唐山火車站西廣場綜合體項目施工監(jiān)測成果分析與探討

郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津　300251)

?

唐山火車站西廣場綜合體項目施工監(jiān)測成果分析與探討

郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，天津300251)

摘要介紹唐山火車站西廣場綜合體項目施工監(jiān)測的主要內(nèi)容并對監(jiān)測成果進行分析，結(jié)合樁頂位移監(jiān)測數(shù)據(jù)、樁體深層水平位移數(shù)據(jù)的對比情況，重申了同斷面布點的重要意義。結(jié)合實際經(jīng)驗，提出了提高三角高程豎向位移監(jiān)測精度的有效控制措施。

關(guān)鍵詞綜合體項目施工監(jiān)測成果分析

火車站向來都是城市“節(jié)點”，是聯(lián)系城際交通與市內(nèi)交通的樞紐，許多大型車站與傳統(tǒng)火車站相比，其興建都出現(xiàn)了向“綜合體”轉(zhuǎn)變的新趨勢[1]。這改變了以往單純的對外交通集散功能，更注重城市商業(yè)、文化以及各種現(xiàn)代商務(wù)的綜合功能，實現(xiàn)了火車站與城市的高效銜接。

這類車站綜合體項目基坑工程一般都具有開挖面積大、開挖深度深、形狀復(fù)雜、支護結(jié)構(gòu)形式多樣和周邊環(huán)境保護要求嚴(yán)格等特點，再加上工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、圍巖與圍護結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜性，使理論分析與實際情況很難準(zhǔn)確吻合，有必要通過信息化監(jiān)測，及時反饋施工并修正設(shè)計，確保地下工程施工和周圍環(huán)境的安全。

1工程概況

唐山火車站西廣場綜合體項目是唐山城市建設(shè)的重點工程之一，也是唐山站現(xiàn)代化交通樞紐的重要組成部分。本項目位于新建唐山火車站西廣場一側(cè)，工程西側(cè)毗鄰市政一號路，東側(cè)與火車站站房及匝道橋相鄰[2]。

工程基坑長約310 m、寬約210 m，面積達到了67 945 m2，包含物業(yè)開發(fā)項目基坑和250 m長的預(yù)留地鐵區(qū)間基坑。其中物業(yè)開發(fā)項目基坑一般區(qū)域深度為12.63 m，局部為14.03 m；地鐵區(qū)間基坑深度達到了17.30 m。西廣場基坑邊緣距離唐山站站房的最近距離約為33 m，距離火車站西高架橋及匝道距離僅為12 m(見圖1)。

圖1　工程及周邊環(huán)境示意

物業(yè)開發(fā)項目基坑?xùn)|、西兩側(cè)支護采用鉆孔灌注樁+錨索支護體系，普通地段沿豎向設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力錨索，地鐵區(qū)間對應(yīng)位置設(shè)置4道預(yù)應(yīng)力錨索；南、北兩側(cè)采用復(fù)合土釘墻支護體系，沿邊坡共設(shè)置6排土釘，2道預(yù)應(yīng)力錨索。地鐵區(qū)間基坑采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護體系，并在冠梁內(nèi)側(cè)設(shè)一道鋼支撐。

場地地層主要為第四紀(jì)全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)陸相沖洪積形成的沖、洪積物?；由疃确秶鷮?yīng)地層從上至下依次為耕土、雜填土、粉土、細砂、粉質(zhì)黏土、細砂、粉質(zhì)黏土。場地內(nèi)存在含水量相對豐富的上層滯水層，滯水水位埋深平均值約9.50 m，高差約3.50 m，該水層對基坑開挖施工及基坑的安全有很大影響。場區(qū)地下潛水埋深在14.60～16.30 m，該層水水位受氣候及農(nóng)田灌溉影響較大，年變化幅度約2.00 m。

2監(jiān)測等級

《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202—2002)對基坑等級進行了劃分，符合下列情況之一的為一級基坑[3]：

(1)重要工程或支護結(jié)構(gòu)做主體結(jié)構(gòu)的一部分；

(2)開挖深度大于10 m；

(3)與臨近建筑物，重要設(shè)施的距離在開挖深度以內(nèi)；

(4)基坑范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護的基坑。

對照上述要求，本工程基坑為一級基坑，執(zhí)行一級基坑監(jiān)測的有關(guān)要求。

3監(jiān)測項目

根據(jù)監(jiān)測設(shè)計圖紙、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)[4]、《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)要求[5]，并結(jié)合工程監(jiān)測等級情況，確定監(jiān)測項目如表1所示。

