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摘要:在建武汉地铁二号线一期循礼门车站地质条件复杂多变,深基坑施工穿越运营中的轻轨一号线,地连墙距轻轨桥墩的最小距离为1.4m。为确保基坑施工安全,基坑采用深度为48～50.9m,入岩1.5m的地下连续墙。本文简要介绍了武汉某深基坑的围护设计、施工和监测方案,并对主要监测结果进行了详细分析,以期对今后相关或类似的工程施工提供参考或指导。
关键词:深基坑工程监测开挖施工
中图分类号:TU473.2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0094-02
随着地下工程及高层、超高层建筑的兴建,深基坑工程越来越多。深基坑监测不仅可以保证基坑支护和相邻建筑物的安全,验证支护结构设计,还可以指导基坑开挖和围护结构的信息化施工,为完善设计分析提供必要的依据。因此,要求对深基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻建筑物进行综合、系统监测,保障基坑与周边环境的安全和使用功能。
在建武汉市轨道交通二号线一期工程循礼门站轨道交通车站位于汉口解放大道与京汉大道之间的江汉路正下方,平行于江汉路布设。车站西端为解放大道及循礼门下穿地道,东端为京汉大道和已建成的轻轨一号线,本站为轨道交通二号线车站,与已建成的轻轨一号线江汉路站换乘。车站为标准地下两层车站,地下一层为站厅层;地下二层为站台层。站位北侧为武汉船舶工业公司用地,西侧为循礼门下穿通道,西南侧距离基坑7m(最近处4m)左右有地上3层、地下1层的大润发商场(基础类型为整体箱基),西北侧有30层武汉船舶工业公司大楼(基础类型为入岩桩基础),距离基坑约为53m,车站东北有28层世纪大厦大楼(基础类型为入岩桩基础),距离基坑约17m,站位基坑从1号线轻轨桥墩之间穿过,围护结构距离桥墩的最近距离北侧仅有1.25m,南侧为2.38m。武汉地铁二号线一期循礼门车站地质条件复杂多变,基坑周边环境复杂,施工安全是施工的关键问题之一。论文以该工程为背景,简要介绍了武汉某深基坑的围护设计、施工和监测方案,并对主要监测结果进行了详细分析。
1 工程概况
1.1 工程地点及内容
武汉市轨道交通二号线一期工程,起止点桩号为CK10+658.000～CK10+841.000,总长183m,站台为地下两层岛式站台,主体建筑面积为10191.1m2,出入口通道、风道(风亭)建筑面积为3272.2m2,车站总建筑面积约为13463.3m2。由于车站周边有距离基坑很近的大福源和世纪大厦等楼房,还有相对较远一点的船舶工业公司大楼等,特别是车站从1号线轻轨桥墩之间穿过,围护结构距离桥墩的最近距离北侧仅有1.25m,南侧为2.38m,根据周边这些复杂的环境情况,同时,依据地质水文报告描述,站址处地下水储量丰富,承压水头为2.7～4.5m,并与长江水利关系密切,经综合考虑,将地下连续墙穿透3-5、4-1、4-2等承压水层,插入基岩石1.5m左右,隔绝承压水,形成落底式帷幕,同时考虑到深厚砂层中超深连续墙接缝质量及止水效果,在每个接缝处施工3根品字形高压旋喷桩,以提高地连墙抗渗止水效果,同时由于大福源及循礼门地下通道等建构筑物离车站基坑较近,为防止槽段施工和基坑开挖后对其影响,在靠近以上建构筑物的连续墙外侧施做两排高压旋喷桩,以控制保护既有建构筑物的沉降和变形。
1.2 工程地质
拟建场区地势平坦,原始地貌属长江冲积一级阶地。根据钻探揭示及对地层成因、年代的分析,本站地层自上而下描述如下。
(1)1杂填土:以混凝土地坪、碎石、砖块等建筑垃圾与生活垃圾、工业废料为主的人工填土,局部底部为原湖、塘、沟、浜内人工堆积的淤泥,工程性能极差。层厚1.1～3.4m。该层主要分布于城区表层。1粘土层:褐色、褐黄色、灰褐色,有光泽反应,切面光滑,呈可塑～软塑状态,层厚3.4～6.3m,本次勘察区段均有分布。
