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北京地铁6号线一深基坑监测方案和监测数据分析

时间:2012-04-28 17:09来源:未知 作者:监测人 点击:
结合北京地铁 6 号线青年路车站明挖施工的具体情况,介绍了车站深基坑监控量测方案,对深基坑的水平位移及钢支撑轴力等的监测数据进行了分析,得出其沉降和位移随施工工况的变化规律及变化原因和围护结构在基坑开挖中对稳定性影响的规律,旨在为以后类似支护结构的基坑



  
 
1 工程概况
      北京地铁6 号线青年路站采用地下 2 层双柱 3跨的结构形式,车站主体净长左线 557.025 m,右线558.787 m。 标准段净宽 20.9~22 m,总高 14.6~16.05 m,为岛式车站。 车站底板埋置深度为 17.9~20.4 m,结构顶板覆土深度为3.1~4.15 m,采用明挖法施工。
 
2 工程地质与水文概况
      青年路站位于北京城区东部平原地区,地表分布的全部为新生代第四系松散沉积物,其下伏的基岩地层主要为中元古界蓟县系碳酸盐岩地层、中生代侏罗系与白垩系地层。自上而下依次为:①粉土填土层;②粉土层;③粉质黏土层;④圆砾层;⑤粉质黏土层;⑥卵石层;⑦粉质黏土层。 各土层的主要物理力学参数见表1。

      青年路站场地内无地表水分布。地下水分别为上层滞水(水位标高30.40~24.99 m)、 潜水 ( 水位 标高21.34~20.39 m)及层间潜水(水位标高 19.19~16.59 m)。地下水动态类型主要为渗入-径流型潜水,以大气降水入渗、地下水侧向径流和向下越流方式排泄。
 
3 总体施工顺序
      地下建(构)筑物情况以及地面障碍物的处理→周边建筑物的拆迁及地下管线的改移→施工灌注桩及冠梁,进行盾构接收井外土体加固处理→基坑降水→开挖土方,依次架设钢支撑→清理基底、施工接地及防水层、铺设垫层→自下而上依次浇筑混凝土结构(包括施作结构外包防水层)→依次拆除钢支撑→分层碾压回填土方→恢复场地。
 
4 监测方案
      在深基坑开挖过程中,基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向被动或主动土压力状态转变,应力状态的改变引起土体的变形,即使采取了支护措施,一定数量的变形是难以避免的。
      该深基坑开挖在繁华地段进行,施工场地四周有建筑物和地下管线,基坑开挖引起的土体变形将直接影响这些建筑物和地下管线的安全状态,土体变形过大时会造成邻近结构和设施的破坏。同时,基坑相邻的建筑物相当于1 个较重的集中荷载,基坑周围管线水的渗漏,这些因素又导致土体变形加剧。因此,在深基坑施工中,只有对基坑支护结构、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行综合、系统的监测,才能对工程情况有全面的了解,确保工程顺利进行。
4. 1 监控量测的目的
      1)施工期间对基坑变形及其他与施工有关的项目或量值进行测量,及时和全面地反映它们的变化情况,实现信息化施工,并将监测数据作为判断基坑安全和环境安全的重要依据;
      2)为修正设计和施工参数 ,预估发展趋势 ,确保工程质量及周边管线的安全运营提供实测数据,是设计和施工的重要补充手段;
      3)为理论验证提供对比数据,为优化施工方案提供依据。
      基于以上监测目的,在保证基坑安全的前提下,以节省投资为原则,依据相关规范,结合该工程的相关情况制定了监测方案,测点布置见图1 所示。

4. 2 监控量测的项目[1-5]
      1)围护结构水平位移监测(测斜)。 在桩围护段隧道两侧每隔1 段距离布置 1 个测斜孔,共计布置了 8 个测斜孔。 测斜用 CX-06 测斜仪,竖向每隔 0.5 m 采集1 组水平位移值。
      2)钢支撑轴力监测。 钢支撑采用轴力计来监测其支撑轴力的变化,采用国产钢弦式支撑轴力计,数字式读数仪。与围护桩变形监测断面对应布置支撑轴力监测断面,轴力计安装在钢支撑管与围护墙体间,有专配的支持器以保证加装了轴力计的钢支撑的正常工作。
 
5 监测结果分析
5. 1 围护桩水平位移
      围护桩的变形是深基坑施工中关注的关键性问题,其侧向变形与基坑开挖深度密切相关。 图 2~3 为ZQT-20 和 ZQT-16 围护桩桩体水平位移随开挖深度的变化曲线。 基坑施工进度概况及各孔桩体监测最大水平位移分别见表2、3。

