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1、劣妻未 ) 户 一，l 】8I775 S 硕士学位论文 地铁车站深基坑围护结构稳定性预测方法研究 A S t u d yo nt h eD e f o r m a t i o n P r e d i c t i o nM e t h o df o rt h eD e e p F o u n d a t i o nS u p p o r t i n gS t r u c t u r eo fS u b w a yS t a t i o n 作者：武恒 指导教师：李兆平 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 ， j ) 。中华人民共和国行业标准建筑基坑支护技术规( J G J l 2 C 一9
2、9 ) 和中华人民共和国行业标准建筑基坑工程技术规范( Y 1 3 9 2 5 8 9 7 ) ) 等规范中， 作为基坑工程中必不可少的一项工作。 5 2 地铁车站基坑围护结构变形分析 2 1 工程概况 北京地铁1 5 号线香江北路车站位于北京市朝阳区香江北路与马泉营西路交叉 路口，采用明挖法施工，基坑东西长3 7 8 2 m 、车站结构南北跨度3 2 1 m ( 盾构始 发井段3 5 8 m ) ，基坑深度1 7 2 3 m 。基坑周围建筑稀少，无高层建筑物。附近道路 有香江北路( 路宽1 2 m ) 、马泉营路( 路宽1 2 m ) ，两条道路社会车流量不大。 2 1 1工程地质条件 基坑
3、开挖深度内基本以粉土，粉质粘土为主，局部夹粘土及细中砂层。工程 须穿越的地层特征自上而下依次见下表。 表2 1 地层特征一览表 地层代岩性名 密实度湿度含有物层底标高( m ) 分布情 号称况 含粉土、粘性 粉土填松散土、植物根、连续分 湿 土中密砖渣、石块、布 灰渣 3 4 2 6 “ - 3 5 2 1 松散 含灰渣，塑料 连续分 。杂填土稍湿袋、碎石、混 中密布 凝土块 湿很含云母，有机连续分 粉土中密 湿物、氧化铁布 粉质粘 含氧化铁、云 2 5 3 1 “ - - -透镜体 。母、少量有机 土 2 8 5 0分布 质 含云母，有机透镜体 ：粘土 物分布 粉质粘含云母、氧化1 7 1
4、2 连续分 土铁1 9 1 l布 6 地层代岩性名 密实度湿度含有物层底标高( m ) 分布情 号称 况 含云母、氧化透镜体 粘土 铁、有机物分布 含云母，有机透镜体 ：粉土密实很湿 物分布 中密含云母、氧化连续分 。细中砂饱和 密实铁布 粉质粘 含云母、氧化 连续分 铁、有机物， 土布 央粘土透镜体 含云母、有机 8 7 8 “ - 1 0 8 6 透镜体 ：粉土密实很湿 物分布 含云母、石英、 连续分 。细中砂密实饱和长石颗粒，夹 杂少量圆砾 布 含云母、石英、 氧化铁，个别连续分 ：粉细砂密实饱和 4 0 7 6 3 1 圆砾，夹粉质布 粘土薄层 粉质粘含云母、有机连续分 土物 布 一0
5、 9 3 3 0 5 透 粉中很含云母， ：镜体分 土密密实湿有机物、 布 中饱 含石英，连 一3 9 1 ，个别圆砾，夹续分布 粗砂 密、密实和一4 6 3 粉质粘土薄层 2 1 2水文地质条件 根据勘察报告，工程厂区内发现三层地下水，地下水类型分别为上层滞水 7 ( 一) 、潜水( 二) 、层间水( 三) 。拟建场地内的地下水详细情况见下表所示。 表2 2 地下水特征表 地下水性 水位水 水位水头水位 头观测时问主要含水层 质标高( m )来源 埋深( 1 1 1 ) 上层滞水 2 53 3 1 62 0 0 9 1 1 5 粉土层实测 ( 一) 潜水( 二) 1 1 42 4 2 62
