沈陽下深溝地鐵基坑變形監測結果分析

張新宇

摘要

本文針對沈陽地區地鐵車站深基坑施工過程中圍護結構及周圍地表變形特性研究相對薄弱的現狀，借鑒前人研究軟土基坑變形特性的途徑，以沈陽下深溝站地鐵車站深基坑工程為依托，通過現場監測手段對基坑的變形特性進行研究。監測數據顯示在鉆孔灌注樁與鋼支撐聯合支護條件下基坑的圍護結構變形和周圍地表沉降能夠得到很好的控制，圍護結構和周圍地表變形具有較強的時間效應，變形量隨時間逐漸增大，土方開挖階段樁體變形不大且成隨機性，在開挖完成45天后樁頂至埋深13m側移大體相等，向下至樁端側移量逐漸接近為零。

關鍵詞：深基坑工程；基坑變形；支護結構變形 ；樁體變形

中圖分類號：TV551文獻標識碼： A

0引言

21世紀以來，我國現代化進程持續快速發展，城鎮化程度不斷加強，城市地下空間的開發與利用逐漸成為緩解城市空間資源急缺困境的重要途徑。為了減輕城市的巨大交通壓力，從20世紀后期我國開始發展地鐵建設，但大部分地鐵建設多集中在東部沿海地區，由于這些地區為軟土，導致我國目前關于地鐵建設的相關資料多以軟土為主要研究對象[1-3]。近年來，東北地區地鐵建設的迅猛發展，哈爾濱、沈陽、大連、旅順、長春已經或即將進行大規模的地鐵建設，已有的資料只具有借鑒意義，沒有實際應用可行性，因此迫切需要對東北地區深基坑變形特性進行研究，為地鐵建設提供有利的保障[4-6]。這對沈陽地區乃至東北地區地鐵車站深基坑及其他類似基坑工程的設計和施工具有重要的指導意義。

1.工程概況

沈陽下深溝站從里程樁號K20+323.600起至里程樁號K20+493.100止，中心里程為K20+390.000，車站總長169.5m，標準段凈寬17.3m。本車站為明挖島式站臺車站，車站設置四個出入口（預留兩個）、兩個風道及一個消防專用通道等附屬結構。有效站臺寬度10m，雙層雙跨局部三跨的箱形框架結構，頂板覆土約3.5m，底板埋深約17m，基坑寬度19.5~23.5m。

1.1場地地層及巖性特征

依據區域地質資料以及詳細勘察結果，擬建場地地貌單元屬渾河新沖積扇。地面基本平坦，鉆孔孔口標高45.07m~46.08m。具體的地基組成見表1。

1.2水文地質條件及圍護結構設計

擬建場地地下水類型屬第四系松散巖類孔隙潛水，下深溝站基坑地下水的補給為側向逕流。地下水總體流向為由東北向南西?？辈炱陂g水位埋深12.4~14.8m。

基坑采用800@1200mm鉆孔灌注樁加內支撐作為支護結構，內支撐為609，t=12鋼管支撐，樁頂設800×800mm冠梁，樁間采用掛網噴射混凝土保持樁間土穩定。

表1 場地地基土的組成

Tab.1 site foundation soil composition

地質年代 地層代號 層底標高（m） 巖體名稱 巖性

Q4m1 ① 43.39~45.26 粉質粘土 黃褐色~灰褐色，偏松散，稍濕。

Q41al+pl ④1 19.68~23.81 粉質粘土 棕黃色~褐黃色，硬塑局部軟塑。

Q41al+pl ④1-1 粉質粘土 深灰色~灰黑色，硬塑局部軟塑。

Q41al+pl ④2 粉細砂 淺黃色~灰褐色，中密，稍濕，粘性土含量約為20%

Q41al+pl ④4 礫砂圓礫 淺黃色~黃褐色，中密~密實，含粘性土約15~30%

Q32al+pl ⑤4 10.03~14.49 礫砂圓礫 黃褐色，中密~密實，飽和，含粘性土約為10-20%

Q2gl ⑦1 泥礫 褐黃色，密實,飽和，粘性土含量較大，約為20~25%

2車站變形監測資料

2.1樁體變形監測

測斜是基坑工程中主要量測項目，也是最能夠直接反映圍護結構安全狀況的量測項目[7]。觀測點布置時，在車站主體兩側的圍護樁中，對稱布置觀測點，深度與樁長等深，豎向兩米一個，長短邊中點。其布設示意如下圖1所示：

Fig.1 Piles deformation monitoring arrangement

2.2支撐內力監測

采用軸力計來監測其支撐軸力的變化，軸力計安裝在鋼管支撐兩端，有專用的支持器以保證加裝了軸力計的鋼管支撐的正常工作。

3監測結果分析

3.1 開挖過程中樁體變形

分別取樁體cx4，cx6，cx12在開挖過程至三個不同深度時的樁體橫向變形監測資料，及開挖完成后第15、30、45、60、90天的樁體側向變形實測資料，繪成下圖所示變形曲線。

（a）開挖階段（b）開挖后

圖2 樁體cx4在不同階段的變形

Fig.2 Pile cx4 deformation at various stages

（a）開挖階段（b）開挖后

圖3 樁體cx6在土方開挖不同階段的變形

Fig.3 Pile cx6 deformation at various stages

（a）開挖階段 （b）開挖后

圖4 樁體cx12在土方開挖不同階段的變形

Fig.4 Pile cx12 deformation at various stages

樁體變形實測表明：在基坑開挖階段，樁體側向變形基本能夠控制在1mm以內，絕大部分在0.5mm以內，并且樁體變形呈現出向基坑內外交替變換的特征[8-9]。

當開挖完成約45天左右后，受土體流變性及應力重分配的影響，樁體變形得到充分發展，具體表現出：樁頂至樁埋深13m左右，變形大體相等；樁埋深在13m以下至樁端側向變形逐漸接近為零。

當開挖完成后2個月后樁體變形速度明顯降低，變形量趨于穩定。

(a) 測點2075 (b) 測點2077

(c) 20584測點(d) 2078測點

圖5軸力監測

Fig.5 axial force monitoring

3.2 鋼支撐軸力變化

本基坑預應力施加為設計軸力的50%，根據深基坑工程施工過程中軸力計監測軸力數據，繪出不同支撐軸力變化曲線，試圖分析鋼支撐軸力變化規律。圖5分別選取典型軸力監測數據描述了鋼支撐預應力施加后軸力計的軸力變化曲線：

軸力監測數據顯示，鋼支撐軸力設計值與實際監測值有較大的偏差，鋼支撐實際所受軸力約為設計軸力的1/3~1/5左右。

4 結論

（1）通過對樁體變形曲線的表明，在開挖最初階段樁體變形呈現出隨機性，而后隨著一段時間的變形累加在大約45天左右樁體變形表現出：樁頂至樁埋深13m左右，樁體變形大體相等；樁埋深在13m以下至樁端側向變形逐漸接近為零。當開挖完成后2個月后樁體變形速度出現明顯降低，其變形量逐漸趨于穩定，此段時間樁體最大側移量控制在5mm范圍內。

（2）軸力監測數據顯示，鋼支撐軸力設計值與實際監測值有較大的偏差，鋼支撐實際所受軸力約為設計軸力的1/3~1/5左右。對今后同類問題具有一定借鑒意義。

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