表1　西廣場綜合體基坑工程監(jiān)測項目

4監(jiān)測成果分析

物業(yè)開發(fā)項目基坑于2014年1月中旬完成了監(jiān)測初始值測量工作，最終監(jiān)測于2015年1月20日結(jié)束，歷時1年；地鐵區(qū)間基坑于2014年7月12日取得監(jiān)測初始值，最終監(jiān)測于2014年11月18日結(jié)束，歷時4個月。

4.1樁(坡)頂水平位移監(jiān)測

(1)物業(yè)開發(fā)項目基坑樁(坡)頂水平位移

物業(yè)開發(fā)項目基坑樁(坡)頂共布設(shè)水平位移監(jiān)測點50個，監(jiān)測實施過程中共有2次監(jiān)測報警情況，一次為累計位移量超出監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)(30 mm)，另一次則是連續(xù)2天變形速率超過了3 mm/d的要求。

①累計位移超限情況分析

圖2為累計變形超限點WY39和WY40的位移-時程變化曲線，從圖2中可以看出，WY39向坑內(nèi)的累計位移量為48 mm，WY40累計位移量則達到了77 mm。2014年3月，該區(qū)域土方開挖，樁頂位移也逐漸顯現(xiàn)。7月20日，WY40累計變形量為31.6 mm；8月13日，WY39累計變形量為33 mm，超出監(jiān)測項目控制值(30 mm)。超出監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)后，兩點的位移量繼續(xù)增大，于9月20日變形速率逐漸減小，并最終趨于穩(wěn)定。

圖2　位移監(jiān)測點WY39、WY40位移-時程變化曲線

原因分析：該處圍護結(jié)構(gòu)的特殊性及樁間錨索安裝質(zhì)量是發(fā)生較大變形的首要原因，圖3為該區(qū)域支護結(jié)構(gòu)及監(jiān)測點的設(shè)置情況。由于地下人行通道基礎(chǔ)的存在，WY39與WY40間約10 m距離內(nèi)無法打樁，鋼梁及樁間錨索的安裝，也未能很好地起到控制變形的作用。2014年6月至9月，唐山暴雨天氣時常來臨，在一定程度上加劇了位移變化。在此期間，參建各方啟動監(jiān)測應(yīng)急預(yù)案，加密監(jiān)測頻率，及時反饋變形信息，采取清理坑邊渣土、場地硬化等一系列工程措施，最終使該區(qū)域變形趨于穩(wěn)定。

圖3　累計變形超限區(qū)支護結(jié)構(gòu)及監(jiān)測點示意

②變形速率超限情況分析

2015年1月，基坑西側(cè)汽車運土坡道處土方進行最后清理。土方清理前，在坡道對應(yīng)區(qū)域冠梁頂又補設(shè)了兩個位移監(jiān)測點(WY43-1、WY43-2)，并于1月3日完成初始值測量。1月5日數(shù)據(jù)顯示，WY43-1位移量為9.2 mm、WY43-2位移量為11.9 mm；1月6日數(shù)據(jù)顯示，WY43-1位移量為10.8 mm、WY43-2位移量則達到了22.3 mm，兩點的變形速率大大超過了控制指標(biāo)要求，圖4為WY43-1和WY43-2位移-時程曲線。

圖4　WY43-1、WY43-2位移-時程曲線

原因分析：在第一道錨索未張拉力預(yù)應(yīng)力的情況下，下層土方超挖是導(dǎo)致樁頂位移速率超限的首要原因。另外，監(jiān)測點WY43-2的外側(cè)堆積了大量鋼梁，使得該區(qū)域的樁體受到了更大的側(cè)向壓力，WY43-2位移變形也更加顯著。監(jiān)測報警后，施工方于1月6日晚立即進行了第一道錨索預(yù)應(yīng)力張拉，并將鋼梁吊離基坑安全影響范圍。1月7日監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，樁體受到錨索作用力后，又向坑外移動了3～4 mm。