      从表3 可以看出,各测孔累计最大水平位移各不相同(如 ZQT19 累计最大位移 13.5 mm,在坑顶部位;ZQT21 累计最大位移 16.89 mm,在坑顶以下 9 m 附近),据分析,与各桩所处的工程地质、水文地质和施工过程对桩体的影响等有关。 但在整个开挖过程中,各测点处桩体的变形最大值均未超出规范限制30 mm,说明基坑基本处于稳定状态。
      从图2、图 3 可以看出,施工工况对围护桩水平位移的影响明显,随着基坑开挖→设置内支撑→底板混凝土浇筑的施工过程,桩体水平位移量、甚至位移方向都会发生变化。 及时加撑对限制围护结构的变形有重要作用,同时加快底板的施工,减少基底暴露的时间,也有利于围护结构变形的控制。

      从图2、图 3 还可以看出,各测斜孔最大水平位移基本出现在基坑开挖最后1 层。 基坑开挖初期,水平位移相对不大;随着基坑的下挖,其水平位移变化速率不断增大;而随着基坑承台混凝土的浇筑 ,水平位移趋于稳定,变化速率也相应递减。 随着基坑的开挖,连续墙的最大位移所在的纵向位置,在不断地下移。 刚开挖时,连续墙的最大位移往往发生在顶部,其变形特点类似于悬臂梁;随着基坑开挖至基底以及设置内支撑,连续墙最大位移所在位置也迅速下移,且稳定在中部偏上的位置(基本在8~11 m 之间)。 由此可见,基坑的变形是地下连续墙和内支撑二者共同作用、相互协调变形的结果,二者的共同作用使得整个基坑具有较强的整体性,结构更加稳定。
5. 2 钢支撑轴力
      钢支撑轴力监测也是地铁车站深基坑监测的一项重要内容,它与围护结构的稳定性有着密切的联系。图4 为部分钢支撑轴力随时间变化的曲线。

      从图4 可以看出:
      1)各钢支撑轴力在短时间内均出现较大的波动且个别点波动较大。 但从总体上看,各钢支撑的轴力都随着开挖深度的增加而逐渐增大,随后又随着基坑侧壁浇筑地下连续墙以及钢支撑的逐渐增多而有所减小。
      2)2010 年 4 月下旬到 5 月中旬,当基坑开挖至接近基底时,支撑轴力逐渐趋于稳定。 ZL-08-01 号测点的钢支撑在开挖到基底时的最大轴力为800 kN,小于允许值(1 058 kN)。 其他测点钢支撑的轴力在接近基底时也基本保持稳定,均未超过设计允许值。
      3)基坑开挖至基底后,钢支撑的轴力出现了一定幅度的波动,经分析 ,是由于在基底开挖集水池和进行分段混凝土底板浇筑时,因搬运钢筋、运送混凝土等造成基坑周围土体承受较大荷载,而后作用于钢支撑造成的。
      4)随着第 1 层底板混凝土浇筑的完成,钢支撑轴力逐渐下降。而后在6 月,由于 ZL-08-03 测点、ZL-07-03 测点的钢支撑被拆掉以及分段浇筑底板混凝土和二次衬砌的影响,此时钢支撑轴力再次出现上下波动,并最终随着混凝土浇筑的完成 ,整体结构的稳定性不断增强,钢支撑的轴力也趋于稳定,说明整个基坑处于安全稳定状态。
 
6 结论
      通过以上监测结果的分析,可得到以下结论:
      1)基坑水平变形、支撑轴力,与开挖深度、施工工况等密切相关。在基坑的开挖支护过程中,围护桩与内支撑形成整体受力体系,二者共同作用、协调变形,增强了基坑的整体稳定性。 因此,在基坑开挖过程中,应首先尽快架设内支撑;其次开挖至基底后应尽快浇筑基底混凝土,减少暴露时间,有利于围护结构变形控制。
      2)随着基坑的开挖,围护桩水平位移最大值所在位置不断下移,最后稳定在大约基坑深度 1/2 位置处;当挖至基底时形成“中间大,两边小”的墙体变形。
      3)从整个测试结果可以看出,地铁青年路站二期工程施工始终处于稳定状态。
      4)实施施工监测和信息化施工管理是确保基坑安全稳定的重要保证,建立完善的、有效的监测体系至关重要。
 
参考文献:
[1] 肖武权 ,冷伍明 ,律文田. 某深基坑支护结构内力与变形研究[J]. 岩土力学,2004,25(8):1271-1274.
[2] 涂成立 ,徐祯祥. 地铁车站深基坑监测与分析[J]. 市政技术 ,2007,25(9):420-422.
[3] 李岩岩. 地铁车站明挖施工基坑监测技术与分析[J]. 青岛大学学报,2009,24(4):87-92.
[4] 李俊虎,周龙翔,童华炜,等. 地下连续墙加内撑基坑变形监测分析[J]. 广州大学学报,2010,9(1):68-73.
[5] 余新明,钱梅芳. 某地铁车站基坑变形影响因素分析[J]. 山西建筑,2010,36(4):123-124.
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