深长基坑支护结构变形监测探究

深长基坑支护结构变形监测探究

摘要:在城市的深基坑工程中,控制基坑变形与支护结构的变形十分重要,明挖深长基坑往往采用地连墙或灌注桩+水平支撑进行支护,工程中通过对支护结构进行监测并反馈到工程中来控制变形。本文依托广州某国际机场北隧道K9+298~K9+498段明挖深长基坑工程,通过对现场监测数据的分析,包括桩顶水平位移、桩顶沉降以及桩体深层水平位移三个部分,总结了开挖过程中支护结构的变形规律,并针对现场可能出现的支护结构变形过大问题,提出相应的应对控制措施,确保了施工的安全顺利进行。

关键词:深长基坑;支护结构;变形;监测;控制措施

0引言

随着我国城市化进程加快,高层建筑、地铁工程、地下商场等需要深大基坑的工程项目增多,基坑工程向更深、更大、更复杂的方向发展。在市区进行公路隧道、地铁车站的施工,往往涉及到明挖深长基坑的施工,不仅要保证基坑本身的安全稳定,还要保护基坑周边的环境,对基坑支护结构的设计提出了相当大的挑战。当前的深长基坑往往采用地下连续墙或灌注桩+水平支撑相结合的支护形式,在城市深基坑工程中适用性较强,对这种支护形式的研究也较为完善。卢俊义等0对大量深基坑工程的现场监测数据进行了收集和整理,通过对比发现了支护结构和坑外土体变形的相互影响规律。徐中华等[2]同样基于大量工程实例,从统计角度探讨了地下连续墙的变形性状,并对基坑开挖导致的灌注桩变形特性进行了详细的研究。郭计军等0依托实际工程,对深基坑工程中常用的地下连续墙的施工要点进行了研究,进一步证实该支护方法在城市深基坑工程中的适用性。对支护结构进行监测可以有效反映基坑的变形与稳定性,确保基坑工程安全施工,是目前施工中最直接有效的控制措施。杨萌萌等0通过监测施工过程中支护结构变形,及时优化调整施工参数,确保了施工安全。张亚伦等0总结了基坑支护结构变形监测中的若干要点,依托工程进行了基坑支护结构变形监测的主要措施。本文依托广州某国际机场北隧道K9+298~K9+498段明挖深长基坑工程,对施工过程中支护结构的变形监测数据进行分析,提出相应控制措施,确保了施工安全如期进行。

1工程概况

1.1依托工程简介。广州某国际机场第二高速公路北段工程设置两座明挖隧道,机场北隧道全长3012m,里程范围K7+468~K10+480,其中暗埋段长2512m,里程范围K7+738~K10+250;机场南隧道全长1100m,里程范围K13+470~K14+570。机场北隧道K9+298~K9+498段明挖基坑工程位于机场北隧道南端,基坑宽40.4m,深14.2~15.2m,采用φ1.0@1.2m钻孔灌注桩+3道水平支撑进行支护,其中第一道为钢筋混凝土支撑,水平间距12.0m,第二、三道为钢管支撑,水平间距3.0m。支护结构参数如表1所示。基坑安全等级按一级考虑。

1.2工程地质条件。地质资料显示,场区属于粤中拗陷带,拟建线位基本上位于花县凹褶断束带的南端一带。花县凹褶断束,位于清远、三水、肇庆、广州一带,为晚古生代的拗陷带的一部分,多为第四系覆盖。场区未发现区域深大活动断裂,新构造运动不强烈,处于区域地质构造活动影响相对微弱即较稳定的地质环境。地勘资料显示,场区内出露的地层主要为第四系表土层素填土、杂填土层(Q4me层序号为①)、冲洪积层(Q4al+pl层序号为②)、残坡积层(Q4dl+el、Q4el层序号为③)以及石炭系石磴子组(Cs层序号为⑧)等地层组成。土质较软,下卧灰岩地层且溶洞略有发育。场区水文地质条件复杂,鱼塘、河网交错,地表水系发育。地下水主要由第四系冲洪积砂砾层中的孔隙潜水和基岩中的岩溶裂隙水组成,地下水含水量丰富,水位埋深一般在1~3m左右。

