软土地区地铁车站深基坑开挖围护结构的变形原理

软土地区地铁车站深基坑开挖围护结构的变形原理摘要:通过对宁波软土地区深基坑施工过程监测数据的统计与分析并应用反演法,作者得出软土地区深基坑开挖过程中围护结构的变形特点和规律,并对控制深基坑变形提出了合理的建议及措施,对软土地区深基坑施工的变形及安全控制也具有重要意义。

关键词:软土深基坑地下连续墙变形动态平衡

Abstract:Based on the statistics and analysis of the data about the deep foundation construction process in soft soil in Ningbo and using the inversion way,the author concludes that the envelope construction’s deformation characteristics and regular.According to information,the article gives some important suggestions.These suggestions also are very meaningful to the deep foundation construction deformation in soft soil and control safely.

Key Words:Soft soil;Deep foundation;Diaphragm wall;Deformation;Dynamic equilibrium

深基坑施工在目前中国的基础设施建设中具有越来越重要作用,尤其是近几年各重要及经济发达城市中地铁交通线的大量修建,更加确定了对深基坑施工研究的重要性。由于软土地区的不良地质影响,深基坑施工难度加大,施工安全也受到严重影响,因此对沿海一带软土地区深基坑施工过程围护结构变形规律的研究就具有更加重要的理

论和现实意义。本文对宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-VII标地铁车站深基坑施工过程的监测数据及围护结构变形特点进行了详细的研究,并对其变形规律、原理及其控制措施加以探讨。

1 工程概况

宁波市轨道交通1号线一期工程TJ-Ⅶ标车站总长448m,包括海晏北路站及西延段,本文以海晏北路站西延段为主要研究对象。海晏北路站及西延段为1号线中间站,车站位于东部新城规划宁穿路下,沿宁穿路布置,呈东西走向。

1.1 工程地质条件

海晏北路站西延段场地第四纪地层发育,厚度大于70m,成因类型以海相沉积为主,总体特征为:(1)沉积物粗细韵律变化明显,总体趋势呈自老至新粒度变细,具多旋回性。(2)沉积物的沉积环境由陆相向海相过渡。中更新世早期以洪积为主,中更新世晚期～晚更新世早期以冲积、冲湖积为主,晚更新世晚期以海陆交互沉积为主,全新世则以海相沉积为主。车站基坑至上而下地层为:杂填土、粘土、淤泥质粘土、淤泥、淤泥质粘土、灰色粉砂土、粉质粘土夹粉砂、灰色粉质粘土。地下水由浅部土层中的潜水、砂土中的微承压水及深部砂土层中的承压水组成。

1.2 基坑围护结构设计概况

海晏北路站西延段车站基坑长180.80m,标准段基坑宽21.30m,西端盾构井宽25.76m。基坑标准段深约16.5m,西端头井基坑深度约18.74m,围护结构采用800mm厚地下连续墙,标准段设5道支撑加一道倒撑,西端盾构井段设6道支撑,第一道为800mm×800mm钢筋混凝土支撑,钢筋混凝土支撑水平方向平均9m间距布置;钢支撑水平方向间距2.8m～3.5m布置,标准段第四道钢支撑为双拼支撑。

1.3 基坑开挖前加固情况

西延段车站西端头井段基底采用三轴深层搅拌桩加固,标准段采用裙边加抽条加固(基坑周边裙边加固区宽度4m;每条加固区宽3m,两条加固区间距一般为9m,共计14条抽条加固区),三轴搅拌桩强加固范围为基底以下3m,弱加固区为基底以上范围,强加固区水泥掺量为20%,弱加固区水泥掺量为7%,水泥搅拌桩为密排桩。在三轴搅拌加固区裙边采用旋喷桩加固,强加固范围为基底以下3m,弱加固区为基底以上范围,强加固区水泥掺量为20%,弱加固区水泥掺量为7%。西端盾构井墙拐角处采用双重管高压旋喷桩加固,每个地连墙接缝处采用3根三重管高压旋喷桩止水,加固区水泥掺量为35%。

2 深基坑施工过程围护结构的变形规律及原理原理分析

2.1 围护结构的变形特点及规律

经过对宁波软土地区海晏北路站及西延段基坑施工的大量监测数据分析及过程控制总结得出以下几点围护结构的变形特点及规律(本文主要以西延段西端CX45和CX57号测斜孔为例)。

(1)基坑开挖前连续监测报告显示连续墙基本无变形。

(2)基坑开挖后(在开挖到第二层土后),钢支撑架设一道或两道,墙体变形最大量在开挖面以下4m左右,如图1所示。

(3)基坑开挖到基底时,连续墙日变化率最大。最大变形量发生在基底以下4m～5m,最大变形量一般为50mm左右。

(4)通过对整个施工过程中围护结构地下连续墙变化特点的研究,可以发现:围护结构的最大变形量一直发生在开挖面以下3m～5m,从开挖到结束的整个过程中,基坑一直处于动态平衡或动态趋近平衡过程中。地连墙变形量最大的地方应为围护结构受力(外部水土侧压力与基坑内支撑的支撑力)最不平衡的位置(或者说是内外受力偏差最大的地方)。

2.2 围护结构变形原理分析

(1)在基坑未开挖前地连墙基本没有变化,开挖后未架支撑前因为基坑内部没有与外部主动土压力(侧压)平衡的力,所以此时围护结构变形速率最大。经统计,在架设支撑后连续墙还会继续变形,只是速率会慢慢变小,或者偶尔出现反弹现象,直到内部支撑的支撑力与围护结

构外部水土侧压力达到或趋于平衡,这时的地连墙变形量最小,或在来回波动中趋于平衡,因为在施工过程中有很多因素(比如施工过程中的机械振动、坑外水位随气候的变化、基坑开挖的继续进行等)会导致这种平衡不能达到稳定或静态,所以这种平衡有时会来回的波动。

(2)随着基坑开挖的进行,坑内土体的卸载量越来越大,开挖面以下的土体的泄压速率和泄压量也会越来越大,同时伴随的坑内土体的上浮量(隆起量)也会越来越大,速率也会慢慢变快(因为越往下的土体在原始状态下的受压越大,密度也会整体呈上升趋势,但是如果开挖的工期很长,开挖面下地层的土压卸载和土体上浮已经达到平衡,也会导致继续开挖时土体上浮量的减少)。所以相应坑外土体的主动侧压力也会越来越大,在基坑内土体开挖后连续墙的变形速率和变形量也会越来越大,直到支撑架设之后与之达到相对的动态平衡,这种变化就会趋于平缓。

(3)在基坑开挖到基底的时候坑外土体主动侧压力与坑内支撑反力差在相应位置(基底一下4m～5m)达到最大,在这个位置也就形成了围护结构变形量最大区域。在基底以下4m～5m位置墙外土体侧压力与坑内支撑反力差达到最大的原因是:在基坑开挖到基底时,由于基底以下一定深度的土体一直在泄压和上浮且受到一定扰动,所以结构发生了变化,同时密度减小、主动压强降低。所以基底往下延伸一定深度时所增加的侧压量小于相同情况下墙外土体的增量,但是越往深处延伸,土体的扰动、泄压、结构变形量越小,地连墙内外土体的侧压力