合肥轨道交通锦绣站深基坑支护监测分析

2011-03-26谭晓慧

合肥工业大学学报（自然科学版） 2011年7期

王伟，程彦，谭晓慧，李丹

（1.合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009；2.合肥工业大学岩土工程勘察设计研究院，安徽合肥 230009）

随着城市建设速度的加快，深基坑开挖工程越来越多，技术难度也越来越高，基坑施工变形监测也越来越必要。对于基坑变形监测的准确估计和有效控制是基坑工程成败的关键。因此深基坑施工过程中，为了确保开挖安全，必须建立大型监测系统，以便在出现不稳定迹象时能够及时发现问题，并对其进行及时的分析与处理［1－3］。文献［4］对广州地铁琶州塔站工程进行了基坑监测分析，总结了一些施工经验；文献［5］通过对沉降与位移、基坑底部隆起、地下水位、支护桩内力、支撑轴力和水土压力等监测数据进行分析，指出了基坑外侧降水可改善支护结构受力情况，基坑支护结构变形和内力与支撑设置及工况密切相关；文献［6］通过对围护桩水平位移、钢支撑轴力、地表沉降和地下水位等监测数据进行分析，得出了桩体水平位移能直接反映围护结构的变形特性、钢支撑的轴力随开挖深度增加而增加、坑外地下水位的变化可反映围护结构的止水效果等结论。但是，迄今为止鲜见有关合肥地区深基坑现场监测的实例分析。与其他地区的深基坑工程相比，合肥地区的一个显著特点是区内广泛分布着膨胀土。作为国内第1个在膨胀土区域内作业的轨道交通工程，合肥轨道交通1号线深基坑的施工与监测对保证工程安全与稳定具有重要意义。因此，本文结合合肥轨道交通1号线试验段锦绣大道站的基坑开挖监测工程，介绍其基坑围护与监测方案，并对监测结果进行分析。

1 工程概况

合肥市轨道交通1号线试验段工程锦绣大道站位于合肥市庐州大道东锦绣大道与规划扬子江路之间，呈南北方向布置。该车站拟建区域现为空地，车站东侧有一水塘，距离车站基坑最近处为20 m左右。

车站为侧式站台地下1层站（局部2层），南北两端设半地下进出站换乘厅，南北两端东侧外挂风机房和雨水泵房。车站相邻两区间的风机房与本车站结合设置。设备管理用房位于车站东侧，为地下1层，与地块内商业开发区相结合。有效站台长度118 m，每侧站台宽8.5 m，车站总长201 m，标准段宽度为26.5 m，车站中部19.1 m，局部随着内部结构不同侧墙厚度有变化。本车站中部设计为地下1层2跨（局部4跨）箱型框架结构；两端站厅为1层（局部2层）4跨箱型框架结构，两侧墙延伸至地表兼做挡土墙；两端区间风机房为地下1层4跨箱型框架结构，两侧墙延伸至地表兼做挡土墙；外挂风机房为地下1层多跨箱型结构。

1.1 工程地质概况

拟建锦绣大道站属于南淝河二级阶地，场地现状主要为绿地和土堆，场地地形起伏较大，土堆与自然地面高差最大为6 m，场地钻孔孔口自然地面标高为15.37～22.77 m。

勘察揭露地层最大深度为34 m，除表层人工填土外，勘察深度范围内岩土以第四纪沉积物为主，深层为白垩纪基岩。根据钻孔资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探范围内的土层划分为人工堆积层（Qml）、第四纪全新世冲洪积层（Q4al＋pl）、第四纪晚更新世冲洪积层（Q3al＋pl）、白垩纪基岩4大层，按地层岩性及其物理力学性质进一步划分为粉质黏土填土①层、杂填土①－1层、黏土②层、黏土③层、黏土④层和强风化泥质砂岩⑥－1层，其中黏土②层、黏土③层、黏土④层都是弱膨胀土［7］。

1.2 水文地质概况

与拟建场地有关的地表水体为场地东侧的水塘，该水塘距离车站结构主体约为20 m，长约80 m，宽75 m，塘内水深约为0.5 m。拟建场地分布的地下水类型主要为上层滞水。上层滞水主要赋存在人工填土中，水位不连续，变化幅度大，主要接受大气降水和地表水体的补给。

2 基坑围护与监测方案

2.1 围护结构形式

本站基坑开挖范围内土层主要为粉质黏土填土①层、杂填土①－1层、黏土②层、黏土③层，坑底位于黏土④层，桩底位于黏土④层。本站基坑围护结构采用钻孔灌注桩＋内支撑围护体系，风机房加宽段采用灌注桩＋预应力锚杆围护，基坑内疏干排水。

围护灌注桩采用Φ800＠1 300（1 500），桩间采用100 mm厚挂网喷射混凝土。灌注桩顶设800×1 000 mm冠梁，冠梁顶标高以上采用混凝土墙挡土。部分区段冠梁兼作压顶梁，尺寸相应调整为800×1 300 mm和800×1 000 mm。

