杭州地铁深厚软土地区基坑开挖性状分析研究

王 同 华

(北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100034)



杭州地铁深厚软土地区基坑开挖性状分析研究

王 同 华

(北京城建设计发展集团股份有限公司，北京 100034)

结合杭州地铁2号线西北段站点工程的地质条件，介绍了工程主体的基坑支护方案，并从墙体测斜、土体测斜、钢支撑轴力、地表沉降等方面，对基坑开挖过程进行了监测，得出的监测数据为基坑施工提供了依据。

地铁，基坑，支护结构，监测

0 引言

随着我国国民经济高速发展，城市化进程加快，全国范围内轨道交通建设规模日益增加。轨道交通行业的发展无疑大大方便了城市居民的出行，提高了城市的生活品质，对城市的发展也起到很大的促进[1]。但城市中修建地铁车站的过程是漫长的，一般一座车站长达2年～3年之久，这对城市的道路交通和路面、周边建构筑物、各种地下管线等等都有不同程度的影响。一旦基坑开挖过程中出现基坑涌水、支撑失效等造成地面塌陷、建(构)筑物倾斜、管线爆裂等事故，对人民的生活、生命财产安全都将造成重大深远的影响。对于一座城市中修建地铁深基坑，尤其是拟建场地为深厚软土，其特有的流变性等特性使得基坑开挖过程中的挖土效率和墙体变形难以控制。因此软土的开挖基坑需要及时总结不同土层中基坑开挖的经验教训，以便于后期施工车站可以作为前车之鉴[2，3]。

1 基坑实例

1.1 工程概况

某地铁为杭州地铁2号线西北段站点，沿文二西路东西走向布置，并跨路口，西抵河道。车站为地面二层标准车站，顶板覆土2.5 m～3.82 m。车站主体基坑标准段深度约为16 m～17.3 m，宽度为21.3 m，基坑平面大致呈长方形。

主体基坑周边地块大都为已建用地，车站东南侧为嘉绿苑北13层已建高层住宅，钢筋混凝土框架结构，设有1层人防地下室，紧贴高层外为2层临街商铺，其基础采用预应力管桩，距离东端头井约6.6 m；车站西南及西北侧为绿地，西侧为莲花港河，距离车站主体基坑约6.6 m；北侧为益乐新村3层浅基础住宅，距离主体基坑约27 m。

文二西路十字路口下方有大量地下管线存在，有电力、通信、燃气、给水、雨水和路灯管道等多种地下管道。其中横穿车站顶板的直径1 000 mm的污水管及直径500 mm的雨水管，设计采取永久就近改迁至车站结构东侧顶板上方。其他管线施工期间临时改迁至主体基坑周边，或采用悬吊保护措施，待施工完成后重新迁至原处。

1.2 工程地质条件

工程场地属于第四纪滨海湖沼相沉积平原，地貌形态单一。场地原地形大部分为鱼塘和农田等，后经回填建设形成现繁华城区。开挖深度影响范围内以深厚淤泥质粉质粘土等饱和软土为主。地下水位稳定在地表以下1.0 m左右，地基土层主要物理力学性质指标见表1[4]。

表1 土层物理力学性质指标

2 基坑开挖过程情况分析

2.1 基坑支护结构设计

主体基坑采用围护+内支撑，围护墙体采用0.8 m地下连续墙，基坑深度约16.6 m，插入比为 1∶1.02，墙趾进入⑦1层粘土层。内支撑自上而下为一道混凝土支撑+四道φ609钢支撑。坑底以下3 m深采用裙边+抽条二重管旋喷加固。主体基坑根据交改和管线迁改情况，在十字交叉路口设置一处封堵墙，将主体基坑分为东基坑和西基坑。并且在十字交叉路口采用全铺盖，其他为半铺盖结合全铺盖。基坑竖向支撑布置及土层情况见图1。

2.2 监测点布置情况

为监测基坑开挖过程中围护墙体、支撑构件、地面及邻近建筑物的变化情况，在现场设置了多个测试项目[5，6]。本文主要对墙体测斜、土体测斜、钢支撑轴力、地表沉降的监测项目进行分析论述。

2.3 理论计算说明

1)墙体测斜及支撑轴力理论计算是根据JGJ 120—2012建筑基坑支护技术规程中关于弹性支点法计算围护墙+内撑的计算理论，计算不同开挖阶段外侧水土压力与坑内支撑水平轴力和被动区土体抗力平衡，同时根据支撑轴力结合支撑刚度计算，算出支撑处发生的位移，最后按增量法逐级算出每个开挖步下的墙体位移增量，以叠加得出墙体水平位移即测斜累计值。其中本场地为深厚饱和软土，因此采用水土合算计算侧向水土压力，土压力理论根据规程采用朗肯主动土压力理论计算。

2)地表沉降理论计算：根据同济抛物线理论，对于有较大的入土深度或墙体入土在刚性较大的地层内，墙体的变位类同于梁的变位，此时地表沉降最大值不是在墙旁，而是位于离墙一定距离的位置上，即地面沉降按正态分布曲线(抛物线法)。根据以往经验，此方法与一般地铁基坑地面沉降趋势相吻合。

