北京某地铁车站基坑开挖监测及结果分析
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Beijing metro station monitoring and analysis of the foundation pit excavation results
Zou Lei 1 Zhu Longxu 2
(1. Changsha university of science and technology and transportation engineering college changsha 410076
2. Chongqing jiaotong university civil architecture chongqing 400074)
摘要:本文通过对北京某地铁车站二期基坑工程在明挖施工过程中进行地表及管线沉降、桩顶位移、钢支撑轴力等监测，并对监测得到的数据进行分析，阐明了采用钢支撑―桩支护体系的深基坑监测过程中支护结构变形和钢支撑轴力变化的一些特点和应注意的问题，对同类工程的设计及施工都有较好的参考价值。
关键词：基坑监测；地表及管线沉降；桩顶位移；桩移、钢支撑轴力
Abstract: this article through to Beijing a metro station in the second phase of foundation pit engineering construction process dig surface and settlement, the pipeline pile top displacement, steel strut axial forces monitoring, etc, and the monitoring data from analysis, illustrates the steel support-supporting system of pile of deep foundation pit supporting structure deformation monitoring process and steel strut axial forces change some of the features and problems should be paid attention to in the similar engineering design and construction have a good reference value.
Keywords: foundation excavation monitor; The surface subsidence and pipeline; Pile top displacement; Pile body position shift, steel strut axial forces
中图分类号：TV551.4文献标识码：A文章编号：
近年来，随着科技的进步、经济的发展以及城市轨道交通建设的需求，使得城市内存在大量的深基坑工程建设，这类工程的特点是：开挖深度大，施工空间狭小，而且周边常常紧邻重要建筑物、市政管线、道路等等。因此，在基坑的开挖施工过程中，对于此类深基坑支护工程的支护体系，需要有更加严格的要求，不但要保证施工过程中支护体系自身的稳定及安全，而且要严格控制支护体系的变形，保证对周边环境不造成破坏。所以，在基坑的开挖过程中，对支护结构、支撑轴力、基坑邻近建筑物、地下管线以及周围土体等在理论分析指导下进行有计划的监测，以此监测数据为依据，对基坑支护进行动态设计，是十分必要的。
1 工程概况
1.1 工程概况
本车站设计起止里程为YDK0+243.884～YDK0+518.484，车站包括A、B、C、D四个出入口：A出入口位于车站主体结构西北侧，D出入口位于车站主体结构西南侧，均采用明挖法施工；B、C出入口分别位于车站主体结构东北、东南侧，主要采用明挖法施工，出入口通道局部下穿电力管沟段采用暗挖法施工。拟建车站主体结构基础埋深约17m～18m，附属出入口基础埋深为10m左右。
车站出入口所在的路口四个象限中仅西北象限实现了规划，为居民小区，小区东围墙距离车站红线40m，在小区围墙和红线之间为绿地；其它象限均为空地，其中东北象限沿车站红线外侧为40m宽绿化带，内有高压走廊穿过，需加强保护。
1.2 岩土工程条件
拟建场区总体地层土质情况较好，地层表层主要为2~3m的人工填土，土质包括粘性土素填土、炉灰、垃圾及房碴土等，压缩性较高。其下为一薄层新近沉积层，再其下为一般第四纪冲洪积成因的粘性土、粉土、砂类土、碎石类土层的交互层，具有中~中低压缩性。
拟建车站主体结构基础埋深约17~18米，基底持力层主要为粉质粘土⑨层、粘土⑨1层、粉土⑨2层。附属出入口基础埋深为10米左右，基底持力层主要为粉质粘土⑤层、粉土⑤2层； 出入口基础埋深为11米左右，基底持力层主要为粉质粘土⑤层、粉土⑤2层。
2 监测方案
2.1 监测项目
监控量测的项目主要根据工程的重要及难易程度、监测目的、工程地质和水文地质、施工方法、工程周边环境等综合而定，主要由周围环境监测和支护结构变形监测两大部分组成。本车站的监测项目除考虑上述因素外，还要根据设计的要求而定，具体监测项目见表1，主要监测点的布置见图1。
