苏州乐园站深基坑监测分析实例.pdf

苏州乐 园站深基坑监测分析实例 ： 陈树杰廖振宇 2 7 文章编号 ： 1 6 7 2 7 4 7 9 ( 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 2 7 0 4 苏 州乐 园站 深 基 坑 监 测分 析 实例 陈树杰 廖振 宇 ( 无锡市轨道交通发展有 限公 司， 江苏无锡2 1 4 0 4 3 ) A Pr a c t i c a l Ex a mp l e f o r M o n i t o r i n g a n d Ana l y s i s o n De e p Fo u n d a t i o n Pi t s a t Le y u a n S t a t i o n i n S u z h o u Ch e n S h u i i e Li a o Zh e n y u 摘要结合苏州乐园站深基坑支护结构的监测情况， 分析 了连续墙墙体水平位移、 墙 顶位移、 支 撑轴力、 建筑物沉降、 立柱隆沉及地下水位的变化情况， 以及相应的处理措施。 关键词 深 基坑 工程施 工监测 支护 结构信 息化 施 工 中 图分 类号 ： T U 4 7 3 文献标 识 码 ： B 由于城市的迅猛发展 ， 深基坑问题逐渐成 了设计 和施工的重要问题之一。为了确保基坑设计 、 施工的 可靠性 ， 除了在分析模型、 计 算方法 、 选用概率理论来 尽量拟合实际情况以外 ， 还必须进行现场 监测 。现场 监测作为确保基坑工程施工安全可靠进行的必要和有 效手段 ， 对于验证原设计方案 、 局部调整施工参数 以及 改进和提高设计水平等具有现实的指导意义。 1 工程 实例 苏州乐园路站标准段开挖深度为 1 5 92 1 2 1 i 1 ， 端头井开挖 深度 为 1 7 31 7 6 m， 采用 8 0 0厚 3 l 3 8 m深的地下 墙进行 围护 ； 换乘 节点基坑 开挖深度 2 3 2 m， 局 部最 大开挖 深度 2 5 0 m。 苏州乐园站位于苏州乐园大门东侧 ， 平行长江路 ， 其北端为金山路 ， 本站站位现址为苏州 乐园停车场。 基坑周边建筑物较少 ， 南端井西面为阳光大酒店 ， 换乘 段西面为天恩大酒店 ， 建筑物年代较新， 结构为框架结 构。周边管线大部分为电力 、 电信等软线 ， 其他为 自来 水管线 。其 中标准段末端靠 近天恩大酒店 ， 是本工程 最大 的风险 源 ， 也 是本工 程保 护 的重点 建筑 物 。 苏 州地 区多是 淤 泥质 黏 土 和 粉 质 黏 土 ， 属 于软 地 基， 墙体变化量比较大 ， 容易引起周边环境的变化。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 32 3 第一作者简介 ： 陈树杰 ( 1 9 7 5 一 ) ， 男 ， 1 9 9 8年毕业 丁 r 1 斟矿 业大学矿 井 建设 ， 工程师 一 2 监测数 据 基坑开挖和降水施工将不可避免地对周边环境带 来不利影响， 为此应加强对外 围环境及支护结构 的监 测 ， 及时了解施工中的动态变化情况以指导施工 ， 便于 及时采取相应措施。为确保基坑支护结构及周边建筑 物的安全 ， 在基坑开挖 、 支护及后续结构施工阶段进行 了以下项 目的监测 ： 基坑围护结构墙体水平位 移监测 ( 测斜 ) 、 墙顶位移监测 、 建筑物沉降监测 、 支撑轴力监 测 、 钢格构立柱的变形监测 、 坑外水位监测等。 为了清晰全面地分析监测数据 ， 将苏州乐园站分 为四个部分来介绍 ， 分别为南端井 、 标准段 、 换乘段 、 北 端井 。 2 1 墙 体水平位 移监 测 墙体水平位移监测变化 曲线如图 1 、 图 2 、 图 3 、 图 4所示 。 2 2 墙 顶位 移监 测 墙顶位移监测曲线如图 5 、 图6所示。 