砂卵石地层基坑围护结构受力测试分析

王虎标

(中交一公局第四工程有限公司，广西 南宁 530000)

随着我国地下空间的不断开发，城市轨道交通逐渐成为地下空间建设的重点，目前我国城轨线网获得审批的城市已有60多座，总规划线路达7 000 km。而作为轨道交通重点的地铁车站深基坑工程也遇到越来越多的工程难题并受到学者们的关注，主要体现在：(1)地铁车站基坑开挖深度不断增大，30 m以上深度的地铁车站深基坑工程不断涌现；(2)地铁车站往往设置在城市繁华地带，采用明挖法施工时作业场地狭窄，再加之开挖工序繁多，使得组织管理难度增大，严重影响施工效率。

乌鲁木齐轨道交通1#线工程是乌鲁木齐市修建的首条地铁工程，主要穿越砂卵石地层，也是新疆地区修建的第一条轨道交通工程。项目建设管理方缺乏地铁基坑土方开挖的工程经验，只能借鉴国内其他地区的施工经验，难以把握车站基坑施工过程中的安全性。因此，本文依托轨道交通1#线工程15标宣仁墩车站基坑土方开挖工程，对围护结构的地表沉降、桩体水平变形、桩顶水平位移和钢支撑轴力等进行现场实测，为该类地层基坑工程设计与施工提供参考与借鉴。

1 工程概况

宣仁墩站为地下二层双柱三跨岛式车站，车站外包总长229.5 m，标准段外包宽度20.9 m，车站底板埋深16.26～18.65 m，有效站台中心处的顶板覆土厚度约3.1 m。

车站采用明挖顺作法施工，全外包防水做法，围护结构形式为混凝土灌注桩排桩+内支撑支护体系，桩间采用100 mm厚挂网喷射混凝土。根据车站主体基坑变形控制保护等级的不同，将宣仁墩站基坑围护形式分为两种，如表1所示。

其中，灌注桩采用C30混凝土(水下浇筑时强度提高一级)；桩间喷射混凝土采用C25早强混凝土。钢筋混凝土支撑、板撑、和冠梁均采用C30混凝土；钢围檩与混凝土围护桩之间的空隙采用强度不低于C30的细石混凝土填嵌密实。

2 基坑开挖方案

宣仁墩车站为钢筋混凝土双层框架结构，结构平面型式为长条形，内支撑型式为对撑，端部为角撑，第1、2、3层支撑均采用钢支撑，第1层支撑间距为6 m，第2、3层支撑间距为3 m，基坑外围场地狭窄，机械作业空间不足。为了解决基坑土方挖运问题，宣仁墩车站采用基坑拉槽分层开挖方案，其核心技术是在钢支撑下方开挖一条梯形土槽，作为土方的开挖和运输通道。根据首道支撑形式以及土体自稳能力，拉槽分层开挖分两种形式：7轴-28轴采取纵向分层拉槽开挖，由28轴向7轴方向进行，土方车直接开进基坑进行装土外运，出土坡道坡度为17.5°，地表土挖至冠梁底，其他挖至支撑下0.5 m；1轴-7轴采取反铲挖机接力开挖，由7轴向1轴方向进行，挖机置于每层土台阶上部，挖土甩至台阶后方，由最上层台阶挖机负责装土，每层土挖至支撑下0.5 m。小里程端局部土方由挖机装至土斗，由布置基坑边的起吊设备垂直吊运装车出土。

3 现场监测数据分析

为判定地铁车站基坑工程在施工期间的安全性，在基坑施工全过程对围护结构及周边环境进行监控量测，监测项目为地表沉降、桩体水平变形、桩顶水平位移和钢支撑轴力，各监测点布置如图1所示。各监测项目的控制值取值一级时0.2%H，且≤30 mm；特级时0.1%H或30 mm，两者取小值。

图1 监测点布置平面图

3.1 地表沉降分析

车站地表沉降测点中DB-06～DB10沉降值最大，为-7.8 mm，占控制值的26%，其他断面地表沉降量一般为-3～-4 mm，均符合规范要求。对具有代表性的DB-06断面进行分析，沉降测点的时态曲线，如图2所示。

