合肥膨胀土地区深基坑深层土体位移监测分析

蒋晓庆

(安徽广播电视大学 开放教育学院,合肥　230022)



合肥膨胀土地区深基坑深层土体位移监测分析

蒋晓庆

(安徽广播电视大学 开放教育学院,合肥230022)

摘要：为了对合肥南站地铁换乘站深基坑桩锚支护体系深层土体位移进行监测,共安装33个测斜孔,从中选择代表监测点TX54以及TX56进行数值分析,得出随着基坑深度的增加,深层土体水平位移累积量不断减小,通常在基坑顶部产生的水平位移量最大;水平位移变化率不断减小,最终趋于0 mm/d。通过数值分析,同一深度处,水平位移累积量随时间的变化呈对数函数变化。

关键词：膨胀土;深基坑;水平位移累积量;水平位移变化率;监测

一、引言

合肥南站轨道交通土建工程包含三站两区间,其中合肥市轨道交通1号线、4号线、5号线换乘车站站址位于国铁合肥南站房北侧下方。车站地处合肥市包河区,位于庐州大道以西、徽州大道以东,合宁高速以北龙川路以南。1、5号线车站为地下三层15 m宽岛式站台车站;车站标准段基坑净宽48.6 m,深度约为15 m,采用地下二层三柱四跨钢筋混凝土结构,围护结构采用Φ1 000@1 500 mm钻孔灌注桩+内支撑体系,第一道支撑采用钢筋混凝土支撑,第2～4道采用锚索支撑。施工平面图如图1。

深基坑的开挖和支护不断出现,必然会涉及到膨胀土问题。若基坑开挖深度超过膨胀土埋置深度,在干湿循环的环境下,膨胀土将会影响深基坑的稳定性,进而导致边坡失稳。因此选择深基坑支护类型及监测维护,尤其显得十分重要。鉴于合肥轨道建设处于复杂的地质情况,因此本项目对深基坑支护采取桩锚联合支护方案。结合国内外类似项目工程实践的经验总结,采用桩锚支护结构,安全经济,能够有效限制深基坑土体产生的水平位移增加,同时有利于深基坑周边环境的稳定。

在深基坑深层土体监测过程中,结合水平位移监测数据,判断深基坑的稳定性,进一步确定深基坑是否处于安全稳定状态[1-2]。判断深基坑的稳定性,首先确定水平位移累积量及每天水平位移变化量的预警值,其次对两种监测数据结果进行数值分析和预警值比较,以此判断深基坑的安全状态,同时反馈给施工单位,及时采取维护措施,防止边坡坍塌。若监测数据波动比较小时,主要利用制定的预警值进行预警,结合按最大值控制的标准、按变化速度的判断、按时态曲线的形态来判断等方法来综合判别[3-6]。

闫周福运用基坑周边土层沉降计算法对扬州某基坑周边建筑沉降进行理论计算,并将计算和实测沉降值进行分析比较,指出了计算与沉降值存在偏差的原因。[7]在对建筑物沉降监测数据进行深入研究的基础上,总结出影响基坑周边建筑沉降的因素。最后,结合沉降监测数据和影响因素,详尽地分析其对基坑周边建筑物沉降的影响。刘建伟结合工程实践中大量的基坑监测数据,提出桩锚支护结构在基坑工程中最大变形的估计公式,描述了桩锚支护结构最大变形与工程要素间的数学关系。[8]

二、深基坑监测点布置及监测频率

(一)测点布置

本工程中,受到基坑开挖影响的建构筑物主要为已经施工完毕的地铁车站1、4、5号线地下结构部分。故根据相关技术规范资料和设计单位提供资料,对地铁车站1、4、5号线地下结构部分进行水平位移观测。根据规范要求,沿基坑开挖侧面,按照水平间距20 m布设一组水平位移监测点。本项目的监测时间从2011年10月10日至2012年6月25日。各点监测次数均达到208次，水平位移量累计和变化速率的预警值分别是30 mm,3 mm/d,两者有一个达到预警值时,务必停止施工,对深基坑支护参数进行修正和适当处理,才能继续施工。

(二)监测频率

2011年10月10日至31日,两天监测一次;由于深基坑开挖后期,开挖速度较快,深基坑水平位移变化量大,逐渐加大监测频率。11月1日至12月2日,一天监测一次;12月3日至2012年1月3日,一天两测;2012年1月4日至2012年4月2日,一天一测;2012年4月3日至6月25日,七天一测。鉴于监测过程与施工过程同步,避免不了施工影响,导致监测的中断或者遮挡。TX54布点的深度达到9.5m,TX56布点的深度达到5m,每隔0.5m布置一监测点。

