地铁车站基坑围护结构监测方案设计

地铁车站基坑围护结构监测方案设计

1.随着我国城市建设的快速发展，城市轨道交通向空间结构的发展也是中国主要城市的发展趋势。目前，中国北京、上海、广州、香港、天津等城市的地铁已全面开放，武汉、苏州、郑州等许多城市的地铁也已开通。在地铁的建设中,不可避免的要产生地铁车站这一基坑工程。由于地铁车站一般都修建在商业文化中心以及人口和周围建筑较密集的地区,受施工场地的限制,地铁车站基坑的施工不能采取常规放坡开挖的方法。因此,对基坑围护结构的设计方法和施工技术展开研究对现代基坑工程的建设具有重要意义。而随着基坑工程规模的不断扩大,以及施工条件难度的逐渐增大,对围护结构设计的要求也逐渐提高,因此,如何控制围护结构的稳定性是一个十分重要的问题。本文对郑州市地铁一号线西三环站基坑围护结构的监测方案进行了设计,并通过现场监测的数据对围护结构在基坑开挖过程中的变形规律展开了研究,并根据研究的结构来评价该地铁车站基坑围护结构的稳定性和设计方案的合理性,并希望通过本文的研究为类似工程提供借鉴和一定的指导。2工程概况1.1站址环境西三环站位于西三环立交和建设西路十字交叉路口东北象限的绿地里,车站呈东西向布置,西接凯旋路站,东接秦岭路站。西三环立交桥西北、西南象限均为三、四层民房,东北象限为在建的金源城上城住宅小区,东南象限为柿园水厂家属院,站址西边为西三环立交、东边为电力厂区。本站共设3个通道4个出入口,四组八个风亭。1.2水文地质条件本区场地临近无河流通过,西约1km处有西流湖,湖底标高105.0m,湖水深1.0~1.5m,底部淤泥厚度1.5m左右,西流湖地表水体与地下水之间以垂直渗透补给为主。本区浅层含水层岩性以粉土、粉质粘土为主,属松散岩类孔隙潜水,地下水类型为潜水。勘察期间地下水位埋深15.1~15.6m,在勘探深度内,揭露的含水层为松散岩类孔隙潜水,含水层岩性以粉土、粉质粘土为主,该含水层属弱透水层,富水性较差,降深5m的单井涌水量<100m3/d。本场地地下水对混凝土结构没有腐蚀性,对钢筋混凝土结构中的钢筋有弱腐蚀性,同时对钢结构也有弱腐蚀性。由该地铁车站基坑的地质勘察报告可以看出,该场地地层主要以上更新世及其以前的土层为主,局部层位存在砂土,土层分布较为均一,根据规范要求本场地稳定性满足要求,适宜本工程建设。该工程各土层具体的物理力学性质见表1。表1地基土物理力学性质参数表层号岩土名称厚度含水量W天然密度ρ孔隙比e压缩模量Es粘聚力C内摩擦角φm%g/cm3MPakPa度1杂填土1.500102黄土状粉土17.42.120.778.8914.324.93粉土14.82.070.7910.8223.530.54粉土16.72.090.7911.3215.5028.905粉土19.62.210.739.8321.1026.306粉土22.12.020.6410.2515.1028.703围护结构设计方案本车站附属通道、风道标准段基坑深度10m左右,因通道、风道跨路口设置,通道受现场施工场地限制,没有放坡开挖的条件,故围护结构采用Ф800@1200mm的钻孔灌注桩联合钢管内支撑的工法,桩插入深度4~5m,桩间采用100mm厚网喷砼支护,桩顶设置钢筋混凝土冠梁,钻孔灌注桩和冠梁均采用C30混凝土,中间挡墙也采用C30混凝土。