砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工变形规律分析研究

2016-09-22刘继梅

西部探矿工程 2016年3期

关键词：卵石桩体轴力

刘继梅

（泛华建设集团有限公司，北京100070）

砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工变形规律分析研究

刘继梅*

（泛华建设集团有限公司，北京100070）

随着城市人口的不断增多，城市向外扩张的速度越来越快，居民住房及市政设施建设的需求也越来越多。在城市居民住房及市政设施建设过程中，城市居民住房及市政设施建设对周边环境的变形规律要求日趋严格。城市居民住房及市政设施建设过程中，对周边环境产生影响的阶段主要为地基基础施工阶段，其中尤以基坑开挖阶段的影响最大。本文通过对砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工过程中，基坑主体结构自身及周边环境变形规律的分析研究，得出其变形规律，找出变形原因，提出变形控制要素，为后续相似工程施工过程中，基坑及周边环境变形规律控制提供一定的技术指导依据。

砂卵石地层；桩撑支护；明挖基坑；变形规律；分析

1　概述

随着城市人口的不断扩张，城市工民建及市政基础设施建设越来越多。在城市建设过程中，工程自身及其附带的影响也随之增多。近期全国范围内，由于工程建设带来的各类问题层出不穷，造成了人员生命财产的损失，也给社会带来了一些负面影响。

我国城市建设已经持续了近60年，城市建设过程中，基本都能在保证安全的前提下顺利完工，这得益于无数前辈的辛勤汗水和经验，作为新一辈城市建设者，我们需要继承前辈善于总结的良好习惯，发扬前辈勤于分析的优良风格。不断开拓进取，为我国城市建设的顺利进行增砖添瓦。

本文通过对砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工过程中，基坑结构自身及基坑周边环境的变形规律进行分析总结，得出基坑开挖过程中，基坑自身结构与周边环境的相互影响规律，提出相应控制要点，为此后类似工程施工参数控制提供一定的参考依据。

2　工程概况

2.1工程概况

本工程为地铁工程明挖车站，地下两层，自西向东布设。车站总长为228.8m，高为16.4m。车站顶部覆土约3.2～3.95m，标准段基坑开挖深度约为20.55m。

2.2工程地质概况

本工程位于永定河冲洪积扇中下部，第四系沉积主要以河流沉积而成，场地地形较为平坦。地层土质分布情况分述如下：杂填土层①1、卵石填土①2、粉细砂②3、中粗砂②4、圆砾②5、卵石⑤、卵石⑦层及粉细砂⑦2层；结构底板位于卵石⑦层。该工程勘察40.0m深度范围内，实际量测一层地下水，为潜水（二）。含水层主要为卵石⑦层、粉细砂⑦2层，透水性好，水位埋深21.35～22.30m。本层地下水分布连续，渗透系数大，为强透水层。地下水层位于结构底板以下。

2.3明挖基坑施工步骤

（1）基坑开挖深度达20m左右，深度较深，属Ⅰ类深基坑，基坑开挖应谨遵从上至下、分段分层的原则。

（2）施工过程中，首先进行围护结构施工，打设围护桩，并施作桩顶冠梁。

（3）开挖过程中，分层分段开挖，自西向东放坡、拉槽开挖，边开挖边进行桩间网喷混凝土施工，施工过程中注意对桩间土保护，以保证围护桩体的稳定。

（4）土方开挖完成后，及时进行钢腰梁及钢支撑的架设，施工过程中角撑部位注意及时施作抗剪凳，避免钢围檩滑动，造成支撑结构失稳掉落，施工时及时施作支撑结构，以保证基坑结构的稳定。

（5）施工过程中，结合施工步序及阶段及时对周边环境及基坑自身结构进行监测，发现异常情况及时采取措施，保证基坑结构的稳定。

（6）自下而上进行二衬结构施工，施工过程中，根据设计要求进行钢支撑及钢围檩的拆除工作，避免因过早拆除支撑带来的基坑变形过大或失稳现象出现。

（7）待基坑顶板二衬结构及防水完成后，进行基坑回填，恢复路面。

3　监测点布置

根据基坑周边环境风险情况，在其周边设置道路地表及管线沉降监测点；基坑四周布设2排测点，第1排距坑边3m，第2排距坑边5m，点距10m。基坑结构自身设置桩顶水平位移、桩体变形及支撑轴力监测点。桩顶水平位移测点在基坑长边布设3组，分别设在基坑长边的中点，支撑点及2道水平支撑的跨中部位，间距30m，桩体变形及支撑轴力与桩顶水平位移测点对应布设，支撑轴力每组布设3道监测点。

