绍兴地铁软土基坑变形规律的现场监测分析

2022-09-22唐文周

四川建筑 2022年4期

唐文周

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 100101)

土体作为一种松散地质体，由于固体骨架、空隙、水的分布高度不均匀而呈现出物理力学性质的复杂性。由于土体位于浅地表且为松散体，易受到应力历史及后期人为改造的影响，最终导致土体工程性质难以精细把握[1]。软土性质尤其复杂，不但取决于其形成地理环境和物质组成，也与其存在状态、扰动程度、工程类型密切相关。我国绍兴地区在地质历史上处于钱塘江南岸、绍兴平原西部，典型地貌包括丘陵、平原、滨海3个基本单元，由于区内大小河流广泛交错、深浅湖泊星罗棋布而被称为“水乡泽国”[2]。这样的地貌分布与水系发育特征造成绍兴境内软土广泛分布并具有多模态特征。软土的模态特征是指软土层的厚度及其与其他土层的相对层位关系。以往对软土的研究多集中于其形成机理、沉积过程、物理力学性质参数取值、勘察技术与措施等方面，针对绍兴地区软土工程性质、特别是地铁软土基坑工程响应方面研究较少[3]，这导致该地区深大基坑的加固措施及地表建筑物保护等方面经验参考较少。本文采用现场监测方法，对绍兴地铁一号线高教园站基坑的变形特征及其影响因素进行研究，以探索该地区软土基坑的变形规律，尤其是软土存在对基坑变形的影响方式，服务于依托基坑的后期维护和后续该地区的深大基坑的建设。

1 基坑概况及监测点位

依托基坑位于绍兴市柯桥区兴越路与站前大道交叉口，车站为地下两层，采用明挖顺作法。基坑深15.91～19.19 m，该基坑在绍兴建设历史上属较大规模基坑，长205 m、宽21 m。采用地下连续墙进行基坑的围护，墙高36 m、壁厚0.8 m，深入基底标高以下18 m左右，开挖过程中为保证基坑边坡安全，设5道内支撑，自上而下包括1道混凝土支撑和4道钢支撑。基坑地层结构及标准段支撑体系如图1所示，地层结构中的淤泥质黏土即本文所述软土，开挖地层自地表而下依次为碎石填土、素填土、软土(淤泥质黏土)、粉质黏土及黏土等，表1列出了各土层的主要物理力学参数。

图1 绍兴地铁1号线高教园区标准段基坑支护体系意

本文的监测措施包括地下连续墙的测斜、冠梁的水平及数值位移监测、基坑外围地表沉降。测斜管采用预埋方式，即绑扎于钢筋笼上并浇筑于墙体。采用全站仪监测冠梁水平位移，采用电子水准仪监测地表沉降，监测点标识采用埋设

表1 绍兴地铁1号线高教园区站土体物理力学参数

标识物法。根据基坑边界及紧邻建筑物情况设计监测点的布设，如图2所示。

图2中DBC表示基坑周边地表沉降监测断面，如DBC1-1表示第一个监测断面的第一个监测点。其中右线(基坑东段)DBC3断面的4个测点距基坑边缘的距离分别为 2.4 m、7.2 m、14.4 m、24 m，基坑左线DBC22断面的5个测点分别距基坑边缘2.4 m、7.2 m、14.4 m 、24 m、36 m；地下连续墙位移测点，绕基坑布设，间距约20 m，如图2中的ZQT标识点，共计24个。

图2 依托工程基坑变形监测点布置

2 监测结果规律分析

由于绍兴市深大基坑施工经验较少，本项目依据其他城市类似条件下的工程经验和相关规范要求，设定的地下连续墙和地表沉降的累计变形黄色、橙色、红色预警值分别为±35 mm、±42.5 mm和±50 mm。

该基坑地下连续墙测斜结果见图3。由图可知，各曲线形状相同，起点和末点接近于0变形，最大变形基本处于相同深度，这说明测斜结果的可靠性，也说明了该基坑地下连续墙的变形是协调的，无畸变断面，这和现场实际情况相符。图3曲线表明，地下连续墙各断面的变形均自地表向下逐渐增大，在地下15 m左右达到极大值，后又逐渐减小。地下15 m左右深度恰好为基坑底部，亦即，地下连续墙在基底处变形量最大，符合悬臂支挡(围护)结构的受力和变形特点。这与边坡(滑坡)的抗滑桩变形规律相同，说明基坑地下连续墙的设计可采用边坡坡脚处设置的抗滑结构设计计算思想。这种变形规律也为基坑的支撑设置提供了依据，即可加强靠近基坑底部的一排支撑，以保证基坑的整体稳定。图中数据还表明，地下连续墙最大变形发生在ZQT3、ZQT9和ZQT19测点处，向基坑内的位移分别达85 m、65 mm和75 mm,均达到红色预警阈值，之后加强了支撑力度和地面监测巡视强度，保证了基坑的安全施工。经分析地质勘察报告，ZQT3、ZQT9和ZQT19处软土厚度明显大于其他观测点位处(如ZQT11、ZQT12等)，且ZQT3处软土厚土大于ZQT19处，除了软土层厚度，ZQT3、ZQT9和ZQT19的其余地层结构与其他观测断面均类似。可见上述测点变形差异形成的主要原因在于软土层厚度的不同。这是软土基坑应引起重视的关键环节。

图3 依托基坑工程围护结构各测点测斜累计位移曲线

基坑之外一定范围内的地表沉降曲线如图4所示，其中图4(a)、图4(b)为地铁右线及左线各监测断面处测点地表沉降与其距基坑边缘距离的关系曲线。

图4 基坑外围地表各测点累计沉降曲线

对比图4中左线和右线沉降曲线可知，左线一侧的最大沉降量仅有DBC23断面超过红色预警值50 mm，达到了52 mm，其余断面各测点沉降值均低于黄色预警值35 mm,最大仅29 mm；而右线一侧DBC3、DBC4、DBC5、DBC6、DBC7断面最大沉降值超过红色预警值，尤其是DBC3、DBC4 2处断面的沉降值达到了73 mm。可见，基坑两侧地表沉降也有显著差异，这也与线右软土层厚度大于线左的地质结构相吻合，进一步说明软土层厚度对基坑变形的正相关影响。

图4(a)表明，最大沉降发生的测点位置一般处于基坑边缘之外10～20 m处，尤其是超过红色预警的点位。综合对比分析DBC3-7共5个断面处沉降监测数据和地层结构，除了软土层厚度与沉降量正相关外，还有一个明显的现象，即软土层越后，最大沉降位置越靠近基坑边缘。地铁软土基坑开挖过程中，应加强基坑边缘10～20 m的地表建筑物保护，并根据软土层厚度进行详细论证和计算。

具有高灵敏度的软土随开挖进行而围压降低，在此条件下，便会呈现出明显的压缩工程特性，表现为基坑边坡的外鼓和基坑外围地表的沉降。可压缩层的厚度越大，上述卸围压导致土体压缩的效应就会越明显。可见，在软土发育的城市进行地铁等基础设施的勘察设计时，应高度重视软土的分布及其对建筑物的影响，做好针对软土分布的精细化勘察，查明其厚度分布特征。