成后,變形趨勢(shì)開(kāi)始收斂。

立柱變形主要是坑底隆起造成的,變化量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連續(xù)墻墻頂變形。換乘段由于開(kāi)挖較深,基坑面積大,立柱最大隆起量達(dá)到了29.18 mm，已經(jīng)超過(guò)了報(bào)警值。監(jiān)測(cè)報(bào)警后,監(jiān)測(cè)單位主動(dòng)加密監(jiān)測(cè)頻率,施工單位和各上級(jí)主管部門(mén)都非常重視,采取了各種措施,比如加快施工進(jìn)度,搶澆底板,降低承壓水的水頭等等,最終立柱穩(wěn)定在29 mm的位置。

從立柱變化趨勢(shì)(圖8)可以看出,在基坑開(kāi)始卸載的時(shí)候,隆起量變化速率很快,開(kāi)挖最后一層土?xí)r,隆起量基本上達(dá)到了最大,底板澆筑完成并凝固后,變化逐步減小,直至穩(wěn)定。

通過(guò)支撐數(shù)據(jù)可以分析得出:

①支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中土體的物理力學(xué)參數(shù)選擇不當(dāng)。

深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的土壓力大小直接影響其安全度,但由于地質(zhì)情況多變且十分復(fù)雜,要精確地計(jì)算土壓力目前還十分困難,至今仍在采用庫(kù)倫公式或朗肯公式。土體物理參數(shù)的選擇是一個(gè)非常復(fù)雜的問(wèn)題,尤其深基坑開(kāi)挖后,含水率、內(nèi)摩擦角和黏聚力三個(gè)參數(shù)是可變值,很難準(zhǔn)確計(jì)算出支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力。在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,如果對(duì)地基土體的物理力學(xué)參數(shù)取值不準(zhǔn),將對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果產(chǎn)生很大影響。

②基坑土體的取樣具有不完全性。

③基坑開(kāi)挖存在的空間效應(yīng)考慮不周。

根據(jù)大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,基坑周邊向基坑內(nèi)發(fā)生的水平位移是中間大兩邊小。深基坑邊坡的失穩(wěn),常常以長(zhǎng)邊的居中位置發(fā)生。這足以說(shuō)明深基坑開(kāi)挖是一個(gè)空間問(wèn)題。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是按平面應(yīng)變問(wèn)題處理的，對(duì)一些細(xì)長(zhǎng)條基坑來(lái)講,這種平面應(yīng)變假設(shè)是比較符合實(shí)際的,而對(duì)近似方形或長(zhǎng)方形深基坑則差別比較大。所以,在未進(jìn)行空間問(wèn)題處理前而按平面應(yīng)變假設(shè)設(shè)計(jì)時(shí),支護(hù)結(jié)構(gòu)要適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,以適應(yīng)開(kāi)挖空間效應(yīng)的要求。

④支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與實(shí)際受力不符。

工程實(shí)踐證明,有的支護(hù)結(jié)構(gòu)按極限平衡理論設(shè)計(jì)計(jì)算的安全系數(shù),從理論上講是絕對(duì)安全的,但有時(shí)卻發(fā)生破壞；有的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全系數(shù)雖然比較小,甚至達(dá)不到規(guī)范的要求,但在實(shí)際工程中卻滿足要求。

極限平衡理論是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種靜態(tài)設(shè)計(jì),而實(shí)際上開(kāi)挖后的土體是一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài),也是一個(gè)土體逐漸松弛的過(guò)程,隨著時(shí)間的增長(zhǎng),土體強(qiáng)度逐漸下降,并產(chǎn)生一定的變形,在設(shè)計(jì)中必須充分考慮到這一點(diǎn)。

根據(jù)支撐軸力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映,本工程土方開(kāi)挖初期,由于開(kāi)挖速度較快,支撐軸力上升較大，這也與深層土體位移觀測(cè)結(jié)果相對(duì)應(yīng)。

由水位觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn),坑外水位基本上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因坑內(nèi)降水產(chǎn)生壓力差,通過(guò)連續(xù)墻的縫隙滲入基坑,導(dǎo)致坑外水位下降。如果連續(xù)墻出現(xiàn)大的滲漏,坑外水位會(huì)出現(xiàn)急劇下降(例如SW29),當(dāng)連續(xù)墻滲漏點(diǎn)被封堵后,坑外水位又會(huì)因?yàn)樗吹难a(bǔ)給而慢慢恢復(fù)?？觾?nèi)水位和降水有直接關(guān)系,只有坑內(nèi)水位降到設(shè)計(jì)位置才能順利施工。對(duì)于多雨季節(jié)時(shí)出現(xiàn)的地下水位上升,應(yīng)加大降水井抽水量,延長(zhǎng)抽水時(shí)間的辦降低地下水位,并加大地下水位監(jiān)測(cè)的頻率,確保施工的順利進(jìn)行。除采取以上監(jiān)測(cè)措施外,每天應(yīng)由工程經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員對(duì)基坑穩(wěn)定作肉眼觀測(cè),主要觀察支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量、圍護(hù)體系滲水現(xiàn)象、施工條件的改變、坑荷載的變化、管道滲漏、降雨等情況對(duì)基坑的影響。注意基坑周?chē)牡孛媪芽p、維護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐體系失常情況，鄰近建筑物的裂縫、局部管涌現(xiàn)象,發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

建筑基坑的開(kāi)挖與支護(hù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程結(jié)構(gòu)、建筑材料、施工工藝和施工管理等多方面。它是集土力學(xué)、水力學(xué)、材料才學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等于一體的綜合性學(xué)科，支護(hù)結(jié)構(gòu)又是由若干具有獨(dú)立功能的體系組成的整體。正因如此,無(wú)論是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還是施工組織都應(yīng)當(dāng)從整體功能出發(fā),將各組成部分協(xié)調(diào)好,才能確保它的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

地鐵軟土深基坑工程施工監(jiān)測(cè)隨工程地質(zhì)水文條件變化,在工程實(shí)踐中仍處于經(jīng)驗(yàn)及工程類(lèi)比的階段。針對(duì)具體工程,常常通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)際相結(jié)合的辦法找出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)方法,及時(shí)反饋信息,指導(dǎo)基坑施工。通過(guò)監(jiān)測(cè)分析,在設(shè)計(jì)軟土深基坑時(shí)必須考慮各種不利因素,針對(duì)不同的地質(zhì)條件,采取不同的措施,充分考慮不同工況下基坑的變形及受力。在施工軟土深基坑時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按時(shí)空效應(yīng)執(zhí)行,先撐后挖,短開(kāi)挖、快支撐、速封閉、勤量測(cè)、速反饋,并且要充分熟悉地質(zhì)資料,動(dòng)態(tài)控制,必要時(shí)可對(duì)警戒值進(jìn)行調(diào)整。

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