2.4 主要监测数据汇总

1)地墙测斜及土体测斜。选取东基坑标准段，其在基坑开挖到底时理论计算墙体位移如图2所示[7]。

结构回筑阶段理论计算墙体位移如图3所示。

2)钢支撑轴力监测。选取东基坑标准段，其理论计算钢支撑轴力值和现场基坑开挖到底时(2015年1月16日)钢支撑的实际轴力监测值如图4所示。

3)地面沉降监测。车站主体基坑施工完毕后的地面沉降监测值如图5所示。

2.5 监测数据分析

由上图中数据综合对比分析如下：

1)基坑开挖至坑底时，墙体测斜理论计算值为23.9 mm，而监测值为52.11 mm，其原因主要如下：a.钢支撑预加轴力消散后，未及时复加，以至于钢支撑轴力过小，见图5。此断面内支撑的轴力值总和为810.5 kN/m，而理论计算值水平外力总和达1 309.3 kN/m，即相当于实际监测轴力值仅为理论水平外力值的61.9%。如此小的支撑轴力是导致墙体测斜偏大的主要原因。b.现场钢支撑接头过多，部分钢支撑已达5个接头，超出设计要求支撑不超过4个的要求，且局部钢支撑预埋钢板与支撑未顶紧。c.基坑开挖时，根据巡检人员反映，该断面邻近十字交叉路口盖板，而盖板下方土方掏挖困难，施工现场未按照设计要求及时架设钢支撑，且存在超挖现象。d.该基坑地质条件差也是墙体测斜值偏大的重要原因，见图1。本基坑开挖范围内主要为淤泥质粘土。本工程场地属于滨海湖沼相沉积平原，原为鱼塘，因此软土厚度达23.7 m深，其为深厚淤泥质土体，因此开挖难度相对较大。该软土具体天然含水量大、孔隙比大、压缩系数高、强度低，并具有蠕变性、触变性等特殊的工程地质性质，在此场地中开挖深基坑，墙体测斜难以控制。

2)土体测斜值相对墙体测斜值趋势一致，但数值偏小。主要是由于此处土体测斜监测点距离围护墙体约1.5 m，且测斜管竖向深度范围内大多为深厚淤泥，软土在基坑开挖过程中其土体位移情况较为复杂，此项监测值仅能作为基坑变形情况的参照。

3)地表沉降监测最大值和理论计算值虽然趋势相同，但相比而言，实测沉降值偏大，且沉降影响范围也偏大。分析其原因主要如下：a.因为地面沉降点靠近基坑约12 m范围内设置在原有道路硬壳层中，其沉降量相对于设置在原状土中的监测点沉降值偏小。由此分析邻近基坑处约12 m范围内的实际地表沉降值应比目前检测值偏大。也即地表沉降值比理论计算值大约1.2倍。b.软土自身的蠕变性和触变性使得随着基坑开挖深度的加深，其影响范围增大，根据本基坑16.6 m深，其影响范围约为30 m，相当于基坑开挖深度的1.8倍。沉降量最大处约在距离基坑1倍挖深的位置。距离基坑10 m～21 m处地面沉降值在4 cm～6 cm范围内。由此可推测在深厚软土区域开挖标准地下2层车站时，要重点考虑对距离基坑0.6倍～1.4倍挖深位置的浅基础建(构)筑物的影响问题。

3 结语

根据杭州地铁1号线基坑科研成果，杭州按地层可划分为六大类地层，而城西深厚的软土地层是典型地貌形态单一第四纪滨海湖沼相沉积平原，在此深厚饱和软土地质中进行深基坑开挖，其基坑内力和相对应的变形性状问题是城市中修建地铁需要深入分析总结的课题。本文仅以地铁2号线西北段深厚淤泥质软土中的第一座标准地下两层站的理论计算和实测结果值的对比分析。目前本站已于2015年9月主体基坑全部完工，本基坑的监测数据分析具有指导意义。

但是，限于每个基坑具有自身特点，地质条件和周边环境条件复杂性不同，还须深入分析总结并继续研究深厚软土中基坑开挖过程中的以下问题：

1)深厚软土中深基坑开挖对邻近的浅基础房屋影响的程度如何量化并评判其风险程度。2)深基坑开挖过程中，对于设置有半铺盖的情况下，首道混凝土支撑监测数据日变量达1 000 kN，车辆反复的碾压盖板对此处混凝土支撑的轴力监测影响情况如何；混凝土支撑监测手段如何适应动载下的构件监测。

[1] 钱七虎.迎接我国城市地下空间开发高潮[J].岩土工程学报，1998(1)：112-113.

[2] 曹 芸.软土地区深基坑施工引起的变形及控制研究[J].建筑工程，2012(14)：79.

[3] 应宏伟，杨永文. 杭州深厚软黏土中某深大基坑的性状研究[J].岩土工程学报，2011(12)：88.

[4] 杭州市勘测设计研究院.《杭州地铁2号线一期工程西北段(Ⅱ标段)详细勘察阶段丰潭路站(岩土工程勘察报告)》[R].2011：4.

[5] 北京中天路通工程勘测有限公司.杭州地铁2号线XX路站施工监测方案[Z].2014.

[6] 杨有海，王建军，武进广，等.杭州地铁秋涛路车站深基坑信息化施工监测分析[J].岩土工程学报，2008,30(10):1550-1554.

[7] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].

Analysis of Hangzhou subway excavation characters in deep silty soft soil

Wang Tonghua

(BeijingUrbanConstructionDesign&DevelopmentGroupCo.,Limited,Beijing100034,China)

Combining with geological conditions of northwest station section engineering of Hangzhou subway line No.2, the paper introduces the major engineering foundation support scheme. Starting from aspects of lateral wall, lateral earthwork, steel bearing axis force, and surface subsidence, it carries out foundation excavation monitoring, and finally obtains monitoring data, which will provide some guidance for foundation construction.

subway, foundation pit, support structure, monitoring

1009-6825(2016)13-0081-03

2016-02-23

王同华(1983- )，女，硕士，工程师

TU473.2

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