地铁升官渡停车场施工期深基坑围护结构变形规律监测研究

梁天福　谷孟君

(1.武汉地铁集团有限公司　武汉　4300302;　2.武汉理工大学土木工程与建筑学院　武汉　430070)

地铁升官渡停车场施工期深基坑围护结构变形规律监测研究

梁天福1谷孟君2

(1.武汉地铁集团有限公司武汉4300302;2.武汉理工大学土木工程与建筑学院武汉430070)

摘要深基坑工程的施工在地铁建设施工中占很大比重。文中以武汉地铁3号线升官渡停车场为依托，采用现场监测的方法对停车场基坑施工期间的沉降、支护桩顶部水平位移、支护结构深层水平位移、支护结构受力、水平支撑轴力进行了监测，并研究了深基坑围护结构变形规律, 及时发现不稳定因素,验证设计、指导施工，以保证后续施工的顺利进行。

关键词地铁深基坑围护结构变形检测

地铁停车场作为地铁停靠和维修的场所，地铁地下车库深基坑开挖深度一般较大，采用明挖法施工。为保证车库施工安全，施工期间必须进行基坑围护结构变形现场监测，为深基坑施工提供指导。本文以武汉地铁3号线升官渡停车场为例,对深基坑变形监测进行现场监测，研究了地铁停车场深基坑变形规律。

1　工程概况

武汉地铁3号线升官渡停车场, 地处武汉沌口经济开发区，三环线与龙阳大道交汇西北角。场区所在范围无地下管线，场地条件较好。根据基坑开挖深度、地层条件的不同，将基坑划为以下几个支护单元。

(1) 列车运用库(长约300m、宽120m)及相邻的道岔咽喉区(长约150m、宽32～120m)的基坑宽度较宽，面积较大，采用双排桩支护结构，局部土层为岩层的放坡+土钉形式。

(2) 出入段线(长约200m、宽15m)及相邻的道岔咽喉区(长约350m、宽15～32m)的基坑宽度较窄，考虑采用单排灌注桩+2道支撑的支护结构。

(3) 进入库区的车道基坑宽度较窄，基坑围护形式根据开挖深度不同，采用单排悬臂桩、放坡+土钉挂网喷混凝土支护。

(4) 内支撑。第一道采用混凝土支撑，支撑水平间距为6m；第二道采用钢管撑，支撑水平间距为3m。

2　监测方案

2.1监测内容

监测内容包括：沉降观测；支护桩顶部水平位移监测；支护结构深层水平位移监测；支护结构受力监测；水平支撑轴力监测；周围环境监测。

2.2测点布置

(1) 沉降观测。根据基坑情况布设3个以上基准点，并设置一定数量的工作基点。沉降点共埋设119个，其中支护结构顶部72个，地面沉降点47个。

冠梁沉降观测点布置在冠梁顶部，沿基坑冠梁设置监测断面，共埋设72个冠梁沉降监测点。地面沉降点在基坑纵向方向埋设断面，共47个观测点。设置在地面的沉降标志，其埋设方法是采用钢钉或直径14mm、长0.2m左右的钢筋打入地下，地面用混凝土加固。

(2) 支护桩顶部水平位移监测。水平位移观测点布置在冠梁顶部。支护结构顶部的水平位移观测点沿基坑冠梁设置监测断面，共设72个水平位移监测点。

(3) 支护结构深层水平位移监测。采用测斜仪监测支护桩深层侧向水平位移。沿基坑冠梁设置监测断面，共埋设测斜管约72个。

测斜管布置在支护桩体内，测斜管埋设时，在现场组装后绑扎固定于钢筋笼上，校正导向槽的方向，使导向槽垂直或平行于基坑边线方向，随钢筋笼一起沉放到槽内，并将其浇灌在混凝土中。浇灌混凝土前，封好管底底盖，并在测斜管内注满清水，防止测斜管在浇灌时浮起和防止水泥浆渗入管内。测斜管露出冠梁顶部10～20cm。

