黄土超深基坑施工动态监测技术及工程应用研究

【前言】黄土超深基坑施工动态监测技术及工程应用研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。西安市长乐中路与万寿北路交叉路口西侧西安市地铁一号线一期土建D1TJSG-13标段万寿路车站结构形式为地下四层内框架箱型结构岛式车站。车站长度为135.6m，车站主体标准段宽度20.9m，车站有效站台中心线里程为YDK26+002.00，有效车站中心线底板底埋深为26.960m，该处结...

摘要：基坑的监测数据则是基坑变形规律量化的一个最重要的指标，通过监测数据的采集和分析，以及基坑开挖过程数值模拟对监测数据的对比和预测，结合风险的危险源分析，可以较准确的判断出基坑可能发生危险的环节，及时规避灾害和不必要的损失。论文以西安市长乐中路与万寿北路交叉路口西侧西安市地铁一号线一期土建D1TJSG-13标段万寿路车站工程施工为背景，对万寿路车站基坑围护体系变形特性进行了现场监测，研究了基坑施工过程中围护体系的变形规律和受力特征，保证了万寿路深黄土基坑的稳定性，为以后同类工程的施工提供借鉴。

关键词：基坑工程黄土稳定性 监测

中图分类号： TV551.4文献标识码：A 文章编号：

引 言

地铁车站作为一种大型的、非常复杂的地下空间结构，其工程建设所处的环境条件十分复杂，施工安全影响因素非常多。这些因素的不确定性决定了地铁车站作为一个复杂的风险综合系统，其施工过程极具风险性。20世纪50年代以来，工程界逐步认识到大坝和上部结构的失事多是因地基失稳引起的，边坡工程、地下工程的事故也多是由岩土体失稳所致，于是稳定分析与监测工作逐步受到重视。70年代，对监测项目的确定、仪器选型、仪器布置、仪器埋设技术与观测方法、观测资料的整理分析等项目的研究工作逐步加深。80年代，随着监测设计和监测方法不断地改进，相继提出了一些考虑地质地貌条件、岩土体工程技术性质、工程布置、监测空间和时间连续性等的安全监测布置原则和方法。90年代，监测范围不断扩大，数据处理、资料分析、安全预报系统不断完善，安全监测为修改设计的依据、优化设计和可靠度评价不可缺少的手段。深基坑的风险预兆与基坑开挖过程中的变形规律密切相关，通过对变形规律的研究和分析，能及时找出基坑的风险源，从而对基坑施工过程进行有效的控制，避免事故的发生。而基坑的监测数据则是基坑变形规律量化的一个最重要的指标，通过监测数据的采集和分析，以及基坑开挖过程数值模拟对监测数据的对比和预测，结合风险的危险源分析，可以较准确的判断出基坑可能发生危险的环节，及时规避灾害和不必要的损失。

西安市长乐中路与万寿北路交叉路口西侧西安市地铁一号线一期土建D1TJSG-13标段万寿路车站结构形式为地下四层内框架箱型结构岛式车站。车站长度为135.6m，车站主体标准段宽度20.9m，车站有效站台中心线里程为YDK26+002.00，有效车站中心线底板底埋深为26.960m，该处结构高度为24.560m，覆土厚度2.40m，为当前我国在建的最深的黄土地区深基坑。论文对万寿路车站基坑围护体系变形特性进行了现场监测，研究了基坑施工过程中围护体系的变形规律和受力特征，为今后湿陷性黄土地区深基坑的设计、施工积累宝贵的经验。

1.万寿路车站基坑工程概况及监测

1.1车站基坑施工监测项目

西安地铁一号线万寿路车站位于长乐东路与万寿路的十字路口西出，车站主体横穿长乐东路，呈东西走向，周边是西安市交通繁忙地段，车流量大，建筑密集。万寿路车站是地下四层岛式车站，总长度为135.60m，有效站台中心里程为YDK26+002，有效站台中心轨面高程为399.588m。车站标准段宽21.00m，开挖深度为27.10m，盾构井段宽29.50m，开挖深度为28.20m。该车站基坑支护结构采用钻孔灌注桩+内支撑方案，其中地铁车站基坑标准段支护桩直径1200mm，桩心间距1600mm，嵌固深度为9m；基坑盾构井段支护桩直径1300mm，桩心间距1500mm，嵌固深度10m。基坑共设五道支撑和角撑，分别位于-1.2m、-6.7m、-11.7m、-17.7m、-24.2m，第一道支撑采用800×800mm混凝土支撑，其他各道采用直径600mm，壁厚16mm的钢管内支撑；盾构井段各道斜支撑水平间距2.5m，标准段第一道支撑水平间距6m，第二至第五道钢支撑水平间距3m。第二至第五道钢支撑施加的预加轴力分别是200KN、600KN、600KN、800KN。