监测点布置图见图1。

图1　监测点布置图

4　道路地表及管线沉降统计分析

4.1基坑周边测点沉降统计

待基坑二衬结构完成，周边测点沉降稳定后，统计了基坑周边65个监测点，基坑周边监测点累计沉降值一般位于1～-18mm，平均沉降约-8.4mm，其中约3%的监测点累计沉降值超出《地铁工程监控量测技术规程》（DB11/490-2007）中要求的-30mm的控制标准［5］，监测点沉降范围分布图见图2所示。

图2　监测点累计沉降值分布图

基坑主测断面沉降槽曲线参见图3。

图3　基坑主测断面沉降槽曲线图

图4　主测断面部位测点沉降时程曲线图

4.2基坑周边测点沉降规律分析

由图2～图4测点变形值统计及沉降规律分析可知：

（1）砂卵石地层明挖基坑施工完成后，其周边测点沉降值大部分位于1～-18mm之间，平均沉降为-8.4mm，个别测点超过控制值，占统计测点总数的3%，砂卵石地层桩撑支护体系明挖基坑施工期间，对周边地表沉降影响较小。

（2）砂卵石地层明挖基坑施工期间，对周边环境影响范围约20m，与基坑深度基本一致，呈45°角分布。测点的沉降值随其距离基坑的距离增加逐渐减小，呈现出一定的沉降槽特征。

（3）明挖基坑施工过程为分层分步拉槽开挖，开挖至中下部时，对基坑周边扰动较大，造成该部位施工过程中，周边测点沉降速率较大，比例较大。

（4）砂卵石地层明挖基坑施工期间，其周边地表沉降主要发生在基坑开挖期间，基坑结构施工期间其沉降值变化不大。

5　基坑结构自身变形规律统计及分析

基坑开挖过程中，基坑自身结构变形监测与周边地表沉降变形监测结合对应布设，基坑自身变形监测涉及项目为：桩顶水平位移、桩体变形及支撑轴力等。通过基坑自身及周边地表沉降变形规律的结合，可有效分析基坑在开挖过程中受力及变形规律，保证基坑结构的安全。

5.1基坑桩顶及桩体变形规律分析

基坑开挖期间，受成环冠梁约束影响，桩顶水平位移变形值较小，本工程桩顶水平位移变化值约为4mm；施工过程中，桩体变形值随着基坑开挖的影响呈现逐渐增大的趋势，在钢支撑部位受支撑轴力的影响出现一突变，体现出支撑轴力对基坑自身变形的控制作用。典型桩体变形测点监测图如图5所示。

图5　基坑开挖过程桩体变形曲线图

由图5可知，基坑施工过程中，随着开挖深度的不断增加，围护桩结构逐渐向基坑内倾斜，最大变形部位位于基坑二三道撑直间，最大变形值为10mm。在钢支撑架设前，基本呈现冠梁部位大，围护桩根部小的趋势。随着开挖深度的增加，基坑钢支撑结构不断增设，围护桩变形呈现出中间部位大，两端小的趋势，且在钢支撑部位出现变形突变情况，体现出了钢支撑结构对基坑支护体系稳定性的有效作用。

5.2基坑支撑轴力变形规律分析

基坑开挖期间，根据基坑开挖进度，需安装钢围檩及钢支撑，钢支撑安装时，需对其施加轴力，以抵抗基坑围护桩结构向基坑内变形。基坑同一断面三道轴力监测变形值如图6所示。

图6　基坑同一断面支撑轴力值曲线图

图6中，随着基坑施工及钢支撑架设、拆除工作的进行，第一道撑监测周期最长，第二道撑其次，第三道撑监测周期最短。各道轴力监测呈现的规律分析如下：

（1）轴力施加完成后，监测过程中，呈现出先减小后增大的过程，最后趋于稳定，分析其原因为：轴力施加完成后，钢支撑及钢围檩与围护桩结构直接空隙等相互磨合消散，损失一部分轴力，随着开挖的进行，围护桩结构发生向基坑内部的变形，造成钢支撑轴力增大，钢支撑轴力与基坑围护桩承受侧向土压力之间达到平衡后，基坑变形趋于稳定；

（2）第一道撑承受轴力最大，分析其原因为：基坑变形过程中，如不施加任何约束，基坑顶部结构为变形最大区域，承受弯矩较大，施加钢支撑及轴力后，顶部受到约束，围护桩向基坑内部变形在与支撑轴力达到平衡的过程中，使钢支撑轴力受影响较大。