(4) 支护结构受力监测。对72根桩进行监测。在支护桩的主筋上竖向间隔5m分别布设钢筋计，即在支护桩5，10m设置钢筋计。

(5) 水平支撑轴力监测。根据施工设计，第一道支撑为混凝土结构，安装钢筋计监测支撑轴力；第二为钢结构支撑安装轴力计监测轴力。共布设12个断面进行轴力监测。

3　监测数据分析

3.1冠梁沉降分析

分析冠梁沉降的观测数据，得到冠梁的最大沉降为11.6mm，满足一级基坑地面沉降控制值的要求。以点号S01、S08为例，将沉降数据列于表1。

表1　冠梁沉降观测数据　mm

由表1可见，钻孔桩顶的沉降并不是线性增加的，而是沉降达到一个较大值之后有所减小，然后再增加，这是由于不同的施工工况和外界环境因素的影响[1]。

3.2冠梁的水平位移

分析冠梁水平位移的观测数据，得到冠梁的最大水平位移为9.6mm，满足一级基坑支护结构最大控制值的要求。以点号S01，S10，S57，S67为例，将沉降数据列于表2。

表2　冠梁水平位移观测数据　mm

由表2可见，S01和S10随基坑开挖深度和时间的增长，冠梁的水平位移逐渐增大，分别在4月14日和4月3日达到最大水平位移，此后由于设置了钢支撑，位移有所减小，最终趋于稳定。最终结果显示冠梁向基坑外偏移，是因为该测点处冠梁对应的支护结构位于单排桩+2道支护单元，顶部设置了混凝土支撑的缘故[2]。S57和S67随着基坑开挖深度和时间的增长，冠梁的水平位移逐渐增大，达到最大水平位移后位移有所减小，最终趋于稳定。最终结果显示冠梁向基坑内偏移，是因为该测点处冠梁对应的支护结构位于双排桩支护单元，并未设置支撑。

3.3钻孔桩深层水平位移分析

钻孔桩深层水平位移是反映支护结构变形的重要监测项目，选取围护桩CX13和CX40与CX40深层水平位移进行分析，各施工段的监测测斜曲线见图1和图2。双排桩的受力计算结果见图3。

图1维护桩CX13测斜曲线图2维护桩CX40测斜曲线图3DE段双排桩计算弯矩

围护桩CX13位于单排桩+2道支护单元，其侧移相当于CX46的3～4倍，分析其测斜曲线：由于顶部有冠梁的约束，围护桩下部深入土层中，因此上下两端的侧移都比中部的侧移小，中部最大侧移有14mm，没有超过最大控制值。3月13日开挖到混凝土支撑底部标高位置即设置第一道混凝土支撑，因此顶部的侧移始终较小，甚至为负值；3月20日开挖至7m深度，开挖过程中中部的侧移增长较快，此时设置第二道钢支撑，此后一直开挖到基底，桩身的侧移变化很小；3月27日，待围护桩受力稳定后，拆掉钢支撑和混凝土支撑，随后维护桩的侧移略有增加，至4月3日趋于稳定[3]。

围护桩CX40位于双排桩支撑单元，设置双排围护桩，2排围护桩顶部分别设置冠梁，并通过在顶部设置桩顶横梁将2排围护桩连成一个整体。分析双排桩维护单元的测斜曲线：顶部由于冠梁的作用，侧移始终很小或为向基坑坑外偏移，底部由于桩身深入土中，侧移相对也较小，中部由于没有约束的作用侧移较大。由于设置了双排维护桩，CX40的整体侧移远远小于CX13，其侧移平均值约为单排桩+2道支撑单元中围护桩侧移的1/2，CX40测斜曲线的“鼓肚”现象不如CX13明显，说明双排桩支护结构刚度远大于单排桩+2道支撑支护，整体性比较好。