(2)2粉质粘土层:褐色、褐黄色、灰褐色,呈可塑状态,局部呈软塑状。仅局部分布于粘土层顶部或底部,与粘土呈渐变关系,层厚0～1.9m。
(3)4淤泥质土层:深灰色,有臭味,有机质含量0.6～1.1%,多为软塑状,偶见螺壳碎片,稍有光泽反应,切面光滑,手摇有水析出,呈饱和状态。层厚1.2～3.5m。4粉质粘土、粉土、粉砂互层:灰～灰褐色,粉质粘土呈软～可塑状,粉土、粉砂呈松散～稍密状。各层单层厚度一般约0.3～0.5m。该层在桩号AK10+300～AK11+000段粉细砂单层厚度增加至1m左右。粉质粘土、粉土与粉砂互层是上部粘性土层与下部砂土层之间的过度层,强度较低。该层在本区段均有分布,层厚7.0～13.6m。
(4)1粉砂层:与粉细砂呈渐变关系,无明显界线,层厚2.0～3.9m,零星分布。
(5)2粉细砂层:灰～青灰色,含有机质及云母,呈饱和、中密状态,下段局部呈密实状态。该层下部夹一层分布稳定的粉质粘土层(4-2a),局部偶夹透镜状粉质粘土或含砾中粗砂,一般厚约1.0m,最大可达4.2m。粉细砂层空间分布较连续,一般总厚度24.0～28.0m,埋深约在16.1～46.0m间。
(6)3中粗砂层:杂灰色,含云母,饱水,呈中密～密实状态。局部为含少量砾卵石,砾卵石粒径0.5～10cm不等,含量约5～10%,一般呈次圆状～次棱角状,成分多为石英岩。分布较稳定,厚度1.3～6.8m,埋深约在43.7～51.3m间。
(7)砾卵石:砾卵石粒径2～10cm不等,最大达15cm,呈次圆状～次棱角状,成分多为石英岩。砾卵石间充填粗砂,密实状。主要分布在桩号AK10+650～AK11+000段,分布不连续,厚度0～5.2m,埋深在46m以下,局部与含砾中粗砂成渐变关系。
1.3 水文地质
场地地下水有上层滞水和层间承压水两种类型。上层滞水主要赋存于人工填土层中,接受大气降水及地表散水的渗透补给,地下水位不连续,埋深为1.9～2.3m。承压水主要赋存于第四系全新统冲积粉细砂、中粗砂砾石层中,含水层上部为微弱透水的粘性土,顶板埋深5.7～9.2m,含水层厚度一般35～42m,承压水头3.6～4.8m。
2 深基坑监测方案及分析
2.1 监测方案
为了确保该基坑工程在基坑土方开挖期间,准确地反映围护结构和周边建筑物变形、围护结构的应力大小及发展变化情况,确保基坑及周边建筑物的安全。根据相关规范及设计要求,结合周边环境的情况和已有的工程经验,本基坑工程监测项目和仪器如表1所示。
2.2 监测成果资料整理和分析
根据监测方案要求,按计划及时完成了各项目监测点的埋设工作,并在基坑开挖之前测出了合理的初始值,并随着施工的进行及时有效地对个监测点进行监测和数据的整理分析工作。各监测结果分析如下。
2.2.1 墙体变形监测
地下连续墙作为基坑支护中的重要部分,一方面在基坑开挖时约束了土体的变形,另一方面,对于地下水有一定的防渗作用,由于地铁车站地下连续墙属于较早完成的支护结构,从图1可以看出,地下连续墙在基坑开挖初期位移较小,随着土体不断向深层开挖,其位移也逐渐增大,同时土体埋深越大其变化就相对较小,这与土体开挖时的受力和该层土体性质有关。所以当基坑开挖越深,上方墙体的位移也变化越大,但随着开挖完成及相应的支撑的抑制作用,墙体最终会达到稳定状态。
2.2.2 钢支撑轴力变化规律分析
本工程的支撑有两种,第一道为钢筋混凝土支撑,余下几道采用的是钢支撑。钢筋混凝土支撑的轴力利用振弦式钢筋计测出其中的钢筋应力经过换算而得的,而钢支撑轴力的量测是采用轴力计。从分析结果表明,基坑在每层开挖完成以及支撑拆除的两个阶段,相应位置的支撑轴力波动较大,对基坑稳定性的影响较大,故需采取相应的措施,如在相应时段对支撑施加预加力。相关轴力计部分测点变化趋势如图2所示,图中3-28#测点安装时间较短,变化起伏较大,而其它支撑测点已处于稳定阶段。
