重庆亚派桥梁工程质量检测有限公司重庆市渝北区401120
摘要：以石家庄市轻轨换乘车站基坑为背景，通过现场监测的方法，分析基坑在施工过程中对围护桩水平位移、桩顶沉降和钢支撑的轴力变化的影响。找出围护体系的变形和受力规律，以及同一截面上同类围护结构的变形和受力差异，从而对类似工程设计施工提供经验指导。
关键词：基坑；围护结构；监测分析
1引言
随着今年来城市轨道交通建设的快速发展，地铁的建设越来越受到人们的关注，地铁车站基坑的安全稳定问题及对周围环境的影响也越来越受到人们的关注。由于受场地的局限性，基坑外没有足够的施工空间，从而围护结构的设计与施工变得越来越突出，这给基坑工程建设带来了许多新的技术问题。由于地质条件、施工方法、荷载分布等因素的复杂性，使理论分析变得困难，因此，对深基坑支护结构体系和土体的现场监测研究对安全施工意义重大。
2工程及地质概况
时光街站位于中国人民解放军石家庄指挥学院东门前，沿中山路东西布置。中山路红线宽度为53m，基本实现规划；车道设置为双向4机动车道和2非机动车道，为城市交通主干道，车流量较大。
车站有效站台中心里程为K3+860.000，车站总长为221.7m，标准段宽度为19.7m，盾构端头井段宽度23.3m。车站顶板覆土3.9m，标准段底板埋深17.25m，盾构井段底板埋深18.69m。车站主体结构采用明挖顺作法施工，结构型式为地下两层双跨箱型框架结构；车站施工范围内平均地面标高以79.23m计，车站结构覆土厚度平均为3.9m。车站主体围护结构上部采用混凝土挡土墙，下部采用围护桩加钢支撑支护型式。
本次勘察揭露地层最大深度为45m，根据钻探资料及室内土工试验结果，按地层沉积年代、成因类型，将本工程勘探范围内的土层划分为人工堆积层、新近沉积层、第四系全新统冲洪积层、第四系上更新统冲洪积层四大层。受施工工艺限制，在勘察深度范围内未能实测到地下水位，根据对本车站所在区域的水文地质资料显示，本段线路赋存一层地下水，地下水类型为潜水（二），埋深30m～35m左右，含水层为细中砂层、中粗砂（含卵石）层。本次勘察未见上层滞水，但由于大气降水、管道渗漏等原因，拟建车站场地内不排除局部存在上层滞水的可能性。
车站周边建筑物：车站北侧东部为军安宾馆，建筑物与主体基坑净距约17m，车站北侧西部为中国人民解放军石家庄指挥学院东门，建筑物与主体基坑约10m。车站西北侧为中国人民解放军石家庄指挥学院医院，建筑物与主体基坑约18m。车站南侧东部为热河食府，建筑物与主体基坑净距约30m。车站南侧西部为27军通信团门房，建筑物与主体基坑净距约32m。
3基坑围护方案
本站基坑支护结构采用钻孔灌注桩加内支撑支护体系。围护结构采用钻孔灌注桩，桩间采用挂网喷射混凝土支护。灌注桩顶设冠梁，冠梁顶面以上采用混凝土挡土墙。本站围护结构支撑采用3道钢支撑。
4监测及数据分析
为了清楚掌握车站基坑及周边建筑物与支护结构的动态变化，判明施工过程中结构物所处的安全状态，并通过对监测数据的处理、分析，采取合理的工程措施来控制地表下沉和基坑周边土体位移。
4.1监测方案
为确保基坑开挖及土体施工过程的安全，并准确监测支护结构、周围建筑及管线的变形。根据基坑开挖深度、支护特点、周围所处环境及规范规定，主要的测设项目有桩顶水平位移、桩顶垂直位移、支撑轴力、地表沉降等。为了更好的了解桩的变形情况，把施工过程分成了如下四个工况：
