河漫灘區(qū)地鐵基坑工程周圍地表沉降分析

宋晉鵬

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030600）

0 引言

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口的不斷增長，交通擁擠問題日益突出，成為制約城市發(fā)展的重要因素[1]。

地鐵是在城市中修建的快速、大運量、用電力牽引的軌道交通，具有節(jié)省土地、減少噪音、節(jié)約能源、減少污染等優(yōu)點，能夠有效緩解城市出行困難的問題[2]。但同時，地鐵施工也面臨著工程地質(zhì)復(fù)雜、工程建設(shè)規(guī)模大、技術(shù)要求要、協(xié)調(diào)難度大、安全風(fēng)險大等問題，尤其是在特殊巖土地區(qū)進(jìn)行地鐵建設(shè)，面臨的施工問題更加嚴(yán)峻。

河漫灘是河道變遷以后，形成的地形較低、平整，軟土層比較穩(wěn)定，部分土層還在固結(jié)過程中的區(qū)域[3-5]。河漫灘區(qū)域工程地質(zhì)條件較為復(fù)雜，進(jìn)行地鐵施工可能會對周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響，尤其是基坑周邊的沉降問題，會嚴(yán)重影響既有建筑物的穩(wěn)定和安全?；诖?，本文結(jié)合松花江河漫灘區(qū)地鐵車站基坑工程，分析基坑周邊地表沉降情況，以供設(shè)計和施工人員參考。

1 工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 工程概況

某地鐵車站位于松花江河漫灘區(qū)，地鐵車站環(huán)境較為復(fù)雜。一個框架結(jié)構(gòu)的酒店位于車站的西南側(cè)，共18 層，距離車站基坑最近處為6m；南側(cè)是一個淺基礎(chǔ)的四層磚混結(jié)構(gòu)醫(yī)院，和車站基坑距離最近處為2.40m。場地周邊環(huán)境平面布置圖如圖1所示。

1.2 工程地質(zhì)條件

該場地巖土層從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、粉砂、粉質(zhì)粘土、中砂、粉質(zhì)粘土和砂礫。工程場地部分土體物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 工程場地土層特征與物理力學(xué)指標(biāo)

2 基坑周邊地表沉降監(jiān)測分析

2.1 監(jiān)測斷面布置

為了分析基坑工程施工對周邊環(huán)境的危害情況，需要對基坑周邊地表進(jìn)行實時監(jiān)測，監(jiān)測斷面如圖2所示。

圖2 基坑周邊地表監(jiān)測斷面圖

2.2 監(jiān)測結(jié)果分析

提取基坑周邊地表沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制地表沉降曲線圖，如圖3 所示。由圖3 可以可知，基坑開挖的前中期周邊地表沉降相對均勻，沒有出現(xiàn)極值點；而在基坑開挖的后期，周邊地表沉降出現(xiàn)了極大值點；地表沉降在距離基坑13.4m 處達(dá)到最大，其值為-8.27mm。

圖3 實測基坑周邊地表沉降曲線圖

3 基坑周邊地表沉降模擬分析

3.1 模型建立

結(jié)合基坑開挖實際情況，運用大型有限元分析軟件，對基坑開挖過程中周邊地表的沉降情況進(jìn)行了全過程模擬，計算模型采用MIDAS-GTS NX 構(gòu)建。模型中采用D-P（德魯克-普拉格）本構(gòu)模型模擬土體的彈塑性行為。基坑開挖三維計算模型如圖4所示。

圖4 基坑開挖三維計算模型

3.2 模擬結(jié)果

根據(jù)有限元模型中基坑周圍地表沉降數(shù)據(jù)，按照距離基坑的遠(yuǎn)近繪制地表沉降曲線如圖5。

圖5 基坑周圍地表沉降位移曲線圖

由圖5 可以得出，距離基坑邊緣的地表出現(xiàn)隆起，其最大隆起量為1.97mm。隨著距離基坑越遠(yuǎn)，周圍地表的沉降量出現(xiàn)逐漸增大的趨勢，在距離基坑13m 的位置處沉降量最大，為-7.18mm；之后，地表沉降量逐漸減小，直到距離基坑30m處沉降為0mm。