在基坑开挖初期双排桩的侧移曲线呈现出与单排桩相似的变化趋势，当开挖到一定深度时，维护桩变形达到一定值时，2排围护桩开始共同受力，此后变形表现为2排桩的协调变形，双排桩在整体呈现“鼓肚”变形的情况下，局部也有反方向的变形。双排桩的变形整体上与弯矩计算结果一致，局部有小幅波动，围护桩的测斜曲线并非是向一个方向凹凸，而是呈现波浪状，各个测点相对于上下的深度交替呈现为侧移较大或较小，需要更精确的计算软件准确计算双排桩的实际受力才能对其变形做出解释。由于双排桩的刚度较大，所以此后每个测量间隔桩身的侧移变化很小。双排桩的受力特性引起的实际变形情况也大大减小了支护结构侧移。

一方面采用双排桩支护由于其受力特性减小了基坑的侧移，另一方面由于基坑宽度较大，设置双排桩支护相对于设置支撑更加经济。因此，在停车场基坑平面尺寸较大的地方设置双排桩支护是合理的。

3.4支护结构受力分析

由单排桩+2道支撑单元中的G04，G11，G15钢筋计的监测结果，由于顶部设置了第一道混凝土支撑，因此刚开挖的阶段，支护桩钢筋的内力几乎为0。随着开挖深度的增加，内力逐渐增大，设置了第二道钢支撑之后，支护桩钢筋的内力减小，继续开挖内力又呈增大趋势，直至开挖到设计深度趋于稳定[4-5]，见图4。

图4　G04，G11，G15钢筋内力

双排桩支护单元中G25钢筋计的检测结果见图5，2排桩钢筋内力开挖深度不大时基本相同，当开挖深度较大时，二者的内力差别也开始变大，但二者平均内力呈增大趋势。

图5　G25钢筋内力

3.5水平支撑轴力分析

5月5日设置钢支撑开始，钢支撑的轴力随着开挖深度的增加逐渐增加到最大值约120kN，当开挖达到设计深度时轴力达到最大值，6月26日开始浇筑底板，钢支撑轴力减小到40kN左右，直至7月3日钢支撑拆除。钢支撑的轴力并非是单调增加的，而是反复变化的，这是由于施工和环境因素的影响[6]。

4　结论

(1) 基坑各主要监测结果均为超过一级基坑的控制值，因此该基坑的施工过程是安全的。

(2) 当采用双排桩支护时，冠梁的水平位移较大，向基坑内部偏移；采用单排桩+2道支撑支护时，冠梁的水平位移则较小或者向基坑外部偏移。

(3) 基坑中双排桩支护和单排桩+2道支撑支护2种支护情况相比，前者的桩身水平位移大约是后者的1/2倍。当设置支撑时，桩身水平位移和桩身内力都与工况密切相关。桩身内力随开挖深度的增加呈增大趋势。当基坑平面尺寸较大时，双排桩一方面由于其受力特性，减小了基坑的侧移，另一方面由于基坑宽度较大，设置双排桩支护相对于设置支撑更加经济，因此这种情况下设置双排桩支护更加合理。

(4) 围护结构的钢筋应力和钢支撑的轴力均在警戒值内，表明现有的围护结构是安全可靠的,而且有一定的安全储备,也说明了围护结构设计及施工监测方案设计是合理可行的。

参考文献

[1]刘俊伟,汤洪霞,皮景坤,等.某地铁车站深基坑施工监测分析[J].工业建筑,2014,44(8):121-125.

[2]魏然.地铁车站深基坑开挖围护结构变形监测数据分析与数值模拟[D].石家庄：石家庄铁道大学,2014.

[3]谢朝果.武汉中山公园地铁站深基坑围护结构变形现场监测与数值模拟[D].武汉：武汉理工大学,2011.

[4]高峰.地铁站连续墙支护结构受力性能分析与基坑施工过程模拟[D].成都：西南交通大学,2006.

[5]刘杰,姚海林,任建喜.地铁车站基坑围护结构变形监测与数值模拟[J].岩土力学,2010,31(2)：22-29.

[6]陈泽昌.成都地铁2号线站东广场站基坑监测及位移反分析[D].成都：西南交通大学,2011.

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