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(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司　武漢　4300302;　2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院　武漢　430070)

地鐵升官渡停車場(chǎng)施工期深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律監(jiān)測(cè)研究

梁天福1谷孟君2

(1.武漢地鐵集團(tuán)有限公司武漢4300302;2.武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院武漢430070)

摘要深基坑工程的施工在地鐵建設(shè)施工中占很大比重。文中以武漢地鐵3號(hào)線升官渡停車場(chǎng)為依托，采用現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的方法對(duì)停車場(chǎng)基坑施工期間的沉降、支護(hù)樁頂部水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移、支護(hù)結(jié)構(gòu)受力、水平支撐軸力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并研究了深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形規(guī)律, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素,驗(yàn)證設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工，以保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞地鐵深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形檢測(cè)

地鐵停車場(chǎng)作為地鐵?？亢途S修的場(chǎng)所，地鐵地下車庫(kù)深基坑開(kāi)挖深度一般較大，采用明挖法施工。為保證車庫(kù)施工安全，施工期間必須進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，為深基坑施工提供指導(dǎo)。本文以武漢地鐵3號(hào)線升官渡停車場(chǎng)為例,對(duì)深基坑變形監(jiān)測(cè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，研究了地鐵停車場(chǎng)深基坑變形規(guī)律。

1　工程概況

武漢地鐵3號(hào)線升官渡停車場(chǎng), 地處武漢沌口經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)，三環(huán)線與龍陽(yáng)大道交匯西北角。場(chǎng)區(qū)所在范圍無(wú)地下管線，場(chǎng)地條件較好。根據(jù)基坑開(kāi)挖深度、地層條件的不同，將基坑劃為以下幾個(gè)支護(hù)單元。

(1) 列車運(yùn)用庫(kù)(長(zhǎng)約300m、寬120m)及相鄰的道岔咽喉區(qū)(長(zhǎng)約150m、寬32～120m)的基坑寬度較寬，面積較大，采用雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，局部土層為巖層的放坡+土釘形式。

(2) 出入段線(長(zhǎng)約200m、寬15m)及相鄰的道岔咽喉區(qū)(長(zhǎng)約350m、寬15～32m)的基坑寬度較窄，考慮采用單排灌注樁+2道支撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

(3) 進(jìn)入庫(kù)區(qū)的車道基坑寬度較窄，基坑圍護(hù)形式根據(jù)開(kāi)挖深度不同，采用單排懸臂樁、放坡+土釘掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。

(4) 內(nèi)支撐。第一道采用混凝土支撐，支撐水平間距為6m；第二道采用鋼管撐，支撐水平間距為3m。

2　監(jiān)測(cè)方案

2.1監(jiān)測(cè)內(nèi)容

監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括：沉降觀測(cè)；支護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測(cè)；支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)；支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測(cè)；水平支撐軸力監(jiān)測(cè)；周圍環(huán)境監(jiān)測(cè)。

2.2測(cè)點(diǎn)布置

(1) 沉降觀測(cè)。根據(jù)基坑情況布設(shè)3個(gè)以上基準(zhǔn)點(diǎn)，并設(shè)置一定數(shù)量的工作基點(diǎn)。沉降點(diǎn)共埋設(shè)119個(gè)，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部72個(gè)，地面沉降點(diǎn)47個(gè)。

冠梁沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在冠梁頂部，沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，共埋設(shè)72個(gè)冠梁沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。地面沉降點(diǎn)在基坑縱向方向埋設(shè)斷面，共47個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。設(shè)置在地面的沉降標(biāo)志，其埋設(shè)方法是采用鋼釘或直徑14mm、長(zhǎng)0.2m左右的鋼筋打入地下，地面用混凝土加固。

(2) 支護(hù)樁頂部水平位移監(jiān)測(cè)。水平位移觀測(cè)點(diǎn)布置在冠梁頂部。支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部的水平位移觀測(cè)點(diǎn)沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，共設(shè)72個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(3) 支護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移監(jiān)測(cè)。采用測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)支護(hù)樁深層側(cè)向水平位移。沿基坑冠梁設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面，共埋設(shè)測(cè)斜管約72個(gè)。