表1. 监测频率

1.2 车站基坑施工监测目标控制值的确定

基坑开挖的过程采用监测值对基坑围护结构和周边环境的影响进行评估，目标控制值一般为施工安全警戒值，它以设计值或者设计者认为的最大限值为标准，一般可分为变化速率和变化值绝对量两种限制，并根据一定的安全系数得出相应的预警值，根据有关规范和设计文件、通用技术条件的要求本基坑监测控制基准如表2所示。

表2. 监测控制标准和预警值

2.车站基坑支护桩水平位移监测分析

本工程共设15个支护桩水平位移监测点，详见图1所示。为了准确清晰说明开挖过程中基坑支护结构水平位移的状态，本文选取ZT1、ZT15、ZT13、ZT12四个测点进行分析，基于南北和东西对称，此四点代表性明显，可以说明基坑整体情况。在支护桩水平位移变形中，基本上随着基坑的开挖持续变形，但变形的部位和变形速率的变化随开挖工况而不断变化，本变形分析侧重于整体评价基坑设计的安全性和基坑空间效应的影响，所以为了简化选取支护桩附近基坑开挖的6个工况水平位移数据进行分析，并对整个开挖过程支护桩个关键点的变形趋势进行了整理。

图1.基坑桩体测斜和地表沉降监测点示意图

2.1 基坑不同位置的支护桩水平变形随工况分析

图2给出了典型基坑不同位置支护桩随工况水平位移变形示意图，由图可知：随着基坑开挖的加深，各个桩身水平位移不断发展，各桩除了第一步开挖时呈现悬臂受力状态和桩顶位移最大外，随后各工况的曲线特征整体表现出桩顶和桩底两端变形小、中间变形大、最大水平位移发生的位置随开挖深度的增大而逐渐向下移动；施加支撑使支护桩变形曲线由前倾型转向弓形变化，基坑中下部的水平位移变形速率最大，桩底变形速率较小。支护桩水平位移最大处位从桩顶逐步稳定在桩身18m至20m处，当开挖深度接近24m时，各测点的实测水平位移出现位移速率突然增大的现象，分析是由于基坑内外的土面高差引起的加载作用，使基坑周围土体产生较大的塑性区，引起基坑变形的加速进行。因此可以把24m定为黄土地区超深基坑的深度界限。

比较四个测点实测结果，ZT1、ZT15、ZT13、ZT12水平位移最大值分别为11.5mm、6.5mm、12.8mm、14.3mm，结合所在测点位置，可见基坑作为深长型基坑存在明显的空间效应，特别是基坑拐角处位移较小，距离拐角处距离增加，长边效应愈加明显，根据基坑监测资料，标准段中部的水平位移最大，符合空间效应规律，盾构井段虽然开挖深度较大，但桩体水平位移较小，应该与该段的空间尺寸和相对更多的支撑体系有关。

（a）ZT1测点桩体（b）ZT15测点桩体

（c）ZT12测点桩体（d）ZT13测点桩体

图2. 基坑不同位置支护桩随工况水平位移变形示意图

通过对以上四个测点的支护桩体随工况水平变形发展分析，本监测深度为30m，“-”值代表向基坑内倾斜，“+”值代表向基坑外倾斜。在开挖基坑的第一阶段，由于混凝土支撑尚未形成支撑，支护桩呈现典型的悬臂桩变形特征，且因为开挖深度相当有限，支护桩水平变形很小，基坑的空间效应在各桩没有体现，整个支护结构处于绝对安全状态，随着混凝土支撑的施加和第二层土体的开挖，支护桩体得变形速率迅速加大，整个变形模式由前倾型开始转向弓形，工况2结束时开挖深度为7.3m，因为物资原因第二道钢支撑架设较晚，导致支护桩变形没有有效控制，位移最大点发生在基坑开挖面附近，工况3的土体性质良好，施工开挖用时普遍较短，加上第三道钢支撑的及时架设，虽然支护桩变形进一步增大并且位移最大点下沉，但范围不大，ZT1、ZT15、ZT13、ZT12最大变形增量分别为1.05mm、0.33mm、1.64mm、1.38mm，变形最大点下降2m或3m，应该与施工开挖的快速和钢支撑有效限制桩体变形双重因素有关，验证了基坑工程快挖快撑原理的合理性。施加预应力的钢支撑体系使支护结构发生内力重分布，桩体上部普遍出现了变形减小现象，应该与工况二支撑架设不及时变形过大有关。工况4桩身下部水平位移速率明显加大，特别是基坑开挖面附近，桩身上部因为支撑体系的作用变化较小，本工况开挖深度较大，第四道支撑和第三道支撑间有6m，同时期间降水较多，黄土含水量提高对基坑变形的影响也不容忽视。工况四期间ZT1、ZT15、ZT13、ZT12最大变形增量分别为2.38mm、1.25mm、2.24mm、3.03mm，变形最大点下降3m或5m，明显比工况3下降趋势明显。