本车站围护标准段较深区段采用3道Φ609，t＝14（16）mm的钢管支撑，较浅区段采用2道钢管支撑，围檩采用2I50b型钢组成。基坑较宽区段采用预应力锚索（锚杆），锚固体直径180 mm，具体直径、道数、长度根据具体断面计算确定，围檩采用2I28a型钢组成。

基坑支护平面布置图及基坑监测点平面布置如图1所示。

图1 基坑支护平面及基坑监测点平面布置图

2.2 监测项目及方案

根据本基坑工程周边环境特点与规范［8－10］，确定如下基坑监测内容：①土体深层水平位移监测；②内支撑轴力监测；③地下水位监测；④周边地表竖向位移监测；⑤冠梁垂直及其水平位移监测；⑥孔隙水压力监测；⑦土压力监测；⑧裂缝宽度监测等。

3 监测结果分析

3.1 土体深层水平位移

本测区共布置14个测斜孔JX01～JX14（图1），其中JX14已被破坏，选取6个典型测孔的深层水平位移随时间变化的曲线，如图2所示。

图2 深层水平位移随时间变化曲线

JX01、JX07、JX11和JX13测点水平位移的最大值均小于15 mm，JX03测点水平位移的最大值小于20 mm，2010年4月9日JX10测点日变形量超过预警值3 mm／d，根据监测信息，及时安装了钢支撑，之后数日日变形量均小于预警值，测点水平位移的最大值为27.55 mm，低于围护结构的最大位移［11－12］，严格控制在允许范围（30 mm）内。

3.2 内支撑轴力监测结果分析

本测区共布置了10个轴力计，支撑轴力随时间变化曲线如图3所示。由于地层良好，从2010年1月31日起，在2个月的时间内支撑轴力随时间较规则变化，原因是基坑开挖较为缓慢，2个月后各个内支撑轴力值随时间增加开始离散发展，此时基坑开始大范围和快速开挖。支撑轴力增加反映上部土体偏向基坑有移动趋势。随着时间增长，支撑轴力变化基本趋于稳定，但4＃测点与其他测点离散较大，这是因为4＃测点位于整个基坑的进出口，是基坑的通道，开挖较为缓慢。在监测过程中发现，支撑轴力实测数据受气温和降雨影响较大，同一个点在同样气温下变化不大，在不同气温下监测数据变化较大；同样降雨前和降雨后支撑轴力差别也比较大，这是因为该场地土体为膨胀土，在降雨作用下膨胀土发生胀缩循环，从而引起支撑轴力的变化。

图3 内支撑轴力随时间变化曲线

3.3 地下水位监测结果分析

本测区根据测斜孔共布置了13个水位观测孔JX01～JX13，观测开始时间为2010年4月27日，地下水位随时间变化曲线如图4所示。监测结果表明每个孔水位在初始阶段均显示下降，而后逐渐变化。这主要是因为0～20 d是2010年4～5月，雨水很少，因而观测孔水位下降。在基坑开挖期间JX11孔水位变化最小，JX01孔水位变化最大，最大降深为5.09 m，超过预警值2.0 m，在此期间将其预警信息汇报于业主、监理和施工单位，经研究分析这与基坑围护止水效果有关。基坑在开挖过程中，施工人员对其进行抽水与排水，由于围护桩的止水作用，基坑外面的水位缓慢下降，但较基坑内水位下降较慢，存在滞后现象，最终围护桩体附近的水位与基坑内水位持平。

图4 地下水位随时间变化曲线

3.4 临近地表沉降监测结果分析

按照监测点位置作出地面沉降随时间变化曲线如图5所示。2排监测点都是从2010年5月31日开始观测，第1、2排监测点距离基坑边缘分别约为4 m及6 m。可见第1排监测点地表沉降最大值为2.4 mm，对应的时间为2010年6月21日（图5a中第22 d）；第2排监测点地表沉降最大值为2.2 mm，对应的时间为2010年6月13日。2排监测点沉降最大值均未超过预警值。

图5 沉降随时间变化曲线

3.5 冠梁竖向位移监测结果分析

围绕基坑外侧共布置21个冠梁竖向位移观测点，分别为锦绣站西侧的JXW01～JXW13及锦绣站东侧的JXE01～JXE08。选取其中8个典型测点得到的的冠梁竖向位移随时间变化的曲线如图6所示，开始观测时间为2010年5月19日。图6显示，除了JXW01和JXE03观测点最大位移超过±2 mm外，其他每个观测点冠梁竖向位移均在±2 mm变化范围之内。在基坑开挖期间JXE06冠梁竖向位移变化最小，JXW01冠梁竖向位移变化最大，最大值为－3.5 mm，未超过预警值30 mm。