某车站出入口偏压深基坑支护结构监测

[摘　要]　广州市五羊邨车站出入口依据地质条件,采用排桩+钢与混凝土支撑的混合支撑方案。车站主体结构已经施工完成,出入口基坑为偏压基坑,且地处繁华地带,为确保基坑安全,布置详细监测方案。通过对数据分析表明:钢支撑对控制深基坑位移有显著作用;冠梁与混凝土支撑有利于基坑整体协调变形;由于已建车站主体结构顶板、底板对新建出入口支护结构具有支撑作用,出入口下部结构变形受到约束,导致基坑最大变形在基坑顶部。

[关键词]　偏压深基坑　出入口　支护结构　混合支撑　基坑监测

      近年来,随着城市化进程不断提高,地下空间的不断涌现,地铁深基坑工程得到了很广泛的应用^[1]。目前,主要是针对地铁车站和隧道区间的研究和分析,对于与车站主体相连接的出入口的研究与分析较少。一般情况下,地铁车站主体施工完成后,再施工车站出入口。与车站主体结构连接处,已建车站主体结构顶板、底板对开挖的出入口基坑支护结构具有巨大的支撑作用,且基坑各边的土压力不对称,导致地铁车站出入口的受力、变形规律与一般深基坑有所不同。本文通过对施工监测数据进行分析,并针对基坑施工过程中存在的问题提出了相应的处理措施,旨在对以后类似地铁车站出入口基坑工程的设计与施工提供指导意见^[2]。

 

      五羊邨站I号出入口(见图1所示)位于五羊新城寺右新马路东端,介于寺右一马路与广州大道之间。该出入口底板埋深10.7~10.9m,局部埋深17m。出入口形状复杂,东西总长54.6m,南北宽31.5m。车站主体结构与出入口均采用明挖法施工,主体结构已施工完成,该基坑安全等级为一级,基坑变形控制保护等级为一级。

      五羊邨站I号出入口,站位北侧为已建五羊邨站主体结构,站位西侧为寺右一马路(距基坑15m),站位东侧为粤康阁高层住宅(距基坑10m),站位南侧为海平阁高层住宅(距基坑3m)。

      五羊邨站站区范围内地形平坦,地貌形态属海陆冲积平原。具体表现为平缓三角洲冲积地貌,车站范围内无断层通过,各土层物力力学参数见表1所示。本站第四系地层较差,分布有淤泥和砂层,砂层具有轻微到中等液化。

      该基坑周边有粤康阁和海平阁等高层住宅,以及煤气管道等管道设备,为了保证工程本身安全及周围建筑(构筑)物安全,对基坑工程提出了严格的要求。由于场地条件限制,且施工工期的要求,本工程vi号出入口处大部分采用排桩+2道钢支撑与混凝土混合支撑,局部处采用排桩与土钉+3道内支撑。

      排桩采用Φ1200人工挖孔桩及Φ1000的钻孔桩,桩距为1200mm。冠梁截面1000×1000mm和1200mm×1000mm,混凝土腰梁截面为600×800mm,钢围檩为为2I45a,钢支撑采用、壁厚12mm的钢管,钢材Q235。第一道支撑采用钢支撑,角撑采用500×700mm混凝土支撑,第二道支撑采用混凝土支撑,第三道采用钢支撑。第一道轴力设计值为500kN,第二道设计值1000kN,第三道设计值450kN。

 

      由于本基坑地处商业地带,周边有粤康阁和海平阁等高层住宅,以及煤气管道等管道设备,为了保证工程本身安全及周围建筑(构筑)物安全,根据基坑相关技术规范和设计要求^[3-5],对基坑工程进行了多项监测,括号内为第二道支撑监测点。具体监测布置图如图2所示:

      根据图3所示,混凝土角撑的内力随着深基坑的分部开挖而逐渐增大,D020初始值为273kN,第一道钢支撑施加预应力之后,混凝土支撑轴力仍然增加,第二道混凝土支撑架浇注之后,继续进行开挖,已建地铁车站主体结构顶板、中板、底板对出入口支护结构具有巨大支撑作用,随着深基坑的开挖,第一道角撑轴力继续增加,角撑D020超过设计值500kN的89%,达到942.20kN,角撑D021超过设计值500kN的20%,达到600kN,可见,由于第一道混凝土角撑开挖之前架设,混凝土角撑与冠梁协调合作,有利于协调基坑整体受力和变形,设计中需要加大角撑支撑刚度。

      从图4和图5可以看出,第二道支撑架设之后,第一道支撑轴力逐渐减小,第二道支撑轴力逐渐增加,土压力不对称侧支撑轴力D027和D028明显大于土压力对称侧D024和D025轴力。第二道混凝土支撑最大值为D028为737.9kN,小于设计值的26%。混凝土支撑D024最大值为556.2kN,小于设计值的44%,混凝土角撑D026为417.9kN,小于设计值的58.2%。D026轴力是D024轴力的75.13%,为了工期需要,设计中要求当基坑开挖到第二道支撑位置时,才施做第一道钢支撑和第二道混凝土支撑。第二道混凝土角撑D026小于D024支撑的24.9%,小于D02支撑的43.5%,说明深基坑支护结构空间效应明显。

      从图6和图7可以看出,C019和C020随着基坑逐步开挖变形增加,第一道钢支撑架设前,支护结构整体向基坑内变形,钢支撑架设之后,随着深基坑的开挖逐步进行,深基坑支护结构土压力较大侧继续向基坑内变形,而土压力较小侧向基坑内变形趋势减缓,甚至有向基坑外变形的趋势。钢支撑的预应力限制了支护结构向基坑内的变形。已建地铁车站主体结构顶板、中板、底板对出入口支护结构具有巨大支撑作用,由于不对称土压力作用,且主体结构上部土体为回填土,随着深基坑的开挖,第一道角撑轴力继续增加,基坑向土压力较小侧移动。

      C021监测点变形如图8所示,随着深基坑的逐步开挖,支护结构一直向基坑内侧变形,最大变形在第一道钢支撑下面,位移为2.3mm,钢支撑与支护结构夹角为37°,说明支撑于支护结构夹角较小时,钢支撑限制变形的能力不明显。

      如上图图9所示,测点C024随着深基坑逐步开挖,第一道支撑架设前,支护结构一直向基坑内变形,在第一道支撑架设之后,由于已建主体结构巨大的支撑作用,且基坑两边土压力的不平衡,造成基坑位移向基坑外移动,基坑变形的最大值在支护结构的顶面。最大值为-6.5mm。随着基坑土体开挖,支护结构最大变形位置没有变化,证明支撑刚度能够有效控制分部开挖对支护结构变形的影响。

      第一道混凝支撑轴力随着基坑的开挖,逐渐增大,在第一道钢支撑预应力施加前,基坑整体变形规律基本一致,说明冠梁、第一道混凝土支撑对深基坑整体协调变形有显著影响。第一道支撑轴力随着基坑开挖逐步增加,直到基坑开挖完成之后才稳定,位移变形最大值在支护结构顶部而不是在开挖面附近,说明第一道支撑对控制基坑整体变形具有关键作用。