探索复合地层深基坑开挖导致地铁车站出入口不均匀沉降处理及控制

2015-10-31王仁轩张凯茵

建材与装饰 2015年19期

关键词：围护结构土方深基坑

王仁轩　张凯茵

（广州轨道交通建设监理有限公司　广东　广州　510000）

探索复合地层深基坑开挖导致地铁车站出入口不均匀沉降处理及控制

王仁轩张凯茵

（广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510000）

笔者总结了广州某临近地铁结构房建基坑在施工过程中引起地铁车站出入口不均匀沉降为事例，浅析车站出入口出现不均匀沉降的原因及临近基坑开挖过程管理的经验。本文主要通过对该基坑变形报警事件分析，总结基坑支护、开挖方法，加强基坑开挖时空效应、无支撑暴露时间管理，总结出基坑变形控制的关键技术及采取的相关措施等，对类似临近地铁结构深基坑支护和对深基坑开挖会有一定的借鉴意义。

基坑施工；车站出入口；不均匀沉降；结构变形

1　工程结构概况

某项目位于广州白云新城占地面积约4万m2，主塔楼为钢管混凝土结构，为46层超高层办公楼塔楼（建筑高度约200m），周边为6层裙楼，设四层地下室，基坑开挖深度约20m，总建建筑面积约34万m2。工程所在地块上覆地层主要为杂土层、冲积层、残积层，下伏基岩为石炭系下统（C1）页岩、粉岩及灰岩；基岩为石灰岩，溶洞发育，周边环境条件复杂，基坑变形控制要求严格。基坑临地铁一侧采用“钢筋混凝土地下连续墙+4道钢筋混凝土内支撑”作为基坑支护结构。地下连续墙深度约29m，厚度1000mm，嵌固深度为10m；钢筋混凝土支撑截面为1m×1m。内设的4道钢筋混凝土内支撑在基坑施工过程中随地下室结构施工和基坑侧壁回填逐步进行拆除。

2　地铁结构概况

地铁车站出入口结构采用明挖法修建，基坑施工采用“放坡+灌注桩+锚索”支护形式，其中开挖深度3.0～6.0m时采用悬臂桩形式，开挖深度6.0～7.5m时采用“桩+一道锚索”支护形式，开挖深度7.5～11.5时采用“桩+两道锚索”支护形式，开挖深度大于11.5m时采用“桩+三道锚索”支护形式；地铁区间隧道为明挖双孔矩形断面，结构底板主要坐落于粉质粘土层上，采用放坡加土钉支护，无围护桩，隧道两侧为回填土。

3　项目与地铁结构关系

项目基坑东侧临近地铁区间隧道及地铁车站，基坑边线与地铁隧道结构边线基本平行。基坑内边线与地铁车站主体结构、出入口、隧道风亭、区间隧道之间的最小水平投影距离分别为10.4m、6.8m、8.9m、8.6m。项目基坑开挖深度约19.85m，基坑底部标高比地铁隧道底深9.5m左右。项目基坑北面紧邻已建地铁车站出口，结构最小水平净距离为6.8m。地铁车站底比相邻基坑底浅约9.8m（如图1）。

4　车站出入口病害现状调查

图1　基坑与地铁结构的平面关系图

经现场调查出入口与地铁车站主体结构之间的变形缝部位及地面，出现了不同程度上的病害，产生病害的主要原因是结构出现不均匀沉降而引起的。其中：车站主体结构与出入口结构地面已出现近10mm的高差；出入口通道地面盲人导向砖水平错位约为50mm，整个错位向相邻基坑方向偏移；变形缝附近侧墙混凝土结构保护层出现了严重的剥落现象；侧墙下方接近地面处的水平错位约为30mm，侧墙离地面2.5m高处的水平错位约为52mm；结合A出入口结构横断面尺寸，则可推算出结构顶板部位水平错位约为72mm。现场变形缝部位发生的变形已大于变形缝的最大允许控制30mm，如图2～3。

图2　现场不均匀沉降错位

图3　不均匀沉降导致的开裂

5　引起车站出入口结构出现不均匀沉降的原因分析

因各种原因并未在基坑开始施工时就对A出入口进行布点监测，当基坑开挖至基底后从第三方监测单位提供的监测数据看，沉降最大值为FT9=-17.98mm，最小为FT15=-0.35mm。结合现场情况和监测数据，在实施监测的这一段时间里出入口出现了较为明显的不均匀沉降（如图4）。