2 3建筑物沉降 建筑物沉降情况如图7、 表 1 、 表 2所示。 2 4 立 柱 沉 降 立柱沉降情况如图 8 、 表 3所示。 2 5 支撑 轴 力 由于支撑轴力布点的特殊性 ， 为 了方便清晰地看 铁道勘察 2 0 1 1年第 3 期 位移变化量 mm T l 一5 - 1 0 一 l 5 - 2 0 - 2 5 1 醛 图 1 南端井端头 位移变化量 ram 一1 O O l O 20 3 0 4 0 5 0 图 4北端头井 8 月2 5 日 9 月1 日 9 月1 0日 9 月1 5日 9 月2 0日 1 0 月 1 日 1 O 月 1 O 目 1 O 月2 5 日 l 1 月 2 6 日 l 2 月 1 1 日 日期 5 月1 6日 5 J q 2 0日 5 月2 5日 6 月4日 6 月 l 3 日 6 月2 3 日 7 月7 日 7 月3 1 日 8 月2 1 日 暑 血【j 漤 图 7 天恩大酒店房屋沉降 表 1 天恩大酒店房屋 沉降数据 宣 1 O 位移变化量 mm 2 7 I 2 ： 1 7： ： ： 2 2； ： ： 1 j 图2标准段 3 月 7 日 3 月 I 5日 3 月2 5日 4 月 1 日 4 月5日 4 月 1 0 日 4 月 l 5 日 4 月2 0 日 5 月l O 日 6 月2 3 日 堇 誊 苔 一 宝 一 = 日期 图 5北端井墙顶垂直位移 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 - 5 昌 邑 茁 jl； 暑 越 位移变化量 m m 1 O 0 1 O 2 0 3 O 4 0 5 0 图 3 换乘段 1 1 月2 5日 1 2 月1 日 1 2 月5 日 1 2 月l O日 1 2 月 l 5 日 1 2 月2 5 日 1 J q 1 5 日 2 月l 5 日 3 月5 日 3 月2 5日 4 月l O日 4 月2 0日 5 月5日 5 月2 5日 6 月2 5日 7 月2 5 日 8 月2 1 日 一 图 6 2 昌 罱 = 口 0 - 一 日期 北端井墙顶水平位移 日期 图 8 立柱沉降 表 2 最大累计变化量 5一l O 5- 20 5-3 0 6 1 O 6-2 0 6-3 0 71 0 7-21 73 1 81 4 8- 21 g 唧 皿 _【 皿 皿N 皿 N 皿 _【 缸N H 缸 皿 皿 皿 皿卜 皿_【 m 皿 N 皿 n 皿0 _【 删世 #嘴 苏州乐园站深基坑监测分析 实例 ： 陈树杰廖振宇 2 9 到轴力随基坑开挖的变化趋势 ， 选择有代表性 的轴力 计作为研究对象( 如图 9 、 图 1 0 、 图 1 1 、 图 l 2所示 ) 。 日期 图 9第一道支撑 l 2 ( ) 0 l O O O 8 0 0 暴6 0 0 4 0 0 2 o o 。 。 。 卜 卜 寸 日期 图 1 0第二道支撑 2 6坑 外 水位 坑外水位随时问变化趋势如图 l 3 、 表 4所示 。 日期 曼 点 蚕 导 荟 兰 暑 言 景 堇 一 图 1 3 坑 外水 位变化趋 势 表 4 坑外水位数据统计 iq i m l l一2 3 l 22 3 1 2 3 22 6 323 423 524 6 25 7 22 82l 3 监测数据的分析 综合分析墙体位移数据变化情况分析， 开挖第 四 层土时， 是基坑开挖的关键时期 ， 基坑越深， 周边土体 压力也随之增大 ， 而且速度很快 ， 墙体的最大土体压力 位置下移 ， 最大位移量出现在 1 21 6 m之间。底板浇 筑前 ， 第三道和第 四道支撑受力最大 ， 报警值在这个时 期极易出现 。因此 ， 浇筑底板的速度一定要快 ， 时间要 短 ， 禁止基坑开挖到底后长时间的闲置。一般情况下 ， 底板浇筑完成后 ， 整个基坑处于受力平衡状态 ， 基坑趋 近于稳 定 。 