測(cè)斜管布置在支護(hù)樁體內(nèi)，測(cè)斜管埋設(shè)時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)組裝后綁扎固定于鋼筋籠上，校正導(dǎo)向槽的方向，使導(dǎo)向槽垂直或平行于基坑邊線方向，隨鋼筋籠一起沉放到槽內(nèi)，并將其澆灌在混凝土中。澆灌混凝土前，封好管底底蓋，并在測(cè)斜管內(nèi)注滿清水，防止測(cè)斜管在澆灌時(shí)浮起和防止水泥漿滲入管內(nèi)。測(cè)斜管露出冠梁頂部10～20cm。

(4) 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測(cè)。對(duì)72根樁進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在支護(hù)樁的主筋上豎向間隔5m分別布設(shè)鋼筋計(jì)，即在支護(hù)樁5，10m設(shè)置鋼筋計(jì)。

(5) 水平支撐軸力監(jiān)測(cè)。根據(jù)施工設(shè)計(jì)，第一道支撐為混凝土結(jié)構(gòu)，安裝鋼筋計(jì)監(jiān)測(cè)支撐軸力；第二為鋼結(jié)構(gòu)支撐安裝軸力計(jì)監(jiān)測(cè)軸力。共布設(shè)12個(gè)斷面進(jìn)行軸力監(jiān)測(cè)。

3　監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1冠梁沉降分析

分析冠梁沉降的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到冠梁的最大沉降為11.6mm，滿足一級(jí)基坑地面沉降控制值的要求。以點(diǎn)號(hào)S01、S08為例，將沉降數(shù)據(jù)列于表1。

表1　冠梁沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)　mm

由表1可見(jiàn)，鉆孔樁頂?shù)某两挡⒉皇蔷€性增加的，而是沉降達(dá)到一個(gè)較大值之后有所減小，然后再增加，這是由于不同的施工工況和外界環(huán)境因素的影響[1]。

3.2冠梁的水平位移

分析冠梁水平位移的觀測(cè)數(shù)據(jù)，得到冠梁的最大水平位移為9.6mm，滿足一級(jí)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大控制值的要求。以點(diǎn)號(hào)S01，S10，S57，S67為例，將沉降數(shù)據(jù)列于表2。

表2　冠梁水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)　mm

由表2可見(jiàn)，S01和S10隨基坑開(kāi)挖深度和時(shí)間的增長(zhǎng)，冠梁的水平位移逐漸增大，分別在4月14日和4月3日達(dá)到最大水平位移，此后由于設(shè)置了鋼支撐，位移有所減小，最終趨于穩(wěn)定。最終結(jié)果顯示冠梁向基坑外偏移，是因?yàn)樵摐y(cè)點(diǎn)處冠梁對(duì)應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)位于單排樁+2道支護(hù)單元，頂部設(shè)置了混凝土支撐的緣故[2]。S57和S67隨著基坑開(kāi)挖深度和時(shí)間的增長(zhǎng)，冠梁的水平位移逐漸增大，達(dá)到最大水平位移后位移有所減小，最終趨于穩(wěn)定。最終結(jié)果顯示冠梁向基坑內(nèi)偏移，是因?yàn)樵摐y(cè)點(diǎn)處冠梁對(duì)應(yīng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)位于雙排樁支護(hù)單元，并未設(shè)置支撐。

3.3鉆孔樁深層水平位移分析

鉆孔樁深層水平位移是反映支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的重要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，選取圍護(hù)樁CX13和CX40與CX40深層水平位移進(jìn)行分析，各施工段的監(jiān)測(cè)測(cè)斜曲線見(jiàn)圖1和圖2。雙排樁的受力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖1維護(hù)樁CX13測(cè)斜曲線圖2維護(hù)樁CX40測(cè)斜曲線圖3DE段雙排樁計(jì)算彎矩