6、0 0 9 1 1 5 粉土。层实测 层间水细中砂。层、粉土 1 5 61 8 8 62 0 0 9 1 1 5实测 ( 三) ：层、细中砂。层 需要注意的是，拟建场地在勘察深度范围内发现的三层地下水，水位均位于 设计基坑底标高以上。地下水处理措施是否得当对本工程基坑支护具有重要影响。 保证基坑开挖无水作业条件是基坑支护成功的关键因素。 2 2 支护方案及监测方案 2 2 1基坑支护方案 香江北路车站基坑l O m 深度以上放坡开挖，坡率l ：O 4 ，并采用8 道土钉支 护，下部7 2 3 m 采用8 0 0 1 2 0 0 钻孔灌注桩及预应力锚索。锚索的布置方法为水 平方向两桩一锚，间距2
7、 4 m ，竖向两排。上排预应力锚索在冠梁上施作，采用3 s 1 5 2 钢绞线，锚索自由段长8 m ，锚固段长1 9 m ；下排预应力锚索距上排间距4 m ，采用 3 s 1 5 2 钢绞线，锚索自由段长6 m ，锚固段长1 7 m ，自由段锚索入射角1 0 。下排 锚索与围护桩之间设置2 根1 3 2 b 钢梁，锚头加2 0 0 m m X2 0 0 m m X3 0 m m 钢垫板以承 担预应力荷载。锚索与基坑结构外皮之间留0 6 m 肥槽。围护桩间挂网喷混凝土， 钢筋网片为6 5 1 5 0 X1 5 0 m m 。实际围护剖面图见图2 1 。 2 2 2监测方案 图2 1 基坑围护结
8、构剖面图 为确保基坑施工安全，根据规范要求以及现场实际情况，在香江北路车站开展 了以下基坑监测项目：围护桩水平位移，锚索拉力，钢支撑轴力，钢筋笼钢筋应 力，土压力。 ( 1 ) 围护桩水平位移监测 9 1 测点布置 测点应沿基坑周边每间隔3 0 m 布置。重要部位( 如盾构井，工法变换部位等) 应适当加密。 2 监测仪器及精度 围护桩桩体水平位移采用J T M G 7 6 0 0 A 型测斜管和J T M 6 0 0 0 F 型测斜仪进行 监测。监测精度为0 0 2 m m 0 5 m 。 3 测斜管的埋设 测斜管埋设在桩体内，采用绑扎方法固定在钢筋笼上与其一起沉入孔中，确保 测斜管长度大于基
9、坑开挖深度。测斜管应在基坑开挖前2 , - 一4 周埋设完毕，在丌挖 前的3 - - 5 天内重复测量2 , - 一3 次，待判明测斜管已经处于稳定状态后，将其作为 初始值，开始正式监测工作。 4 监测频率 监测频率应根据基坑开挖随时调整，开挖期间不得低于1 次天，出现数据异 常时，应立即加密监测频率。基坑底板浇注完成后，可逐步放宽监测频率。 ( 2 ) 围护结构内力监测 本工程围护结构内力监测包括桩体钢筋内力、预应力锚索轴力、支撑轴力监测。 1 测点布置 根据规范要求，在特殊地质地段、周边存在高大建( 构) 筑物和基坑深度较大 时，应按设计要求进行锚索受力监测。本工程按照水平方向每3 0 m
10、 选取一根锚索 进行监测，监测锚索应尽量与监测桩( 桩体水平位移) 位于相应的位置。监测总 体数量为每1 0 0 根锚杆选取1 3 根。支撑轴力计每层布置2 个，预应力锚索拉力 计共布置1 0 个，钢筋应力计按图纸要求在主测断面布置，每组布置4 个。 2 监测仪器及精度 桩体内力监测仪器采用常州金土木工程仪器有限公司生产的3 T M V 1 0 0 0 型钢 筋应力计及金坛市土木工程仪器厂生产的Z X Y 一2 型数显频率接收仪，监测精度 0 1 k N 。 锚索轴力监测仪器采用J T M 1 8 0 0 型振弦式锚索计及Z X Y 一2 型数显频率接收 仪，精度0 1 k N 。 钢支撑轴力
11、监测采用J T M V 1 5 0 0 型轴力计及z X Y 一2 型数显频率接收仪，精度 0 1 k N 。 3 监测频率 监测时间为基坑施工全过程，1 次天。 ( 3 ) 土压力监测 l O 1 测点布置 布置土压力测点时，在立面上，可选择在支撑围檩处和两道围檩的中点，以及 水平位移最大处。在平面上，沿着基坑长短边的中点设置一个测点，如果基坑较 长，则沿长边每隔3 0 - - - 4 0 m 设置一个测点。本次基坑中，将土压力测点也布置在 监测桩桩身。 2 监测仪器及精度 采用J T M 一3 2 0 0 型振弦式土压力盒及Z x Y 一2 型数显频率接收仪，精度0 i k N 。 ( 4