2.2 监测周期和频率：
1）监测周期为降水施工前取得初始值（应对所有的监测项目进行连续两次独立的观测，取其平均值作为监测项目的初始值。针对共同的监测点，施工监测同第三方监测要在相同的时间段进行初始值测定），至施工完成后2个月且监测对象变形趋于稳定时停止观测。
2）监测频率分为两个部分：
基坑开挖过程中：基坑开挖深度H≤5m，1次/3天；基坑开挖深度5m
基坑开挖完成后：基坑开挖完成后1~7天，1次/天；基坑开挖完成后7~15天，1次/2天；基坑开挖完成后15~30天，1次/3天；基坑开挖完成30天以后，1次/周；基本稳定后，1次/月；出现情况异常时，增加监测频率。
表1 监测项目
类别 监测对象 监测项目 监测
精度
周边环境 道路及地表沉降 沉降 1.0mm
2000x2000电力管沟，为砼结构 沉降 1.0mm
Φ2000雨水沟，砼结构 沉降 1.0mm
Φ1800污水管沟，为砼结构 沉降 1.0mm
Φ400上水管，铸铁 沉降 1.0mm
围护结构体系 围护结构体系 桩（墙）顶水平位移 1.0mm
桩（墙）体变形 1.0mm
支撑轴力 ≤1/100
（F.S）
图1 基坑支护平面布置及监测布置图
3.1 桩顶水平位移
由图2，根据桩顶水平位移监测结果分析，随着基坑的开挖的深度增加，桩顶水平位移也随之增大；当基坑接近设计高程时，随着基坑的支护，桩顶位移变化趋于平稳；当基坑完成开挖后，桩顶水平位移基本不变。至监测周期完成，所有支护桩顶水平位移量均小于25mm。基坑角部的4个桩顶最终水平位移累计值同其余桩顶测点水平位移累计值均符合在基坑拐角处变形较小、基坑中部变形较大的一般规律。部分点由于施工过程中加撑不及时，随着周围土体压力加大，桩顶水平位移出现突变，及时采取施工措施后，桩顶位移又恢复正常变化，其位移时间曲线趋于平缓，说明基坑支护结构处于相对稳定状态；同时，也为施工钢支撑支护的安全性及加减力提供了依据。
3.2 桩体水平位移
车站围护桩桩身水平位移根据基坑开挖结束及钢支撑拆除的最后位移与初始位移进行对比，因为测点数量多，选取位移量较大的几个测点。支护桩桩体水平位移基本向基坑内方向发展，但钢支撑的施作对水平位移的发展起到了一定限制作用，且使其稍向基坑外回复。在基坑开挖过程中，围护桩的最大水平位移与开挖深度和时间关系密切，在开挖到一定深度而未架设钢支撑时，围护桩呈向坑内变形的前倾型曲线，桩顶水平位移最大。随着基坑的开挖和支撑的施加，围护桩变形曲线由前倾型逐渐向弓形变化，最大水平位移发生的部位也随之下降，基坑中部的水平位移发展最快，基坑底部桩身的水平位移影响较小。桩体水平位移最大值出现在距桩顶10m处，围护桩变形最大、最危险的地方不在桩顶而出现在基坑中部位置。
3.3 地表及管线沉降
从地表及管线沉降的历时曲线图（图3）可以看出，随着基坑的开挖的深度增加，地表和管线的沉降随之逐渐增大；当进行钢支撑支护后，地表和管线的沉降变化趋势明显变小；随着基坑封底，主体结构的逐步完成，沉降趋势随之平缓并逐渐达到稳定。
地表和管线的沉降很直观的能看出在基坑开挖过程中的变化情况，随着开挖的深度变化以及基坑支护沉降也随之变化，对于掌握基坑周边的土体变形情况和变化趋势，基坑的支护及基坑本身的安全起到重要作用。
图3地表及管线沉降曲线图
3.4地下水位变化分析
从地下水位的历时曲线图可以看出，基坑开挖初期，随着坑内降水的进行，各观测井的水位均不同程度的下降很快，随后逐渐趋于稳定。随着主体结构的完成，各孔水位变化量在-0.412～+0.336之间波动，在底板浇筑完成后各孔水位变化已基本稳定。
3.5 钢支撑轴力变化分析
从钢支撑轴力变化历时曲线图可以看出，随着基坑的开挖的深度增加，钢支撑轴力也随之增大；随着支护的时间，因基坑开挖引起的周围土体变形得以稳定，所以钢支撑轴力的变化趋势变得平缓。
4 结论
（1）基坑开挖初期围护桩体变形、钢支撑轴力以及地下水位变化速率都较为明显，随着开挖深度的增加，这一趋势开始减弱，当到达一定程度时趋于稳定。影响深基坑稳定性的因素包括工程环境、围护结构方案和施工组织设计等。
（2）基坑施工过程中每层土开挖完毕到施加该层钢支撑这段时间以及钢支撑拆除过程是最不利时期，为保证基坑稳定，应尽量减少基坑无支撑暴露的时间。
（3）整个开挖过程周围地表竖向沉降沿坑边水平方向呈曲线分布，距坑边一定距离的范围内沉降最大，随后沿远离坑壁方向逐渐减小，距离坑壁越远变化幅度越小，最终逐渐稳定，每开挖一步，坑后地表都有一定量沉降的增加，每步形成的沉降分布曲线形状相似。
（4）监控量测是保证深基坑施工安全的关键。合理的监测方案、准确的监测数据以及及时的信息反馈是施工决策和信息化施工的重要保障。
参考文献：
[1] 北京中铁瑞威工程检测有限责任公司．北京地铁八号线二期工程回龙观东大街站监测总结报告[R]．北京，2011．
[2] 刘健航，侯学渊．基坑工程手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．
[3] JGJ120―99建筑基坑支护技术规程[S]．北京：中国建筑工业出版社，1999．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。