3 结语
通过本典型深基坑工程的监测工作的实施,合理地指导了施工,并有效地保护了基坑围护结构和周边环境的安全,并得出以下结论。
(1)在基坑开挖初期阶段,钢支撑轴力增长迅速,随着土体开挖完成,钢支撑的轴力将趋于稳定。相对混凝土支撑来说,在开挖初期,钢筋混凝土支撑的轴力呈二次曲线增长,待其增长到一定阶段,轴力就趋于稳定。
(2)钢支撑在基坑开挖阶段,对于土体变形及整个基坑的稳定起到了显著作用,减缓了开挖后土体向墙内的移动。值得注意的是在钢支撑周围土体开挖及拆除支撑这两个阶段,钢支撑变化明显,且呈波动型变化,该状态对于基坑的稳定性影响较大,需要做出相应的预防措施,尽量避免开挖时土体处于无支撑状态。
(3)地下连续墙位移在开挖初期,墙体的水平位移会随基坑开挖深度的增加而增大,但整体变化不大,随着基坑开挖的深度不断增大,地下连续墙水平位移也相应增大,而且地下连续墙的水平位移也随墙体埋深的增加呈递减变化趋势,即墙体埋深越大其水平位移越小。
深基坑工程是一个非常复杂的系统工程,在施工过程中应加强监测,并把监测数据及时进行科学的整理分析和反馈,用以指导施工,最终确保基坑和周边环境的安全。
参考文献
[1] 赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2] 陈鸿.支撑预加轴力情况下墙体先期位移的修正[J].地下工程与隧道,1997,4:33～34.
[3] 应宏伟,等.软土深基坑开挖的有限元分析[J].建筑结构学报,1999(8):20～4
[4] 华东水利学院土力学教研室编.土工原理与计算(上册)[M].北京:水利水电出版社,1980,6.
[5] 吴兴龙,朱碧堂.深基坑开挖坑周土体变形时空效应初探[J].土工基础,1999(9):5～8.
[6] 郭建强,龚鸿翔,等.地铁车站深基坑施工对邻近建筑物影响的控制[J].建筑科学,2008(9):5～8.
[7] 刘建航,候学渊．基坑工程手册[M]．北京:中国建筑工业出版社,1997
[8] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社,1998.
关键词:深基坑工程监测开挖施工
中图分类号:TU473.2 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(a)-0094-02
随着地下工程及高层、超高层建筑的兴建,深基坑工程越来越多。深基坑监测不仅可以保证基坑支护和相邻建筑物的安全,验证支护结构设计,还可以指导基坑开挖和围护结构的信息化施工,为完善设计分析提供必要的依据。因此,要求对深基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻建筑物进行综合、系统监测,保障基坑与周边环境的安全和使用功能。
在建武汉市轨道交通二号线一期工程循礼门站轨道交通车站位于汉口解放大道与京汉大道之间的江汉路正下方,平行于江汉路布设。车站西端为解放大道及循礼门下穿地道,东端为京汉大道和已建成的轻轨一号线,本站为轨道交通二号线车站,与已建成的轻轨一号线江汉路站换乘。车站为标准地下两层车站,地下一层为站厅层;地下二层为站台层。站位北侧为武汉船舶工业公司用地,西侧为循礼门下穿通道,西南侧距离基坑7m(最近处4m)左右有地上3层、地下1层的大润发商场(基础类型为整体箱基),西北侧有30层武汉船舶工业公司大楼(基础类型为入岩桩基础),距离基坑约为53m,车站东北有28层世纪大厦大楼(基础类型为入岩桩基础),距离基坑约17m,站位基坑从1号线轻轨桥墩之间穿过,围护结构距离桥墩的最近距离北侧仅有1.25m,南侧为2.38m。武汉地铁二号线一期循礼门车站地质条件复杂多变,基坑周边环境复杂,施工安全是施工的关键问题之一。论文以该工程为背景,简要介绍了武汉某深基坑的围护设计、施工和监测方案,并对主要监测结果进行了详细分析。