圍護(hù)樁CX13位于單排樁+2道支護(hù)單元，其側(cè)移相當(dāng)于CX46的3～4倍，分析其測(cè)斜曲線：由于頂部有冠梁的約束，圍護(hù)樁下部深入土層中，因此上下兩端的側(cè)移都比中部的側(cè)移小，中部最大側(cè)移有14mm，沒(méi)有超過(guò)最大控制值。3月13日開(kāi)挖到混凝土支撐底部標(biāo)高位置即設(shè)置第一道混凝土支撐，因此頂部的側(cè)移始終較小，甚至為負(fù)值；3月20日開(kāi)挖至7m深度，開(kāi)挖過(guò)程中中部的側(cè)移增長(zhǎng)較快，此時(shí)設(shè)置第二道鋼支撐，此后一直開(kāi)挖到基底，樁身的側(cè)移變化很??；3月27日，待圍護(hù)樁受力穩(wěn)定后，拆掉鋼支撐和混凝土支撐，隨后維護(hù)樁的側(cè)移略有增加，至4月3日趨于穩(wěn)定[3]。

圍護(hù)樁CX40位于雙排樁支撐單元，設(shè)置雙排圍護(hù)樁，2排圍護(hù)樁頂部分別設(shè)置冠梁，并通過(guò)在頂部設(shè)置樁頂橫梁將2排圍護(hù)樁連成一個(gè)整體。分析雙排樁維護(hù)單元的測(cè)斜曲線：頂部由于冠梁的作用，側(cè)移始終很小或?yàn)橄蚧涌油馄疲撞坑捎跇渡砩钊胪林?，?cè)移相對(duì)也較小，中部由于沒(méi)有約束的作用側(cè)移較大。由于設(shè)置了雙排維護(hù)樁，CX40的整體側(cè)移遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于CX13，其側(cè)移平均值約為單排樁+2道支撐單元中圍護(hù)樁側(cè)移的1/2，CX40測(cè)斜曲線的“鼓肚”現(xiàn)象不如CX13明顯，說(shuō)明雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度遠(yuǎn)大于單排樁+2道支撐支護(hù)，整體性比較好。

在基坑開(kāi)挖初期雙排樁的側(cè)移曲線呈現(xiàn)出與單排樁相似的變化趨勢(shì)，當(dāng)開(kāi)挖到一定深度時(shí)，維護(hù)樁變形達(dá)到一定值時(shí)，2排圍護(hù)樁開(kāi)始共同受力，此后變形表現(xiàn)為2排樁的協(xié)調(diào)變形，雙排樁在整體呈現(xiàn)“鼓肚”變形的情況下，局部也有反方向的變形。雙排樁的變形整體上與彎矩計(jì)算結(jié)果一致，局部有小幅波動(dòng)，圍護(hù)樁的測(cè)斜曲線并非是向一個(gè)方向凹凸，而是呈現(xiàn)波浪狀，各個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)于上下的深度交替呈現(xiàn)為側(cè)移較大或較小，需要更精確的計(jì)算軟件準(zhǔn)確計(jì)算雙排樁的實(shí)際受力才能對(duì)其變形做出解釋。由于雙排樁的剛度較大，所以此后每個(gè)測(cè)量間隔樁身的側(cè)移變化很小。雙排樁的受力特性引起的實(shí)際變形情況也大大減小了支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)移。

一方面采用雙排樁支護(hù)由于其受力特性減小了基坑的側(cè)移，另一方面由于基坑寬度較大，設(shè)置雙排樁支護(hù)相對(duì)于設(shè)置支撐更加經(jīng)濟(jì)。因此，在停車場(chǎng)基坑平面尺寸較大的地方設(shè)置雙排樁支護(hù)是合理的。