图4　A出入口监测布点图

5.1不良地质条件对出入口结构的影响

车站结构主要坐落于沉积的石灰系壶天群石灰岩和二迭系栖霞组炭质灰岩地层由于风化和溶蚀作用，造成岩面起伏较大，表层溶沟、溶槽、溶隙及溶洞等发育强烈，局部地段由于风化作用形成溶蚀凹槽；下部岩层中发育岩溶，发育的规律性差，深度变化不稳定，规律性差。本场地发育的土洞主要是由地下水活动形成，位于岩面附近，其形成和发展与岩溶发育程度密切相关，其潜在的危险性比较大，在地下水位大幅度频繁变化情况下（尤其人工大量抽取地下水，造成地下水位大幅下降），土溶洞会加速发展，在与地表水体连通时在短时间内会发生地面坍塌、岩溶、土洞及溶蚀凹槽对地基的均匀性和稳定性产生不良影响，对结构本身稳定性影响甚大。

5.2相邻基坑施工影响

5.2.1基坑连续墙施工

相邻基坑北侧地下连续墙距离车站出入口比较近。地下连续墙成槽设备为双轮冼槽机、抓槽机，地下连续墙成槽施工过程中，成槽设备必定会拽拉锚索的自由段，导致A出入口原基坑南侧围护桩扰动，并朝相邻基坑发生水平侧向位移，导致原围护桩与车站出入口结构之间的回填土发生松动甚至严重脱空现象。

5.2.2基坑开挖水位下降

基坑土方开挖施工过程中，由于围护结构的刚度和土体的支撑作用，此时围护结构的变形不大。但如果围护结构对外部土体内的水没有形成封闭时，外部土体内的水就会渗流到基坑内被排出，此时基坑外的土体也会产生沉降，围护结构变形加大。

5.2.3基坑土方开挖卸载

基坑开挖具有明显的时间效应，开挖顺序作为支撑的重要施工参数是影响深基坑变形的重要因素，按照时空效应规律依“分层开挖、先撑后挖”的原则优化每一层的开挖深度与步距，由于支撑的施工及达到支撑强度形成需要一段较长的时间时间，导致基坑发生较大的变形。

图5　出入口对应连续墙位移变量

6　防止出现不均匀沉降的措施

6.1车站设计

在不良地基条件下，为了防止或减轻不均匀沉降的危害，在设计时通常采用的办法不外乎下面几种：①采用桩基础或其它深基础：②对持力层地基进行处理；④在建筑结构以及施工中采取某些措施。桩基础及其深基础造价偏高，且需具备一定的施工条件才能采用。

6.2基坑支护结构设计

对于邻近地铁结构的深基坑围护结构普遍采用的地下连续墙作为深基坑的围护结构，在设计过程中要考虑：

（1）围护结构变形的大小取决于围护结构自身的刚度。围护结构的刚度受弹性模量、结构厚度影响。

（2）围护结构的插入深度，直接影响基坑本身的抗隆起稳定性，一般为0.6H～0.8H（H为基坑开挖深度），插入深度还受基坑底部承压水层的影响。

6.3相邻基坑施工

6.3.1确保基坑连续墙施工质量

确保连续墙的施工质量杜绝和减少连续墙“劈叉”、接头刷壁不彻底、混凝土灌注夹渣等是基坑稳定的重大因素。

（1）成槽垂直度是施工中容易忽略的渗漏原因。在挖槽机具挖土时，悬吊机具的钢丝绳一定要呈垂直张紧状态，这是保证挖槽垂直精度的关键。

（2）不同墙深的地连墙相接形成高低墙。应先施工浅墙，锁口管设置深度以满足浅墙深度即可。

（3）各种接头均采用强制性刷壁器进行刷壁。如果安装锁口管向钢筋笼侧倾斜，会导致无法有效地刷壁，需在基坑外侧采取加固止水措施。

6.3.2基坑土方开挖施工

基坑土方开挖方式是影响基坑稳定的最重要因素，开挖的分段、分层、分块开挖时，注意到对称、均衡以及限时；分段时要考虑未形成整体框架前的局部平衡；适当调整开挖参数等。土方开挖要考虑支护体系的稳定性与变形的特点。应对土方开挖每步的开挖的空间尺寸、开挖顺序，每步开挖暴露的时间，坑底土体松动情况，坑底隆起状况应有深入了解。重视开挖的时空效应形成环节施工单位要把监测数据作的施工行为的依据。

6.3.3控制基坑降水

“控制降水”即根据深基坑实际开挖顺序、土方开挖工况和结构回筑工况，动态地确定疏干井的降深及运行数量，采用分段分层降水，不进行挖方的土体不再降水，精确控制建筑物周围的地下水位，防止地基固结沉降，达到控制建筑物沉降的目的。

6.3.4信息化施工

信息化施工：目前信息化施工主要问题，信息与施工脱节：①监测不能提供确切、全面的数据；②施工单位不会、不能利用监测数据。要做好信息化施工，需要明确几点：明确监测目的，建立能全面反应动态的监测点。