三、深基坑监测结果分析

鉴于测点多,取代表点TX54、TX56。测斜孔TX54在监测到第206次时(2012年6月4日),出现了第一次警报,此时的水平位移最大累积量达到30.05 mm(0米处),立刻停止土方开挖,及时加上支撑。6月5日监测数据发现,此时水平位移累积量达到29.12 mm。每天监测一次,水平位移累积量逐渐下降。6月25日时的水平位移最大累积量达到28.34,在允许变形范围之内。出现这种现象的原因是:(1)该测点位于深基坑西侧,雨水管在测点附近,检查发现有漏水现象,膨胀土遇水迅速发生膨胀崩解,最终导致此处土体水平位移偏大的现象。(2)该测点位于徽州大道处,路面过往车辆多,在反复动荷载的作用下,土体侧向位移量也会偏大。通过及时加撑的施工手段,水平位移累积量才得到控制。测斜孔TX56的水平位移变化量先随时间变化,不同深度在不断地增加,但是在四个月之后,离地表2米以内的水平位移变化量越来越小,最终的水平位移累积量为10.55 mm(0米处)。

本项目通过对监测测斜孔数据进行整理,绘制了不同深度处水平位移累积量-时间以及水平位移变化率-时间的曲线图。用以描述监测点在八个月内的变化情况。鉴于TX54、TX56变化趋势相同,只绘制TX56的变化趋势并进行数值分析:

(1) 图2(见126页)中的图(a)～(f)曲线变化趋势相似,随着基坑深度的增加,水平位移累积量在不断减小。通过数值模拟分析,不同深度处水平位移累积量呈对数函数变化趋势。

(2) 图3(见127页)中各深度处,除个别点的水平位移变化率大于3 mm/d,随着深度的增加,水平位移变化率在不断地减少，例如,0到1米处,水平变化率集中在0.5～1 mm/d,2 m处水平变化率集中在0.5～1 mm/d,3到5 m处,水平变化率集中在0～0.5 mm/d。

(3) 图3能够反映出,不同深度处,在三个月之后,水平位移变化率基本趋于0mm/d,土体深层水平位移变化趋于稳定。

四、结论

1.随着基坑深度的增加,深层土体测斜孔水平位移累计变化量不断减小,通常情况下基坑顶部位移较大。由于深基坑开挖后期,施工资源比较齐备充足,如劳动力和设备等。开挖速度迅速增加,基坑开挖卸载之后,地下水位下降,导致支护桩后土体固结,同时产生侧向位移,使得基坑顶部土体位移较大。鉴于大量测点研究表明,不同深度处水平位移累积量呈对数函数变化趋势,相关系数R2越大,拟合度越高,对后期监测工作量的减少提供理论依据。

2.随着基坑深度的增加,深层土体测斜孔水平位移变化率不断减少,后基本趋于0 mm/d。在深基坑开挖前期,引起基坑周围土体的扰动,使得土体水平位移变化率较大;开挖结束后,桩锚支护结构的两侧土压力趋于平衡,达到稳定状态,水平位移变化率幅度很小,曲线渐渐趋于直线。

参考文献：

[1]刘祥杰.长春西站深基坑桩锚支护数值模拟研究与监测数据分析[D].长春：吉林大学,2008:12-13.

[2]张英重.桩锚支护下深基坑的开挖变形监测及信息化施工研究[D].兰州兰州理工大学,2011:14-16.

[3]田甜.深基坑桩锚支护体系监测系统研究 [D].重庆:重庆大学,2008:13-15.

[4]韩国栋.深基坑桩锚支护结构的现场试验研究及数值模拟[D].长春:吉林大学,2009:12-13.

[5]聂淼.深基坑开挖过程数值模拟及支护对策[D].贵阳:贵州大学,2009:5-6.

[6]李永.深基坑桩锚支护结构设计应用研究及数值模拟分析 [D].吉林：吉林大学,2011:10-12.

[7]闫周福.软土地区深基坑开挖对围护结构及其周边环境影响的研究[D].重庆：重庆大学,2009:10-11.

[8]刘建伟.桩锚与土钉联合支护结构土压力分配机制研究[D].郑州:郑州大学,2006:4-5.

[责任编辑李潜生]

中图分类号：TU411

文献标识码：A

文章编号：1008-6021(2015)01-0124-05

收稿日期：2014-09-05

基金项目:安徽省教育厅自然科学研究项目(项目编号：KJ2013B092)。

作者简介：蒋晓庆(1985-),女,安徽亳州人,助教,硕士。研究方向：非饱和膨胀土性质研究。

The Deep Foundation Soil Displacement Monitoring
in Hefei Expansive Soil Area

JIANG Xiao-qing

(School of Open Education, Anhui Radio and TV University, Hefei 230022,China)

Abstract:In order to monitor the deep foundation pile and anchor soil displacement of the subway transfer station,in Hefei South Railway Station 33 inclinometer holes have been installed. This paper chooses representative monitoring points TX54 and TX56 to do numerical analysis, and concludes that with the depth of the pit increasing, the deep soil horizontal displacement accumulation decreases. Usually at the top of the pit, there exists the maximum horizontal displacement. The horizontal displacement change rate continues to decrease, eventually tends to 0 mm/d. Through numerical analysis, it is found that the cumulative horizontal displacement varies at the relation of logarithm function with time in the same soil depth.

Key words:expansive soil; deep foundation；horizontal displacement accumulation；horizontal displacement change rate; monitoring