3.4支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分析

由單排樁+2道支撐單元中的G04，G11，G15鋼筋計(jì)的監(jiān)測(cè)結(jié)果，由于頂部設(shè)置了第一道混凝土支撐，因此剛開(kāi)挖的階段，支護(hù)樁鋼筋的內(nèi)力幾乎為0。隨著開(kāi)挖深度的增加，內(nèi)力逐漸增大，設(shè)置了第二道鋼支撐之后，支護(hù)樁鋼筋的內(nèi)力減小，繼續(xù)開(kāi)挖內(nèi)力又呈增大趨勢(shì)，直至開(kāi)挖到設(shè)計(jì)深度趨于穩(wěn)定[4-5]，見(jiàn)圖4。

圖4　G04，G11，G15鋼筋內(nèi)力

雙排樁支護(hù)單元中G25鋼筋計(jì)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5，2排樁鋼筋內(nèi)力開(kāi)挖深度不大時(shí)基本相同，當(dāng)開(kāi)挖深度較大時(shí)，二者的內(nèi)力差別也開(kāi)始變大，但二者平均內(nèi)力呈增大趨勢(shì)。

圖5　G25鋼筋內(nèi)力

3.5水平支撐軸力分析

5月5日設(shè)置鋼支撐開(kāi)始，鋼支撐的軸力隨著開(kāi)挖深度的增加逐漸增加到最大值約120kN，當(dāng)開(kāi)挖達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)軸力達(dá)到最大值，6月26日開(kāi)始澆筑底板，鋼支撐軸力減小到40kN左右，直至7月3日鋼支撐拆除。鋼支撐的軸力并非是單調(diào)增加的，而是反復(fù)變化的，這是由于施工和環(huán)境因素的影響[6]。

4　結(jié)論

(1) 基坑各主要監(jiān)測(cè)結(jié)果均為超過(guò)一級(jí)基坑的控制值，因此該基坑的施工過(guò)程是安全的。

(2) 當(dāng)采用雙排樁支護(hù)時(shí)，冠梁的水平位移較大，向基坑內(nèi)部偏移；采用單排樁+2道支撐支護(hù)時(shí)，冠梁的水平位移則較小或者向基坑外部偏移。

(3) 基坑中雙排樁支護(hù)和單排樁+2道支撐支護(hù)2種支護(hù)情況相比，前者的樁身水平位移大約是后者的1/2倍。當(dāng)設(shè)置支撐時(shí)，樁身水平位移和樁身內(nèi)力都與工況密切相關(guān)。樁身內(nèi)力隨開(kāi)挖深度的增加呈增大趨勢(shì)。當(dāng)基坑平面尺寸較大時(shí)，雙排樁一方面由于其受力特性，減小了基坑的側(cè)移，另一方面由于基坑寬度較大，設(shè)置雙排樁支護(hù)相對(duì)于設(shè)置支撐更加經(jīng)濟(jì)，因此這種情況下設(shè)置雙排樁支護(hù)更加合理。

(4) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋應(yīng)力和鋼支撐的軸力均在警戒值內(nèi)，表明現(xiàn)有的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是安全可靠的,而且有一定的安全儲(chǔ)備,也說(shuō)明了圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)是合理可行的。

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收稿日期：2015-05-25

DeformationMonitoringandAnalysisofDeepFoundation
ExcavationSupportintheSubwayShengguanduParkingConstruction

Liang Tianfu1,GuMengjun2

(1.WuhanMetroGroupCo.,Ltd.,Wuhan430030,China;

2.SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430070,China)

Abstract：Recently, the provincial cities accelerated the pace of the subway construction. The construction of deep foundation pit engineering accounts for a large proportion in subway construction. Based on Wuhan Metro Line 3 Shengguandu parking lot, the following conditions were monitored in this paper, the foundation pit during the construction period, the settlement of pile top horizontal displacement of supporting structure, deep horizontal displacement, the stress of the supporting structure and the level of support axial force. Then the paper researched the deformation law of the enclosure structure of deep foundation pit, timely found the instability, verified the design and guided the construction.

Key words:subways; deep foundation pit; enclosure structure; deformation; monitoring

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.031