图2 DB-06断面地表沉降测点变形时态曲线

由图2可以看出：地表各测点沉降量随时间而增大，即随开挖深度的增大而增大，且曲线呈阶段性增大趋势，在开挖第一层土方时对地表沉降影响不大，开挖第二层和第三层土方时测点沉降值均会明显增大，而在开挖同一层土方但距离监测断面较远时，该监测断面测点较稳定，不会发生明显的沉降现象。

3.2 桩体水平变形分析

选取ZQT12～ZQT25桩体水平变形为研究对象，其中ZQT-18桩体变形量最大，为14 mm，占控制值的46.7%，其他桩变形量均较小，最大变形量均不超过7.7 mm(占控制值的25.7%)，均符合规范要求。以具有代表性的ZQT-14桩体为例进行分析，将桩体变形分为基坑施工过程和车站主体结构浇筑过程两个阶段进行分析，基坑围护桩体水平位移如图3。

图3 ZQT-14桩体水平位移

(1)由图3(a)可以看出，桩体各测点随开挖深度的增大而增大，其中桩顶部位的变形量最大，为7.7 mm；开挖第一层土方时，变形最大值出现在桩顶处。随着土方开挖深度的增大，变形量逐渐向桩体中部移动，集中在桩体7～9 m位置处，桩体中部位移最大值为6.8 mm。

(2)由图5(b)可以看出，在基坑土方开挖工程结束后，随着主体结构的施工进度的增加，桩体变形量逐渐减小。主体结构封顶后，桩体变形量最大值出现在10 m位置处，为4.38 mm。

3.3 桩顶水平位移分析

监测数据显示车站ZQS-08桩顶水平位移值最大，为-12.6 mm，占控制值的42.7%，符合规范要求，ZQS-06～ZQS-09桩顶水平沉降测点的时态曲线如图4所示。

图4 ZQS-06～ZQS-09桩顶水平位移时态曲线

由图4可以看出，桩顶水平位移量随时间而逐渐增大，即随开挖深度增大而增大，并且曲线呈现出阶段性增大趋势。即在开挖第一层土方时对桩顶位移影响不大，开挖第二层和第三层土方时测点位移值增大较明显；而在开挖同一层土方但距离监测断面较远时，该监测断面测点较稳定，不会发生明显的位移现象。

3.4 钢支撑轴力分析

监测数据显示2014年9月28日～10月28日钢支撑轴力值均在规范要求范围以内，但每日变化较大，分析原因主要是由于钢支撑轴力受温度影响明显。为确定温度对其的影响程度，于2014年11月20日～22日记录不同时刻不同温度时宣仁墩车站基坑钢支撑轴力，处理得到钢支撑单位温度轴力变化量，如表2所示。

表2 钢支撑单位温度轴力变化量 KN

由表3可以看出，11月20日单位温度轴力变化量为11.5～62.7 KN，平均值42 KN；11月21日单位温度轴力变化量22.8～48.8 KN，平均值35.7 KN；11月22日单位温度轴力变化量10.3～38.8 KN，平均值21.6 KN。其中11月22日由于有日照，接受和不能接受光照的钢支撑温度变化不一致，并且由于测温方式为测量大气温度而不是钢支撑温度，不能很好地反映钢支撑温度的改变，因此剔除本日数据，仅以11月20日和21日两天的钢支撑单位温度轴力变化量进行分析，两日的单位温度轴力变化量取平均值为38.8 KN。

4 结 语

通过分析现场实际监测数据得到，宣仁墩站地表沉降测点最大沉降值在施工过程中达到控制值的26%，大部分测点沉降值为控制值的10%～13.3%；桩体水平位移最大值占控制值的25.7%；桩顶水平位移占控制值的42.7%；钢支撑轴力受温度影响明显，单位温度轴力变化量约为38.8 KN，各项指标均满足规范控制值要求，说明当前针对乌鲁木齐城市轨道交通1#线砂卵石地层基坑工程采用的开挖方案和围护结构是合理的，可以保证施工过程中车站基坑的稳定性。