1 工程概况
1.1 工程地点及内容
武汉市轨道交通二号线一期工程,起止点桩号为CK10+658.000～CK10+841.000,总长183m,站台为地下两层岛式站台,主体建筑面积为10191.1m2,出入口通道、风道(风亭)建筑面积为3272.2m2,车站总建筑面积约为13463.3m2。由于车站周边有距离基坑很近的大福源和世纪大厦等楼房,还有相对较远一点的船舶工业公司大楼等,特别是车站从1号线轻轨桥墩之间穿过,围护结构距离桥墩的最近距离北侧仅有1.25m,南侧为2.38m,根据周边这些复杂的环境情况,同时,依据地质水文报告描述,站址处地下水储量丰富,承压水头为2.7～4.5m,并与长江水利关系密切,经综合考虑,将地下连续墙穿透3-5、4-1、4-2等承压水层,插入基岩石1.5m左右,隔绝承压水,形成落底式帷幕,同时考虑到深厚砂层中超深连续墙接缝质量及止水效果,在每个接缝处施工3根品字形高压旋喷桩,以提高地连墙抗渗止水效果,同时由于大福源及循礼门地下通道等建构筑物离车站基坑较近,为防止槽段施工和基坑开挖后对其影响,在靠近以上建构筑物的连续墙外侧施做两排高压旋喷桩,以控制保护既有建构筑物的沉降和变形。
1.2 工程地质
拟建场区地势平坦,原始地貌属长江冲积一级阶地。根据钻探揭示及对地层成因、年代的分析,本站地层自上而下描述如下。
(1)1杂填土:以混凝土地坪、碎石、砖块等建筑垃圾与生活垃圾、工业废料为主的人工填土,局部底部为原湖、塘、沟、浜内人工堆积的淤泥,工程性能极差。层厚1.1～3.4m。该层主要分布于城区表层。1粘土层:褐色、褐黄色、灰褐色,有光泽反应,切面光滑,呈可塑～软塑状态,层厚3.4～6.3m,本次勘察区段均有分布。
(2)2粉质粘土层:褐色、褐黄色、灰褐色,呈可塑状态,局部呈软塑状。仅局部分布于粘土层顶部或底部,与粘土呈渐变关系,层厚0～1.9m。
(3)4淤泥质土层:深灰色,有臭味,有机质含量0.6～1.1%,多为软塑状,偶见螺壳碎片,稍有光泽反应,切面光滑,手摇有水析出,呈饱和状态。层厚1.2～3.5m。4粉质粘土、粉土、粉砂互层:灰～灰褐色,粉质粘土呈软～可塑状,粉土、粉砂呈松散～稍密状。各层单层厚度一般约0.3～0.5m。该层在桩号AK10+300～AK11+000段粉细砂单层厚度增加至1m左右。粉质粘土、粉土与粉砂互层是上部粘性土层与下部砂土层之间的过度层,强度较低。该层在本区段均有分布,层厚7.0～13.6m。
(4)1粉砂层:与粉细砂呈渐变关系,无明显界线,层厚2.0～3.9m,零星分布。
(5)2粉细砂层:灰～青灰色,含有机质及云母,呈饱和、中密状态,下段局部呈密实状态。该层下部夹一层分布稳定的粉质粘土层(4-2a),局部偶夹透镜状粉质粘土或含砾中粗砂,一般厚约1.0m,最大可达4.2m。粉细砂层空间分布较连续,一般总厚度24.0～28.0m,埋深约在16.1～46.0m间。
(6)3中粗砂层:杂灰色,含云母,饱水,呈中密～密实状态。局部为含少量砾卵石,砾卵石粒径0.5～10cm不等,含量约5～10%,一般呈次圆状～次棱角状,成分多为石英岩。分布较稳定,厚度1.3～6.8m,埋深约在43.7～51.3m间。
(7)砾卵石:砾卵石粒径2～10cm不等,最大达15cm,呈次圆状～次棱角状,成分多为石英岩。砾卵石间充填粗砂,密实状。主要分布在桩号AK10+650～AK11+000段,分布不连续,厚度0～5.2m,埋深在46m以下,局部与含砾中粗砂成渐变关系。
1.3 水文地质
场地地下水有上层滞水和层间承压水两种类型。上层滞水主要赋存于人工填土层中,接受大气降水及地表散水的渗透补给,地下水位不连续,埋深为1.9～2.3m。承压水主要赋存于第四系全新统冲积粉细砂、中粗砂砾石层中,含水层上部为微弱透水的粘性土,顶板埋深5.7～9.2m,含水层厚度一般35～42m,承压水头3.6～4.8m。