(2)地鐵區(qū)間基坑樁頂水平位移

地鐵區(qū)間樁頂共布置14個位移監(jiān)測點，南、北側(cè)各7個。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地鐵區(qū)間基坑樁頂向坑內(nèi)發(fā)生了不同程度的位移，但變形量均在控制范圍內(nèi)，未出現(xiàn)報警情況。其中區(qū)間南側(cè)鉆孔樁頂向坑內(nèi)最大位移量為6 mm，區(qū)間北側(cè)鉆孔樁位移較南側(cè)顯著，最大位移量為12 mm，這是因為大型吊車吊裝、土方運輸?shù)仁┕ぞ趨^(qū)間北側(cè)樁外完成的緣故。

4.2樁體深層水平位移(傾斜)監(jiān)測

(1)物業(yè)開發(fā)項目基坑樁體傾斜

物業(yè)開發(fā)項目基坑?xùn)|、西兩側(cè)共布設(shè)樁體測斜孔27個，編號為CX01～CX27。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，與樁頂監(jiān)測點WY40在同一斷面的測斜孔CX19向基坑內(nèi)發(fā)生了較大的傾斜，其中管口處向坑內(nèi)位移最大，累計位移量為57.3 mm，已超出監(jiān)測項目控制值(30 mm)。CX19傾斜變化過程與WY40位移發(fā)生過程一致，圖5為CX19的樁體位移-時程曲線。

圖5　測斜孔CX19的樁體位移-時程曲線

仔細對比CX19管口位移量與WY40位移量可以發(fā)現(xiàn)，雖然CX19管口與WY40點位相鄰，但其變形量有一定差別，除測量方式、測量誤差等影響因素外，更重要的一個原因是CX19滑道并不是嚴(yán)格垂直于基坑方向，而是有一個約為20°的夾角，若經(jīng)過角度改正，CX19管口位移量與WY40位移量基本吻合。在此，對滑道近似垂直基坑的測斜孔與同斷面處樁頂位移點進行對比分析，見表2。

由表2可知，滑道近似垂直基坑的測斜孔，其管口位移量與同斷面樁頂位移點位移量基本一致，兩者起到相互校核的作用，為數(shù)據(jù)分析和風(fēng)險管理提供了有益幫助。

(2)地鐵區(qū)間基坑樁體傾斜

地鐵區(qū)間測斜孔與樁頂位移布置于同一斷面處，共14個測斜孔。各測斜孔變形量均在1 cm之內(nèi)，樁體傾斜變形趨勢與樁頂位移變化一致，呈現(xiàn)出了北側(cè)變形大、南側(cè)變形小的特點，出現(xiàn)這種情況的原因，前面已進行了分析說明。

表2　同斷面測斜孔(管口)與樁頂位移監(jiān)測點變形量對比　mm

4.3樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測

樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測點與水平位移監(jiān)測點共點，物業(yè)開發(fā)項目基坑樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測點50個，地鐵區(qū)間基坑樁頂豎向位移監(jiān)測點14個。豎向位移監(jiān)測可采用幾何水準(zhǔn)測量、電子測距儀三角高程測量、靜力水準(zhǔn)測量等方法[5-6]，本項目冠梁頂面安裝了1.2 m高的護欄，不便使用水準(zhǔn)測量，故采用全站儀自由設(shè)站三角高程測量方法。監(jiān)測實施期間采取以下措施提高三角高程測量精度：

(1)徠卡TS15全站儀，測角精度±1＂，測角精度±(1+1.5×10-6×D) mm。

(2)不量儀器高的后方交會設(shè)站方式，基準(zhǔn)點、工作基點采用強制對中標(biāo)志，保證后方交會時的站點高程中誤差≤0.7 mm。

(3)劃分測區(qū)，固定測站位置，保證每站最遠視線長度不大于250 m，視線垂直角不大于10°。

(4)采用徠卡GPR1大反射面測量棱鏡，并保證各監(jiān)測期次使用同一棱鏡。

(5)盡量避免在霧霾等惡劣氣象條件下開展外業(yè)測量工作。

對最終監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)樁頂豎向位移監(jiān)測點中既有隆起又有沉降，其中隆起點約占監(jiān)測點總數(shù)的70%，最大隆起量為10.9 mm；沉降點中，最大沉降量為3.5 mm。這是由于基坑的開挖卸載引起坑底土體回彈，以及圍護樁一側(cè)土體側(cè)限的解除，從而帶動圍護樁發(fā)生向上位移[7]。

4.4錨索及土釘內(nèi)力監(jiān)測

本項目共安裝錨索測力計50個，土釘測力計57個。錨索及土釘測力計頻率測量方式有兩種：一般區(qū)域使用振弦式頻率讀數(shù)儀到現(xiàn)場進行測量的方式；基坑中部受力較大區(qū)域采用自動化監(jiān)測設(shè)備進行實時測量，在線傳輸，大大提高了工作效率。