拆撑也是一个关键时期 ， 由于支撑 的拆除 ， 基坑由 原来的受力平衡状态转变成另一种状态 ， 致使墙体产 生再次变形 ， 而且拆除关键支撑墙体变化量 比较大， 一 般在 3 5 m m之间 ， 甚至达到 81 0 l l l m。 13期 图 1 1 第三道支撑 三 1 5 0 0 1 0 O 0 5 0 0 t -。 0-_ 等 可可可 E t 期 图 1 2第四道支撑 墙顶水平位移、 垂直位移变化趋势是一致的， 但是 引起二者变化的直接原 因不相同， 墙顶垂直位移 主要 是坑 内土体卸载坑底 隆起引起 ， 墙顶水平位移主要是 坑外主动土压力大于被动土压力 ， 坑外土体 向坑 内移 动所造成的。 天恩大酒店靠近标准段 ， 最近距离只有 3 m， 基坑 稍微变形就会引起天恩大酒店的变形。从监测数据和 建筑物变化趋势来分析， 由于基坑墙体变化 比较小 ， 靠 近天恩大酒 店 的墙体 水平 位 移 C X ， ， 最 大变 化量 在 2 0 m m左右， 且 比较平稳 ， 对建筑物的影响较小 。天恩 大酒店建筑物基础为桩基础 ， 结构为框架结构 ， 建筑物 年代较新 ， 总体沉降量比较理想 ， 其中最大累计沉降出 现在靠近基坑边的 J Z ( 2 9 8 mm) 。沉降规律与设计 相符 ， 靠近基坑的沉降量大， 整体 向基坑方向倾斜 ； 随 着基坑的开挖 ， 沉降速率不断增加 ， 底板浇筑完成后 ， 变形趋势开始收敛。 立柱变形主要是坑底隆起造成 的， 变化量要远远 大于连续墙墙顶变形。换乘段 由于开挖较深 ， 基坑面 积大 ， 立柱最大隆起量达到了 2 9 1 8 m m， 已经超过 了 报警值。监测报警后 ， 监测单位主动加密监测频率 ， 施 工单位和各上级主管部 门都非常重视 ， 采取了各种措 施 ， 比如加快施工进度 ， 抢浇底板 ， 降低承压水的水头 等等 ， 最终立柱稳定在 2 9 mm的位置。 从立柱变化趋势 ( 图 8 ) 可以看 出， 在基坑开始卸 载的时候 ， 隆起量变化速率很快 ， 开挖最后一层土时 ， 隆起量基本上达到了最大 ， 底板浇筑完成并凝固后 ， 变 化逐 步减 小 ， 直 至稳定 。 通过 支撑 数据 可 以分 析得 出 ： 支 护结 构 设计 中土体 的物 理力 学参 数选 择 不 当。 深基坑支护结构所承担的土压力大小直接影响其 安全度 ， 但 由于地质情况多变且十分复杂 ， 要精确地计 算土压力 目前还十分 困难 ， 至今仍在采用库伦公式或 朗肯公式。土体物理参数的选择是一个非常复杂的问 3 0 铁道勘察 2 0 1 1年第 3期 题， 尤其深基坑开挖后， 含水率 、 内摩擦角和黏聚力三 个参数是可变值 ， 很难准确计算 出支护结构的实际受 力 。在深基坑支护结构设计 中， 如果对地基土体的物 理力学参数取值不准 ， 将对设计的结果产生很大影响。 基坑土体的取样具有不完全性。 基坑开挖存在的空问效应考虑不周。 根据大量监测数据分析， 基坑周边向基坑内发生 的水平位移是 中间大两边小。深基坑边坡的失稳 ， 常 常 以长边 的居 中位置 发生 。这足 以说 明深基 坑开挖是 一 个空间问题。传统的深基坑支护结构的设计是按平 面应变问题处理的， 对一些细长条基坑来讲 ， 这种平面 应变假设是 比较符合实际的， 而对近似方形或长方形 深基坑则差别比较大。所 以， 在未进行空间问题处理 前而按平面应变假设设计时， 支护结构要适 当进行调 整， 以适应开挖空间效应的要求。 支护结构设计计算与实际受力不符。 工程实践证明， 有的支护结构按极限平衡理论设 计计算的安全系数 ， 从理论上讲是绝对安全的， 但有时 却发生破坏； 有的支护结构安全系数虽然比较小 ， 甚至 达不到规范的要求 ， 但在实际工程中却满足要求。 