2 深基坑监测方案及分析
2.1 监测方案
为了确保该基坑工程在基坑土方开挖期间,准确地反映围护结构和周边建筑物变形、围护结构的应力大小及发展变化情况,确保基坑及周边建筑物的安全。根据相关规范及设计要求,结合周边环境的情况和已有的工程经验,本基坑工程监测项目和仪器如表1所示。
2.2 监测成果资料整理和分析
根据监测方案要求,按计划及时完成了各项目监测点的埋设工作,并在基坑开挖之前测出了合理的初始值,并随着施工的进行及时有效地对个监测点进行监测和数据的整理分析工作。各监测结果分析如下。
2.2.1 墙体变形监测
地下连续墙作为基坑支护中的重要部分,一方面在基坑开挖时约束了土体的变形,另一方面,对于地下水有一定的防渗作用,由于地铁车站地下连续墙属于较早完成的支护结构,从图1可以看出,地下连续墙在基坑开挖初期位移较小,随着土体不断向深层开挖,其位移也逐渐增大,同时土体埋深越大其变化就相对较小,这与土体开挖时的受力和该层土体性质有关。所以当基坑开挖越深,上方墙体的位移也变化越大,但随着开挖完成及相应的支撑的抑制作用,墙体最终会达到稳定状态。
2.2.2 钢支撑轴力变化规律分析
本工程的支撑有两种,第一道为钢筋混凝土支撑,余下几道采用的是钢支撑。钢筋混凝土支撑的轴力利用振弦式钢筋计测出其中的钢筋应力经过换算而得的,而钢支撑轴力的量测是采用轴力计。从分析结果表明,基坑在每层开挖完成以及支撑拆除的两个阶段,相应位置的支撑轴力波动较大,对基坑稳定性的影响较大,故需采取相应的措施,如在相应时段对支撑施加预加力。相关轴力计部分测点变化趋势如图2所示,图中3-28#测点安装时间较短,变化起伏较大,而其它支撑测点已处于稳定阶段。
3 结语
通过本典型深基坑工程的监测工作的实施,合理地指导了施工,并有效地保护了基坑围护结构和周边环境的安全,并得出以下结论。
(1)在基坑开挖初期阶段,钢支撑轴力增长迅速,随着土体开挖完成,钢支撑的轴力将趋于稳定。相对混凝土支撑来说,在开挖初期,钢筋混凝土支撑的轴力呈二次曲线增长,待其增长到一定阶段,轴力就趋于稳定。
(2)钢支撑在基坑开挖阶段,对于土体变形及整个基坑的稳定起到了显著作用,减缓了开挖后土体向墙内的移动。值得注意的是在钢支撑周围土体开挖及拆除支撑这两个阶段,钢支撑变化明显,且呈波动型变化,该状态对于基坑的稳定性影响较大,需要做出相应的预防措施,尽量避免开挖时土体处于无支撑状态。
(3)地下连续墙位移在开挖初期,墙体的水平位移会随基坑开挖深度的增加而增大,但整体变化不大,随着基坑开挖的深度不断增大,地下连续墙水平位移也相应增大,而且地下连续墙的水平位移也随墙体埋深的增加呈递减变化趋势,即墙体埋深越大其水平位移越小。
深基坑工程是一个非常复杂的系统工程,在施工过程中应加强监测,并把监测数据及时进行科学的整理分析和反馈,用以指导施工,最终确保基坑和周边环境的安全。
参考文献
[1] 赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2] 陈鸿.支撑预加轴力情况下墙体先期位移的修正[J].地下工程与隧道,1997,4:33～34.
[3] 应宏伟,等.软土深基坑开挖的有限元分析[J].建筑结构学报,1999(8):20～4
[4] 华东水利学院土力学教研室编.土工原理与计算(上册)[M].北京:水利水电出版社,1980,6.
[5] 吴兴龙,朱碧堂.深基坑开挖坑周土体变形时空效应初探[J].土工基础,1999(9):5～8.
[6] 郭建强,龚鸿翔,等.地铁车站深基坑施工对邻近建筑物影响的控制[J].建筑科学,2008(9):5～8.
[7] 刘建航,候学渊．基坑工程手册[M]．北京:中国建筑工业出版社,1997
[8] 龚晓南.深基坑工程设计施工手册[M].中国建筑工业出版社,1998.