1 工程概況
北京地鐵6 號(hào)線青年路站采用地下 2 層雙柱 3跨的結(jié)構(gòu)形式,車(chē)站主體凈長(zhǎng)左線 557.025 m,右線558.787 m。 標(biāo)準(zhǔn)段凈寬 20.9~22 m,總高 14.6~16.05 m,為島式車(chē)站。 車(chē)站底板埋置深度為 17.9~20.4 m,結(jié)構(gòu)頂板覆土深度為3.1~4.15 m,采用明挖法施工。
2 工程地質(zhì)與水文概況
青年路站位于北京城區(qū)東部平原地區(qū),地表分布的全部為新生代第四系松散沉積物,其下伏的基巖地層主要為中元古界薊縣系碳酸鹽巖地層、中生代侏羅系與白堊系地層。自上而下依次為:①粉土填土層;②粉土層;③粉質(zhì)黏土層;④圓礫層;⑤粉質(zhì)黏土層;⑥卵石層;⑦粉質(zhì)黏土層。 各土層的主要物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。
青年路站場(chǎng)地內(nèi)無(wú)地表水分布。地下水分別為上層滯水(水位標(biāo)高30.40~24.99 m)、 潛水 ( 水位 標(biāo)高21.34~20.39 m)及層間潛水(水位標(biāo)高 19.19~16.59 m)。地下水動(dòng)態(tài)類型主要為滲入-徑流型潛水,以大氣降水入滲、地下水側(cè)向徑流和向下越流方式排泄。
3 總體施工順序
地下建(構(gòu))筑物情況以及地面障礙物的處理→周邊建筑物的拆遷及地下管線的改移→施工灌注樁及冠梁,進(jìn)行盾構(gòu)接收井外土體加固處理→基坑降水→開(kāi)挖土方,依次架設(shè)鋼支撐→清理基底、施工接地及防水層、鋪設(shè)墊層→自下而上依次澆筑混凝土結(jié)構(gòu)(包括施作結(jié)構(gòu)外包防水層)→依次拆除鋼支撐→分層碾壓回填土方→恢復(fù)場(chǎng)地。
4 監(jiān)測(cè)方案
在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中,基坑內(nèi)外的土體將由原來(lái)的靜止土壓力狀態(tài)向被動(dòng)或主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變,應(yīng)力狀態(tài)的改變引起土體的變形,即使采取了支護(hù)措施,一定數(shù)量的變形是難以避免的。
該深基坑開(kāi)挖在繁華地段進(jìn)行,施工場(chǎng)地四周有建筑物和地下管線,基坑開(kāi)挖引起的土體變形將直接影響這些建筑物和地下管線的安全狀態(tài),土體變形過(guò)大時(shí)會(huì)造成鄰近結(jié)構(gòu)和設(shè)施的破壞。同時(shí),基坑相鄰的建筑物相當(dāng)于1 個(gè)較重的集中荷載,基坑周?chē)芫水的滲漏,這些因素又導(dǎo)致土體變形加劇。因此,在深基坑施工中,只有對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑周?chē)耐馏w和相鄰的構(gòu)筑物進(jìn)行綜合、系統(tǒng)的監(jiān)測(cè),才能對(duì)工程情況有全面的了解,確保工程順利進(jìn)行。
4. 1 監(jiān)控量測(cè)的目的
1)施工期間對(duì)基坑變形及其他與施工有關(guān)的項(xiàng)目或量值進(jìn)行測(cè)量,及時(shí)和全面地反映它們的變化情況,實(shí)現(xiàn)信息化施工,并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為判斷基坑安全和環(huán)境安全的重要依據(jù);
2)為修正設(shè)計(jì)和施工參數(shù) ,預(yù)估發(fā)展趨勢(shì) ,確保工程質(zhì)量及周邊管線的安全運(yùn)營(yíng)提供實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),是設(shè)計(jì)和施工的重要補(bǔ)充手段;
3)為理論驗(yàn)證提供對(duì)比數(shù)據(jù),為優(yōu)化施工方案提供依據(jù)。
基于以上監(jiān)測(cè)目的,在保證基坑安全的前提下,以節(jié)省投資為原則,依據(jù)相關(guān)規(guī)范,結(jié)合該工程的相關(guān)情況制定了監(jiān)測(cè)方案,測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1 所示。
4. 2 監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目[1-5]
1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移監(jiān)測(cè)(測(cè)斜)。 在樁圍護(hù)段隧道兩側(cè)每隔1 段距離布置 1 個(gè)測(cè)斜孔,共計(jì)布置了 8 個(gè)測(cè)斜孔。 測(cè)斜用 CX-06 測(cè)斜儀,豎向每隔 0.5 m 采集1 組水平位移值。
2)鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)。 鋼支撐采用軸力計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)其支撐軸力的變化,采用國(guó)產(chǎn)鋼弦式支撐軸力計(jì),數(shù)字式讀數(shù)儀。與圍護(hù)樁變形監(jiān)測(cè)斷面對(duì)應(yīng)布置支撐軸力監(jiān)測(cè)斷面,軸力計(jì)安裝在鋼支撐管與圍護(hù)墻體間,有專配的支持器以保證加裝了軸力計(jì)的鋼支撐的正常工作。
5 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析
5. 1 圍護(hù)樁水平位移
圍護(hù)樁的變形是深基坑施工中關(guān)注的關(guān)鍵性問(wèn)題,其側(cè)向變形與基坑開(kāi)挖深度密切相關(guān)。 圖 2~3 為ZQT-20 和 ZQT-16 圍護(hù)樁樁體水平位移隨開(kāi)挖深度的變化曲線。 基坑施工進(jìn)度概況及各孔樁體監(jiān)測(cè)最大水平位移分別見(jiàn)表2、3。