极限平衡理论是深基坑支护结构 的一种静态设 计 ， 而实际上开挖后的土体是一种动态平衡状态 ， 也是 一 个土体逐渐松弛的过程 ， 随着时间的增长 ， 土体强度 逐渐下降， 并产生一定的变形 ， 在设计中必须充分考虑 到这一点。 根据支撑轴力的监测数据反 映， 本工程土方开挖 初期 ， 由于开挖速度较快 ， 支撑轴力上升较大， 这也与 深层土体位移观测结果相对应。 由水位观测可以发现， 坑外水位基本上呈现下降 趋势。因坑内降水产生压力差 ， 通过连续墙的缝隙渗 入基坑 ， 导致坑外水位下 降。如果连续墙出现大的渗 漏 ， 坑外水位会出现急剧下 降( 例如 5 ) ， 当连续墙 渗漏点被封堵后 ， 坑外水位又会因为水源的补给而慢 慢恢复。坑 内水位和降水有直接关系， 只有坑内水位 降到设计位置才能顺利施工。对于多雨季节时出现的 地下水位上升 ， 应加大降水井抽水量 ， 延长抽水时问的 办降低地下水位， 并加大地下水位监测的频率， 确保施 工的顺利进行。除采取以上监测措施外 ， 每天应由工 程经验丰富的技术人员对基坑稳定作 肉眼观测 ， 主要 观察支护结构施工质量 、 围护体系渗水现象、 施工条件 的改变、 坑荷载的变化、 管道渗漏 、 降雨等情况对基坑 的影响。注意基坑周围的地面裂缝 、 维护结构和支撑 体系失常情况 ， 邻近建筑物的裂缝 、 局部管涌现象， 发 现隐患及 时处理 。 4 结束语 建筑基坑的开挖与支护结构是一个系统工程 ， 涉 及工程地质 、 水文地质 、 工程结构 、 建筑材料 、 施工工艺 和施工管理等多方面。它是集土力学、 水力学 、 材料才 学和结构力学等于一体 的综合性学科， 支护结构又是 由若干具有独立功能的体系组成 的整体。正因如此 ， 无论是结构设计还是施工组织都应当从整体功能出 发 ， 将各组成部分协调好 ， 才能确保它的安全可靠 、 经 济合理。 地铁软土深基坑工程施工监测随工程地质水文条 件变化 ， 在工程实践中仍处于经验及工程类比的阶段。 针对具体工程 ， 常常通过设计和实际相结合 的办法找 出相应的监测方法 ， 及时反馈信息， 指导基坑施工。通 过监测分析 ， 在设计软土深基坑时必须考虑各种不利 因素， 针对不同的地质条件 ， 采取不同的措施 ， 充分考 虑不同工况下基坑的变形及受力。在施工软土深基坑 时应严格按时空效应执行 ， 先撑后挖 ， 短开挖 、 快支撑、 速封闭、 勤量测 、 速反馈 ， 并且要充分熟悉地质资料， 动 态控制 ， 必要时可对警戒值进行调整。 参考文献 f 1 白迪谋 工程建筑物变形观测和变形分析 M 成都 ： 西南交通 大 学 ， 2 0 0 2 2 G B 5 0 4 9 7 -2 0 0 9 建筑基坑工程监测技术规范 s 3 王兆祥 铁道工程测量 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 0 4 谷川 ， 秦世伟 南京长江四桥南锚碇深基坑支护结构水平位移监 测 J 铁道勘察 ， 2 0 1 0 ( 2 ) 5 黄泽健 广州地铁五 号线某基坑土建施 工第三方水平位 移监测 J 铁道勘察， 2 0 0 9 ( 1 ) 6 张勇 ， 严 丽 沉降观测数据处理中基准的确定与精度的研究 J 铁道勘察， 2 0 0 9 ( 3 ) ( 上接 第 2 6页) 期轨道静态检测数据质量。一方面保证 了铺轨后钢轨 扣件节点处的几何状态能够满足绝对定位要求， 另一 方面减少了后期钢轨精调工作量 ， 从而为在短时间内 完成轨道几何状态精调施工并提供联调联试条件打下 了基 础 。 参考文献 j T B 1 0 6 0 1 2 O O 9 高速铁路工程测量规 范 s 2 铁建设 函 2 0 0 9 j 6 7 4号高速铁路无 砟轨道工程施工精调作业 指南 S 3 张正禄 ， 等 工程测量学 M 武汉 ： 武汉大学 出版社 ， 2 0 0 5 4 朱颖 客运专线无砟轨道铁路工程测量技术 M 北京 ： 中国铁 道 出版社， 2 0 0 9