1.3现场监测内容。现场主要进行了桩顶水平位移、桩顶沉降、桩体深层水平位移、现场安全巡查等几项监测工作。具体监测内容见表2所示。

2监测结果分析

2.1桩顶水平位移监测结果分析。选取K9+298~K9+498段基坑开挖工程为研究对象,在所选标段的10个测点中,选择ZQS-83、ZQS-84、ZQS-85、ZQS-86和ZQS-87共5个测点的水平位移进行分析,桩顶水平位移随时间的变化曲线如图2所示。从基坑开挖起,桩顶均向基坑内侧发生变形,在开挖后51天左右桩顶水平位移发生明显增大,从施工进度中知道此时已施作第二道水平支撑,正在进行下一层的土方开挖,随着开挖深度的不断增加和水平支撑等支护结构的完成,桩顶的位移得到有效控制,最终稳定在22~24mm左右,小于桩顶水平位移报警值30mm,后续施工过程可继续进行,但仍需加强监控量测。

2.2桩顶沉降监测结果分析。桩顶沉降随时间变化监测结果如图3所示,在所选标段的10个测点中,抽取ZQC-83、ZQC-84、ZQC-85、ZQC-86和ZQC-87共5个测点的竖向位移进行分析。基坑刚开挖时部分测点桩顶产生了向上的位移,这可能是由于在施工过程中土体挤压使得支护桩发生微小的向上隆起现象,同样的在开挖后51天左右桩顶沉降发生明显增大,从施工进度中知道此时已施作第二道水平支撑,正在进行下一层的土方开挖,随着开挖深度的不断增加和水平支撑等支护结构的完成,桩顶的沉降得到有效控制,但由于人为测量、坑外堆载、土体固结未完全完成等因素的综合影响,沉降量并未保持绝对的稳定,最终沉降控制在11~13mm左右,小于桩顶沉降位移报警值30mm,后续施工过程可继续进行,但仍需加强监控量测

2.3桩体深层水平位移监测结果分析。根据前文监测点的布设情况,选取测点为ZQT-18的桩体深层水平位移监测结果进行分析,支护桩的深层水平位移随时间变化监测结果如图4所示。从施工进度得知,60天时基坑大约开挖至第二道水平支撑标高-5m处,90天时基坑大约开挖至第三道水平支撑标高-9m处,130天时基坑大约开挖至坑底(-13m)处。从图示可以看出桩体深层水平位移大致呈现“中间大,两头小”的抛物线,最大水平位移出现在坑底(-13m)处,随着开开挖深度的增加,桩体整体位移呈增大的趋势,顶部支撑和桩端的约束作用明显,桩体最大水平位移值为12.11mm,小于桩体深层水平位移报警值30mm,后续施工过程可继续进行,但仍需做好监控量测。

2.4变形控制措施。针对基坑支护结构变形,现场制定了一系列的控制措施:1)支护桩桩顶位移过大。及时停止开挖,检查支护桩左右侧荷载是否不平衡,检查支撑梁轴力及支撑梁变形,若支撑梁变形超限,回填基坑土平衡内外压力差,待变形稳定后,增加支撑梁密度。2)支护桩中间桩身变形过大。及时停止开挖,检查支护桩桩体质量、第二道支撑是否有松动、轴力是否超限,若出现支护桩桩体质量不合格,在支护桩平面位置外侧补打不少于出现问题的桩数+前后方向各2根桩搭接。若因第二道支撑松动或轴力超限,增加支撑梁密度。3)支护桩桩底变形过大。支护桩桩底变形多属于桩深不够,桩底出现反涌,回填基坑土平衡内外压力差,补打加深支护桩。此外,支护桩变形过大还可能是由于水平支撑数量不够或刚度不够,或者受到地下水影响,可加密水平支撑以减小单根支撑的轴力,采用井点降水法抽水,开挖过程中应先降后挖,随降随挖,确保工程的安全。

3结论

本文依托广州某国际机场北隧道K9+298~K9+498段明挖深长基坑工程,主要分析了施工过程中的支护桩桩体位移监测数据,并提出现场的支护桩变形控制措施,主要结论如下:(1)随着基坑开挖,桩顶均向基坑内侧发生变形,开挖后51天左右桩顶水平位移发生明显增大,最终稳定在22~24mm左右;桩顶沉降同样在开挖后51天左右发生明显增大,最终沉降控制在11~13mm左右;桩体深层水平位移大致呈现“中间大,两头小”的抛物线,最大水平位移出现在坑底处,最大水平位移值为12.11mm。(2)针对施工中可能出现的支护桩变形过大问题,应及时停止开挖,进行检查,适当增加支撑的数量与密度,施工中应先降后挖,随降随挖,确保工程安全。

作者:杨鹏 单位:核工业西南勘察设计研究院有限公司