12、 ) 地表沉降监测 测点布置原则：测点布置范围为基坑外一倍开挖深度，在工法变化的部位、 车站与区间结合部位、车站与附属结构结合部位等部位增设测点。详见监控量测 平面图和监控量测断面图。地表沉降监测仪器采用T O P C O ND L IO I C 电子水准仪， 监测精度0 0 1 m m 。 2 2 3监测控制标准 监测控制标准根据设计图纸确定，预警值取控制值的7 0 。具体如表2 3 所 示。 表2 3 监控量测控制标准及预警值 监测项目控制标准预警值 3 0 m m2 0 m m 地表沉降 3 m m d2 m m d 3 0 m m2 0 m m 桩顶水平位移 3 m m d2 m m
13、d 3 0 m m2 0 m m 桩体变形( 测斜) 3 m m d2 m m d 第一层1 0 2 5 k N第一层7 1 8 k N 支撑轴力第二层3 6 9 2 k N第二层2 5 8 4 l ( N 第三层3 5 9 2 k N第三层2 5 1 4 k N 当监测数据达到预警值时，加大监测频率并立即组织项目部技术人员及设计、 监理单位和建设单位，共同研究对策。 2 3 围护桩水平位移监测分析 通过本次工程实践，笔者认为，桩体水平位移监测与其它监测项目相比，具 有意义明确、形象直观、反应迅速的优势。因此，应着重分析围护桩水平位移监 测数据。 2 3 1误差分析 与全站仪，测微水平仪等精密
14、仪器相比，测斜仪的精度不是很高，测量误差主 要来源以下几个方面： 1 各种原因导致的测斜管安装不成功，包括十字槽未能对准，测斜管导轨破坏和 接头破坏等等。 2 测量人员在下放上提导线时深度控制标准的不同，以及错误操作和误读数。 3 仪器故障。 因此，当监测数据出现异常时，应立刻排查是否是以上原因导致，必要时重新 测量以对比，及时剔除错误数据。 2 3 2代表测点水平位移分析 车站一期计划布置桩体水平位移测点八个，如图2 2 ，其中N - 2 破损。D N 一1 ， D S 一1 位于盾构井始发段，其余位于车站标准段。下面挑选代表性测点S 一1 ，S 一2 的 监测数据进行分析。 图2 2 车站
15、一期桩体水平位移测点布置图 1 2 S - 1 ，S - 2 位于基坑南侧围护桩处，与北侧相比，基坑南侧场地为材料堆载处和 大型吊车集中占位处，因此，水平位移最大值与北侧相比也较大。本文就安全性 角度考虑，选择S - 1 ，S - 2 i 贝! J 点进行分析。 基坑土方计划分两层丌挖，开挖前施做第一层锚索，然后开挖第一层土方到冠 梁以下四米左右，施做第二道预应力锚索后再开挖土方至基坑底标高。然后施做 防水及主体结构，最终回填土方。 2 3 2 1S - 1 测点分析 开挖第一层土方时，S - l 、狈q 点水平变形最大值很快达到了9 0 6 m m 。但是由于现 场条件限制，在继续开挖第二层
16、土方前未能施做第二道预应力锚索，截至6 月4 号， 围护桩的水平变形最大值增加到1 4 3 9 r a m 。 由于南侧基坑排水沟渗漏，大量水渗入到基坑南坡土体中。导致自6 月5 号起水 平位移再次增加，补做的第二道预应力锚索也没能控制变形加剧。至6 月1 7 号，最 大值已达至l J l 7 1 8 r a m ，接近预警值2 0 r a m 。现场紧急施做防水布袋桩后，才遏制了进 一步的变形。 基坑底板浇注完成后，受底板强度影响，S 一1 测点出现回弹，最大位移值减小 到1 5 9 7 r a m 。变形随后仍有所增加，到6 月2 3 号最后一次测量，最大位移为1 7 2 8 r a m 。 从图2 3 中可以看出，S - 1 号桩的整体变化呈由上到下逐渐减小的形式。及最大 变形值出