3.3 模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果對比

根據(jù)有限元模型中基坑地表沉降數(shù)據(jù)，提取第四次開挖時的地表沉降數(shù)值并與施工第95 天的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比繪制曲線如圖6。

圖6 地表沉降對比曲線圖

由圖6 可知，數(shù)值模擬的曲線在實測數(shù)據(jù)曲線的上方，說明數(shù)值模擬的數(shù)值均小于實測數(shù)值，其原因為在數(shù)值模擬計算中并把支撐安裝時效性對支撐受力的影響考慮在內(nèi)。兩條曲線均比較平滑，均在距離基坑13m 左右出現(xiàn)沉降最大值。在實測曲線中基坑沒有隆起而數(shù)值模擬中基坑卻出現(xiàn)了隆起，究其原因為數(shù)值模擬是一個整體的過程，考慮的施工時間較短、影響因素較少，而在監(jiān)測數(shù)據(jù)中，施工上連續(xù)墻連接處夾泥和輕微的滲漏導(dǎo)致前期強(qiáng)度剛度的發(fā)揮欠佳等都會影響基底邊緣土體的沉降位移。

4 既有醫(yī)院加固前后地表沉降分析

4.1 醫(yī)院建筑加固措施

從上述基坑周邊地表沉降監(jiān)測與有限元分析結(jié)果可知，基坑開挖對臨近建筑物影響較大。該基坑周圍臨近建筑物較多，其中南側(cè)為四層磚混結(jié)構(gòu)醫(yī)院，淺基礎(chǔ)，且為歷史建筑，距離基坑內(nèi)壁最小距離僅為2.40m。

為了保證醫(yī)院的安全，對醫(yī)院采取保護(hù)措施，主要是在醫(yī)院地下連續(xù)墻外側(cè)加設(shè)咬合樁（Ф1200@800，咬合800）作為保護(hù)措施[6]，咬合樁的構(gòu)造見圖7所示。

圖7 咬合樁示意圖

4.2 加固前后醫(yī)院沉降分析

在既有臨近建筑物（醫(yī)院）基礎(chǔ)下側(cè)無加固措施情況下與在既有臨近建筑物（醫(yī)院）基礎(chǔ)外側(cè)打排樁加固措施工況下做數(shù)值模擬分析，分別提取數(shù)據(jù)并繪制曲線如圖8和圖9。

圖8 醫(yī)院無加固沉降曲線圖

圖9 醫(yī)院有加固沉降曲線圖

由圖8和圖9可知，醫(yī)院基礎(chǔ)下側(cè)無加固措施情況下基礎(chǔ)下方的最大沉降值為-25.14mm，醫(yī)院基礎(chǔ)下側(cè)有加固措施情況下基礎(chǔ)下方的最大沉降值為-11.07mm。加固后建筑物的沉降相對小并且穩(wěn)定，最大沉降的位置也發(fā)生了變化。因此在基坑施工過程中，對既有臨近建筑物地基采取合理加固措施后沉降大大減小，有效降低了工程施工風(fēng)險。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合松花江河漫灘區(qū)地鐵車站基坑工程，首先利用工程監(jiān)測的方法對基坑周圍地表沉降情況進(jìn)行了分析，再利用有限元數(shù)值模擬的方法對基坑周圍地表沉降情況進(jìn)行了分析，并對比分析了兩種方法得到的結(jié)果，認(rèn)為數(shù)值模擬得到的沉降值比工程監(jiān)測得到的沉降值要小，但是兩種方法得到的結(jié)果在距基坑不同位置處的沉降變化趨勢相同。最后，對既有建筑物加固前后的沉降模擬結(jié)果進(jìn)行了分析，肯定了加固效果。