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上海轨交16号线风井基坑施工监测与变形分析

作者:  发布:2015/7/7  浏览:
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摘 要:文章以上海轨交16号线风井基坑为研究对象,介绍了该风井基坑开挖施工涉及的关键工序。通过对地下连续墙墙顶沉降、测斜位移及立柱沉降的监测,探讨了基坑开挖施工过程对围护结构、支撑及立柱的影响,得出地表沉降随基坑开挖深度增加而增大,测斜位移与基坑深度呈抛物线形。

1  引言

在基坑变形控制设计中,变形预测分析是其中一项很重要的内容,由于基坑开挖工程的复杂性,现有理论不能同时考虑复杂地层、复杂环境、地下水变化等因素对变形的影响。现场实测变形数据是施工过程中各种影响结果的集中体现,分析研究现场监测数据成为人们认识基坑变形特性的有效途径。同时基坑工程具有明显的区域性和个性,上海地区软土具有明显的“含水量高、灵敏度高、压缩性高、密度低、强度低、渗透性低”等特性,对位于上海的基坑开挖的实施造成很大的影响。

2  工程概况

2.1  基坑概况

上海轨交16号线6标惠浦中间风井基坑位于浦东新区,周边环境复杂,基坑南侧为1幢8层中学教学楼,距离基坑30m;基坑东侧、北侧为行车道路,分别距离基坑20m和25m;基坑西侧是腰沟河,距离基坑15m。施工场地布置见图1。

图1 施工场地布置图

基坑平面尺寸为39m×22.5m,围护采用了厚1200mm的地下连续墙,地下连续墙深48m,基坑开挖深度为28m;坑内共设8道支撑,第一道为1000mm×800mm的钢筋混凝土支撑,第四道采用1000mm×1000mm钢筋混凝土支撑,第二、三、五、六、八道采用直径为609mm的钢管支撑,第七道钢管支撑为双榀,见图2。

平面图剖面图

图2 风井基坑围护支撑图

2.2  工程地质与水文条件

1)工程自地表向下2.7m为①填土层,填土以下1.7m为②粉质黏土层,粉质黏土以下2.3m为③砂质粉土层,该层土渗透系数较大;砂质粉土以下12.1m为淤泥质黏土,该层土为流塑状态。开挖面位于⑦粉质黏土层,各土层性质见表1。

表1 土层性质

2)拟建场地地下水类型有浅部土层的潜水和深部粉砂层的承压水。浅部地下水埋深一般为2m左右,承压水埋深为10m左右。

3  基坑施工

3.1  降水

  1)③砂质粉土层是主要的潜水含水层,⑤淤泥质黏土层为软弱土层,疏干降水重点考虑这2个土层。为避免疏干井揭穿承压含水层,设计疏干井井底距⑦粉质黏土层层顶3m左右。

  2)由于基坑围护深度为48m,插入含水层深度较大,围护对承压水有明显隔水作用,坑外降水对坑内影响较小,故只需在坑内将承压水水位降至基坑防突涌稳定时的水位值,即控制水位埋深约为29.3m。

  3)在基坑开挖前1个月进行疏干降水。承压井降水时,为了减少对周围环境的影响,遵循“按时、按需”的降水原则,根据观察井的水位数据及时调整承压井降水方案,当水位较高时,要不间断地进行降水,并且根据需要增加相邻承压井的降水强度,观察井水位较低时,可以适当地减少相邻降压井的降水强度,以最大限度减少对周围环境的影响。

3.2 开挖

基坑开挖采用明挖法分层分块、放坡、对称进行,严格遵循“时空效应”原理。

1)及时对地下连续墙有渗漏处进行堵漏处理;

2)开挖前,在基坑底部进行注浆加固,加固质量检测合格后方可进行开挖。

4施工监测

4.1监测内容

基坑开挖过程中,必须保证支护结构的稳定性,为了及时收集、反馈和分析周围环境及围护结构在施工中的变形信息,实现信息化施工,确保施工安全,确定了以下监测内容:

1)围护墙体在深度方向上的水平位移(测斜)监测;

2)支撑轴力监测;

3)基坑外地下水位监测;

4)支撑立柱隆沉监测;

5)周边建筑物沉降监测。

4.2  监测点布置

由于测点多,图3仅标出墙顶沉降、测斜、立柱(LZ1)监测点。Q代表地下连续墙墙顶沉降监测点,CX代表测斜监测点。

图3 基坑地表沉降、测斜监测点布置图

4.3  监测频率

基坑开挖是从2010年12月15日开始,至2011年4月15日结束。基坑监测频率根据基坑施工进程来安排。在开挖初期,由于开挖深度较浅,土体含水量较小,监测的周期为每天1次,开挖至5m以下时,监测周期为每天2次。

4.4  监测结果

1)图4为地下连续墙墙顶沉降曲线图。

图4 地下连续墙墙顶沉降曲线

从图4可以看出:基坑开挖初期,墙顶沉降处于逐渐增大的趋势,随着基坑开挖深度增大,墙顶沉降出现快速的反弹,由沉降变为上浮,在10d内上浮量达到6mm左右;随着承压井的抽水力度的加大,墙顶开始缓慢沉降,最终墙顶最大沉降达到8mm。

地下连续墙产生上浮的原因是:基坑开挖时段恰遇阴雨天,地下水水位上升。

2)图5为CX1测斜曲线图(CX2、CX3及CX4测斜曲线图形类似)。

图 5CX1不同时期变形图

从图5可以看出,测斜位移与基坑深度呈抛物线关系,位于地下连续墙顶部和端部的变形较小,位于地下连续墙墙中部水平位移变化明显。

(1)开挖至第一道圈梁位置时,CX1孔不同深度变化均较小,其中在24m深处水平位移是朝向基坑外侧,随着开挖深度的增大,各点位移值逐渐变大,并且都朝向基坑内侧。

(2)CX1、CX2、CX3及CX4最大水平位移都位于地下连续墙深度20m左右的位置,最大水平位移为58mm。

(3)在开挖至第二道圈梁时,变形量约为最大变形量的1/2。随着基坑开挖深度的不断增大,测斜变形量逐渐增大,变形速度越来越快。

根据设计规定,测斜孔观测值的报警值:日变化量为3mm,累积变化量为62mm。

3)图6为立柱沉降曲线图。

图6 立柱沉降曲线图

立柱沉降或回弹量过大会使支撑体系失稳,在影响立柱竖向位移的所有因素中,基坑隆起和竖向载荷是2个最主要的方面。随着基坑开挖的不断加深,立柱沉降逐渐增大,在2011年3月10日前后,立柱发生了向上的隆起,而在此期间,地下连续墙也发生了上浮。两者上浮幅度相当,时间节点也几乎相同,可以肯定,地下连续墙的上浮对立柱隆起产生一定的作用。

5结语

通过上海轨交16号线风井基坑开挖时对地下连续墙墙顶沉降、地下连续墙水平位移及立柱沉降的监测,可以得出以下结论:

1)深基坑开挖对围护结构变形有较大影响。开挖深度是影响地面沉降的重要因素,随着开挖深度的增大,基坑变形越大,变形速度越快。

2)围护结构水平变形是两头小、中间大的抛物线形。最大水平变形出现在围护结构深度的一半处。

3)围护结构在开挖过程中还会出现上浮的现象,该现象会影响钢支撑体系的稳定性,甚至会影响基坑的安全,要引起足够的重视。

作者:丁贞东

转自:《上海隧道》

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