基坑竖向设2道钢管内支撑保持稳定,钢管支撑采用Ф609mm(壁厚14mm)的钢管,支撑水平间距一般为3.5~4m。基坑围护结构的剖面布置样图如图1所示。4监测方案图1基坑围护结构剖面布置图为了保证基坑的施工安全和周围环境的安全,需要对基坑施工全过程进行监测,以便及时掌握基坑开挖整个过程中围护结构的桩体位移、坑周地表的沉降以及钢支撑的轴力等的变化情况。并通过实际监测数据对施工质量进行反馈,以便及时对设计进行调整,从而实现信息化施工。根据该基坑周围地形地貌特点和周围建筑物分布情况,并结合本项目自身地质条件的基础上,根据规范要求和本项目设计技术要求主要对表2中的项目进行监测。各建材项目具体的监测点位布置如图2所示。表2监测项目与监测周期监测对象监测内容监测仪器监测周期允许值基坑开挖施工中3次/d,围护结构桩体位移测斜管、测斜仪≦0.4%H,且≦50mm开挖完成后1次/d坑周土体地表沉降水准仪1次/d≦0.3%H基坑开挖施工中3次/d,第一道撑≦386.8kN钢支撑支撑轴力轴力计开挖完成后1次/d第二道撑≦1172.4kN图2西三环站基坑监测点位布置图5监测结果分析本次监测是从基坑开挖开始实施的,截止该基坑工程主体结构施作完毕,已累计进行施工监测175d,整个基坑的关键施工阶段如表3所示,为了分析施工过程中该工程的稳定性,现选取部分监测数据进行分析。表3西三环站基坑关键施工阶段施工阶段累计施工天数施工主要内容11基坑开挖235施作第一道钢支撑384施作第二道钢支撑4100开挖至基坑底部,基坑土方开挖完成5110施作底板6140施作主体结构,折除第二道钢支撑7175施作主体结构,折除第一道钢支撑5.1桩体水平位移为了对各整个施工阶段围护结构的变形进行跟踪监测,在该基坑的四周共布设了6个测斜孔,本文仅选用南侧的测斜点CX2的监测资料进行分析,现将CX2的监测数据整体如图3所示。由图3可以看出:(1)在基坑刚开挖时,由于基坑土体的突然卸荷,坑周土体对围护桩的侧向挤压作用使基坑发生向内侧的变形,但是由于开挖深度较浅,桩体各点的水平位移都很小,桩体变形曲线呈前倾型。(2)随着基坑的继续开挖和第一道钢支撑的施作,桩体各点的侧向变形明显增大,并且在深度为5m处达到最大,最大值为4.31mm,而由于基坑开挖尚未结束,图3各关键施工阶段CX2处桩体水平位移曲线坑内土体能够对坑周土体的侧向挤压有一定的阻止作用,使桩体下部受开挖的影响较小,水平位移也还较小。另外,桩体变形曲线也由前倾型向弓形发展。(3)在施作第二道钢支撑后,桩体水平位移最大发生的位置明显下移,当达到深度为7~8m处达最大。另外,受第一道钢支撑和围护桩的协同作用,桩顶的水平位移变化很小,这说明通过施作钢支撑可以有效的减小基坑围护桩的侧向变形。(4)从基坑开挖完成到,折除第一道钢支撑的过程中,桩体不同深度处各点的水平位移发展较慢,这说明了钢支撑联合钻孔灌注桩的支护结构能有效的抵抗坑周土体对基坑的挤压作用,极大的提高了基坑的稳定性。也可以看出,桩体最大位移是发生在距桩顶8m处的位置,且最大位移为12.15mm,在设计范围之内。虽然这种支护结构有效的抵抗了围护桩的侧向变形,但是考虑到基坑受时空效应的影响,各点的水图4地表沉降量随时间变化曲线平位移仍在增大,因此,在基坑施工过程中,应尽量减小无支撑暴露的时间。5.2地表竖向沉降为了研究该基坑在开挖过程中引起的地表沉降变化情况,在基坑的南北两个方向共布置了4