從表3 可以看出,各測(cè)孔累計(jì)最大水平位移各不相同(如 ZQT19 累計(jì)最大位移 13.5 mm,在坑頂部位;ZQT21 累計(jì)最大位移 16.89 mm,在坑頂以下 9 m 附近),據(jù)分析,與各樁所處的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工過(guò)程對(duì)樁體的影響等有關(guān)。 但在整個(gè)開(kāi)挖過(guò)程中,各測(cè)點(diǎn)處樁體的變形最大值均未超出規(guī)范限制30 mm,說(shuō)明基坑基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。
從圖2、圖 3 可以看出,施工工況對(duì)圍護(hù)樁水平位移的影響明顯,隨著基坑開(kāi)挖→設(shè)置內(nèi)支撐→底板混凝土澆筑的施工過(guò)程,樁體水平位移量、甚至位移方向都會(huì)發(fā)生變化。 及時(shí)加撐對(duì)限制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形有重要作用,同時(shí)加快底板的施工,減少基底暴露的時(shí)間,也有利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的控制。
從圖2、圖 3 還可以看出,各測(cè)斜孔最大水平位移基本出現(xiàn)在基坑開(kāi)挖最后1 層。 基坑開(kāi)挖初期,水平位移相對(duì)不大;隨著基坑的下挖,其水平位移變化速率不斷增大;而隨著基坑承臺(tái)混凝土的澆筑 ,水平位移趨于穩(wěn)定,變化速率也相應(yīng)遞減。 隨著基坑的開(kāi)挖,連續(xù)墻的最大位移所在的縱向位置,在不斷地下移。 剛開(kāi)挖時(shí),連續(xù)墻的最大位移往往發(fā)生在頂部,其變形特點(diǎn)類似于懸臂梁;隨著基坑開(kāi)挖至基底以及設(shè)置內(nèi)支撐,連續(xù)墻最大位移所在位置也迅速下移,且穩(wěn)定在中部偏上的位置(基本在8~11 m 之間)。 由此可見(jiàn),基坑的變形是地下連續(xù)墻和內(nèi)支撐二者共同作用、相互協(xié)調(diào)變形的結(jié)果,二者的共同作用使得整個(gè)基坑具有較強(qiáng)的整體性,結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。
5. 2 鋼支撐軸力
鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)也是地鐵車(chē)站深基坑監(jiān)測(cè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容,它與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有著密切的聯(lián)系。圖4 為部分鋼支撐軸力隨時(shí)間變化的曲線。
從圖4 可以看出:
1)各鋼支撐軸力在短時(shí)間內(nèi)均出現(xiàn)較大的波動(dòng)且個(gè)別點(diǎn)波動(dòng)較大。 但從總體上看,各鋼支撐的軸力都隨著開(kāi)挖深度的增加而逐漸增大,隨后又隨著基坑側(cè)壁澆筑地下連續(xù)墻以及鋼支撐的逐漸增多而有所減小。
2)2010 年 4 月下旬到 5 月中旬,當(dāng)基坑開(kāi)挖至接近基底時(shí),支撐軸力逐漸趨于穩(wěn)定。 ZL-08-01 號(hào)測(cè)點(diǎn)的鋼支撐在開(kāi)挖到基底時(shí)的最大軸力為800 kN,小于允許值(1 058 kN)。 其他測(cè)點(diǎn)鋼支撐的軸力在接近基底時(shí)也基本保持穩(wěn)定,均未超過(guò)設(shè)計(jì)允許值。
3)基坑開(kāi)挖至基底后,鋼支撐的軸力出現(xiàn)了一定幅度的波動(dòng),經(jīng)分析 ,是由于在基底開(kāi)挖集水池和進(jìn)行分段混凝土底板澆筑時(shí),因搬運(yùn)鋼筋、運(yùn)送混凝土等造成基坑周?chē)馏w承受較大荷載,而后作用于鋼支撐造成的。
4)隨著第 1 層底板混凝土澆筑的完成,鋼支撐軸力逐漸下降。而后在6 月,由于 ZL-08-03 測(cè)點(diǎn)、ZL-07-03 測(cè)點(diǎn)的鋼支撐被拆掉以及分段澆筑底板混凝土和二次襯砌的影響,此時(shí)鋼支撐軸力再次出現(xiàn)上下波動(dòng),并最終隨著混凝土澆筑的完成 ,整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不斷增強(qiáng),鋼支撐的軸力也趨于穩(wěn)定,說(shuō)明整個(gè)基坑處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。
6 結(jié)論
通過(guò)以上監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析,可得到以下結(jié)論:
1)基坑水平變形、支撐軸力,與開(kāi)挖深度、施工工況等密切相關(guān)。在基坑的開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中,圍護(hù)樁與內(nèi)支撐形成整體受力體系,二者共同作用、協(xié)調(diào)變形,增強(qiáng)了基坑的整體穩(wěn)定性。 因此,在基坑開(kāi)挖過(guò)程中,應(yīng)首先盡快架設(shè)內(nèi)支撐;其次開(kāi)挖至基底后應(yīng)盡快澆筑基底混凝土,減少暴露時(shí)間,有利于圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制。
2)隨著基坑的開(kāi)挖,圍護(hù)樁水平位移最大值所在位置不斷下移,最后穩(wěn)定在大約基坑深度 1/2 位置處;當(dāng)挖至基底時(shí)形成“中間大,兩邊小”的墻體變形。
3)從整個(gè)測(cè)試結(jié)果可以看出,地鐵青年路站二期工程施工始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。
4)實(shí)施施工監(jiān)測(cè)和信息化施工管理是確保基坑安全穩(wěn)定的重要保證,建立完善的、有效的監(jiān)測(cè)體系至關(guān)重要。
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