浅议城市地铁车站基坑变形监测

文/侯斌 广州亚奥建设工程咨询有限公司 广东广州 511400

1、工程案例

某地铁施工项目处在砂卵石地层中，在建设过程中主要采用了明挖施工技术，而维护结构则统一采用了规格为1000mm＊1800mm 的钻孔灌注桩加钢板的支撑。另外，根据工程设计图纸要求，整个基坑开挖长度为325m、。标准段宽为25m、基坑深度为20m。同时，在基坑场区周围，还设置了人工堆积层以及全新的冲积层。并且站主体的基坑结构底板设置在黏土层中。

2、地铁车站基坑变形特点

2.1 砂卵石地层变形特点

由于该地铁基坑开挖施工主要处在砂卵石地层中，在施工过程中，若相应的施工支撑设置与砂卵石受力分布变化之间存在较大的差异，则必定会导致维护桩产生上大下小的变形现象，严重时，甚至还会发展成中间突出的桩基础。

2.2 基坑开挖期间的变形特点

在基坑开挖过程中，维护桩施工后地表的沉降问题时有发生，究其原因，主要是维护桩的水平位移而导致桩体周边土体水平位移情况加剧所致。而桩体周边地表沉降的分布形式主要包括三角形分布形式和地表抛物线分布形式。其中，前者沉降分布形式是指当基坑开挖施工处在软土层且维护桩嵌固深度不稳定的情况下时，桩底会产生较明显的水平位移情况，进而使得桩体周边较近地表出现一定程度的沉降问题。而后者沉降分布形式则是指当基坑开挖施工处在围护桩嵌固深度较大且桩体根部深入刚度较大的地层中时，则一般会在与基坑存有一定距离的周边土体发生地表沉降问题。据相关实践证明，砂卵石地层的基坑开挖工程中，基坑周边地表沉降分布形式主要是以抛物线分布形式为主。

3、地铁车站基坑变形监测内容

3.1 监测对象与项目建设要求的明确

在案例工程中，其在施工期间所确立的监测对象主要包括基坑周围的地表以及主体基坑。其中，基坑周围地表监测是指对基坑周围地表的沉降程度进行严格的监督和分析；而主体基坑监测则是指对基坑的整体施工质量进行全面的观测，以便确保桩顶水平位移、桩体水平位移以及支撑轴力等都能符合相应的工程设计标准。

3.2 监测范围并布点的确立

根据地表沉降监测项目的要求，需要沿着基坑开挖线向外1 倍的基坑开挖深度的距离确定基坑开挖影响的范围。考虑到基坑四周距离基坑边的位置，需要沿着基坑周边土体设置2 排沉降观测点，排距主要设置在5～8m，点距为20m 左右。在桩体顶部和中部均匀布置水平位移监测点。支撑轴力的监测范围需要根据支撑体系进行逐层的监测点布置。沿着明挖的基坑长边，设置合适的测点间距，将重点部位进行加密处理，在盾构井角支撑部位对应桩顶的水平位置，需要布设一个监测断面，且每个断面上的支撑轴力监测点是均匀布设的。

3.3 监测频率与周期

在监测过程中基坑周边环境常会出现地表沉降。基坑开挖期间、基坑开挖结束之后、稳定期都会存在不同程度的沉降。同时会存在水平位移和支撑轴力的变化，因此在整个过程当中都需要进行监测，原则上在基坑开挖及回填期间的监测频率不少于每天1 次，基坑回填完成后视具体情况而定。

4、监测结果

4.1 基坑中部桩体水平位移情况

对基坑中部桩体水平位监测点进行监测，能够将基坑中部在开挖期间存在的变形情况反映出来。该部位的首层支撑施工期间，维护桩顶部位的累计变形量高达5mm，而且首层的支撑架设置之后，仍然会持续向基坑内进行变形推进。主要原因是该部位的基坑边存在大量的堆载。如果继续向下开挖，二三层的钢支撑架设相对较为有效，维护桩的中下部的变形相对缓和，基坑开挖到基坑底板之后，桩体中累计变形值会稳定在5mm 左右，不会再持续增大。

4.2 基坑中部桩顶水平位移情况

要想确保基坑中部桩顶水平位移的监测质量，前提条件就是要确保位移观测点的合理设置，即在首层钢支撑架设之前来进行确定，这样就会在第一时间捕获到桩顶水平位移数据，进而将其与该阶段的变形值进行对比、分析，看两者是否相吻合。一般情况下，基坑中部桩顶的最大变形值应保持在5mm 范围内。但是受基坑持续开挖的影响，尽管其变形速度会相对降低，但变形值仍会逐步的增大。通常，在基坑开挖完毕后，其变形值都会达到10mm 左右。究其原因，主要是因为在基坑开挖过程中，土方开挖速度、首层支撑架设时间、轴力施加压力的分布情况等未达到相应的规范标准所致。因此，必须从这几个方面去采取有效措施进行处理，这样才能保证基坑开挖质量，尽量减少其变形。

4.3 支撑轴力的变化情况

从该工程的基坑总体情况来看，首层钢支撑实际施加预加力与相应的设计标准之间存有较大的差距，施工单位也未能及时调整，因而产生基坑开挖期间该部位的维护桩顶持续的变形。尤其是在首层支撑架设之后该部位的变形更为明显。

4.4 基坑中的地表沉降情况

首先，基坑开挖初期距离基坑边最近的测点沉降速度相对较快，在首层支撑架设之后，累计变形接近2mm，其它的测点表明沉降现象并不明显。在继续开挖之后，中部位置离基坑最近的测点会连续发生变形，基坑开挖施工结束之后，累计的变性值仍未超出4mm。其次，当首层支撑架架设完毕后，若是基坑开挖工作依然进行，则势必会导致桩后深层土体以及离基坑5m 左右的观测点出现水平偏移情况。而偏移的规律是按照先基坑一侧、后周围蔓延的顺序来进行，且在项目施工的第三层支撑架架设完毕后，才能保证基坑沉降监测点以及基坑周围5m 左右的其他两个测点也逐渐趋于稳定。经过研究分析表明，距离基坑较近的测点发生的沉降现象较为突出，而离基坑越远的位置沉降变形就越小。

结语：

基坑周边常存在堆载现象，且首层支撑预加力很难满足设计的要求，由此导致基坑开挖过程中的维护桩顶位置就会出现持续性的变形。相对来讲第二道和第三道的钢支撑架的作用较大。桩后深层土体也不会受到围护栏的影响而出现较大位置的水平位移，所以基坑开挖期间需要严格控制每层支撑的施工质量，避免基坑持续的变形影响工程质量。