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，土方開挖、地下結(jié)構(gòu)施工過程中，錨索預(yù)應(yīng)力損失較多。錨索應(yīng)力損失的因素主要包括錨索作用區(qū)地層性質(zhì)引起的應(yīng)力損失、長期受荷的鋼材徐變引起的應(yīng)力損失及錨固混凝土徐變引起的應(yīng)力損失等。土釘內(nèi)力監(jiān)測：各監(jiān)測點累計變化量在監(jiān)測過程中變化不大，這與土釘測力計的焊接方式有直接的關(guān)系。

4.5周邊環(huán)境監(jiān)測

工程施工過程中，按照既定監(jiān)測頻次，對周邊環(huán)境進行定期監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，工程施工對周邊環(huán)境的影響較小，其中津秦高鐵軌道結(jié)構(gòu)采用軌檢小車進行測量，軌距、高低、長短波等各項軌道幾何狀態(tài)指標(biāo)良好。

5數(shù)據(jù)管理

本工程監(jiān)測項目多，監(jiān)測頻率大，數(shù)據(jù)量大，若采用傳統(tǒng)人工數(shù)據(jù)管理，極易出現(xiàn)錯誤，且不利于監(jiān)測點變形的時程分析。結(jié)合本項目，開發(fā)了《深基坑安全監(jiān)測信息化管理系統(tǒng)》，實現(xiàn)了海量監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、自動報警及監(jiān)測成果的信息化傳遞等多項功能(如圖6)。

圖6　深基坑安全監(jiān)測信息化管理系統(tǒng)

6結(jié)論

(1)監(jiān)測方案設(shè)計時，除重點考慮基坑中間部位、陽角部位、深度變化部位外，還應(yīng)結(jié)合項目特點，分析支護結(jié)構(gòu)體系是否還存在一些特殊部位，這些特殊部位往往又是變形易發(fā)的部位，必須布設(shè)監(jiān)測點。

(2)測點布設(shè)時，不同監(jiān)測項目監(jiān)測點應(yīng)盡量布置于同一斷面上，各監(jiān)測項目變形數(shù)據(jù)可以起到相互校核的作用，也可為變形數(shù)據(jù)綜合分析和風(fēng)險管理提供有益幫助。

(3)基坑超挖施工將顯著增加圍護結(jié)構(gòu)的變形，對基坑變形的控制產(chǎn)生不利影響。另外，基坑外部超載作用對基坑的變形影響顯著。所以基坑工程施工期間，必須杜絕超挖、超載現(xiàn)象。

(4)當(dāng)豎向位移監(jiān)測不便使用水準(zhǔn)測量，而采用三角高程測量方法時，須結(jié)合工程項目特點，采取多種措施來提高三角高程測量精度，否則監(jiān)測數(shù)據(jù)將無法真實反映結(jié)構(gòu)豎向位移變形情況。

參考文獻

[1]王騰，盧濟威.火車站綜合體與城市催化-以上海南站為例[J].城市規(guī)劃學(xué)刊，2006(4)

[2]鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.唐山火車站西廣場綜合體項目及周邊設(shè)施施工監(jiān)測方案[R].唐山：鐵道第三勘察設(shè)計院，2014

[3]GB 50202—2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S]

[4]GB 50497—2009建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]

[5]GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S]

[6]JGJ 8—2007建筑變形測量規(guī)范[S]

[7]張建全.北京某深基坑工程施工監(jiān)測與成果分析[J].工程勘察，2010(2)

[8]白云貴，楊雪峰，周凌焱，等.基于自由測站的基坑水平位移監(jiān)測精度探討[J].鐵道勘察，2013，39(6)

[9]林作忠.某引發(fā)地鐵隧道變形的深基坑搶險復(fù)工設(shè)計[J].鐵道勘察，2014(4)

收稿日期：2016-02-29

作者簡介：郭新德(1984—)，男，2008年畢業(yè)于解放軍測繪學(xué)院測繪工程專業(yè)，工程師。

文章編號：1672-7479(2016)03-0024-04

中圖分類號：TU433

文獻標(biāo)識碼：A

Construction Monitoring Results Analysis and Discussion of the Tangshan Railway Station West Square Complex Project

GUO Xinde