工况1：基坑开挖深度达到8m，端头段第一道钢支撑已经支撑完毕；
工况2：基坑开挖深度到17m，端头段的第二道钢支撑已经支撑完毕；
工况3：基坑开挖深度到18m，端头段的第三道钢支撑已经支撑完毕；
工况4：端头段的底板已经浇筑完成，第三道钢支撑已经拆除，倒撑已经全部支撑完成。
4.2监测结果及分析
基坑端头端共设置4个测点，其水文地质条件相似，开挖时间、深度及暴露时间基本相同。其测试结果显示：变形趋势基本一致，围护桩的变形呈向基坑内倾斜的趋势。
工况1：在7.5m附近获取最大值，分别为1.71mm、2.66mm、2.11mm、0.49mm；
工况2：在9m附近获取最大值，分别为3.73mm、7.12mm、3.29mm、2.06mm；
工况3：在11m附近获取最大值，分别为6.41mm、8.38mm、6.53mm、4.58mm；
工况4：在11m附近获取最大值，分别为6.33mm、6.99mm、5.77mm、3.64mm。
从数据可以看出，在支撑的位置附近，围护桩的变形受到一定的限制，因此，在基坑施工过程中，围护桩的水平位移与钢支撑的关系密切，应减少无支撑暴露的时间，及时架设钢支撑并施加适当的预加轴力。
随着基坑的开挖，在开挖面上侧由于基坑内土体的应力释放，围护桩的变形不断向基坑内倾斜，在两钢支撑之间围护桩的变形最大。在开挖面以下，由于上侧围护桩向基坑内侧倾斜，并且桩的刚度较大，使得桩在上侧荷载的作用下下侧桩向外挤压土体，从而使围护桩向外侧变形，所以，保证围护桩有足够的入土深度来减小下侧桩向基坑外的变形是必须的。围护桩变形呈弓形桩，符合常见采用多道钢支撑围护结构的变形特点。在工况4的情况下，由于基坑内侧的土体得到边墙和倒撑的支护，使得围护桩的变形得到回弹。
在相同的工况下，不同测点的围护桩的变形趋势基本相同。在同一横断面上的围护桩在相同的工况下，由于荷载的不对称及开挖先后次序不同造成变形量的偏差。在靠近标准段附近大部分的土体处于自稳状态，而位于端头段的中部附近由于基坑的开挖引起土体的应力重新分布，大量土体向基坑内侧移动。
4.3钢支撑轴力变形规律
第二道支撑未架设之前，第一道支撑的轴力随时间不断增加，当第二道支撑架设后，第一道支撑的轴力有所回弹，同样第三道支撑会引起第二道支撑的回弹。轴力的变化趋势基本一致，在基坑的开挖过程中轴力基本上处于波动上升，在整个基坑的开挖过程中由于坑外土体向坑内移动，使得支撑的轴力不断增大。随着底板、边墙的浇筑，使得基坑的支护体系得到强化，轴力整体得到下降，但是随着支撑的拆除，剩下的支撑的轴力又开始上升。
4.4桩顶的竖向变形
各桩顶的变形趋势基本相似，在同一横断面上，位于中山西路一侧，来往运输的车辆较多，有时有较大的荷载，荷载的波动性性较大，导致靠近中山路一侧的桩顶沉降大于另一侧。在同一纵断面上，端头段的开挖速度比标准段的开挖快，使得基坑端头端的土体大量损失，围护桩和土体一起向基坑内侧倾斜，使得在基坑中部的桩顶的沉降大于基坑转角处的沉降。
5结论
（1）在基坑的转角处桩的水平变形和桩顶的沉降均小于基坑端头端的桩的对应变形，因此在施工中应注意基坑转角处的变形，桩在开挖面以下出现向基坑外侧变形的情况，如果变形过大会增加上侧桩的变形，因此，桩具有足够的埋深是必须的。
（2）在基坑两侧作用不对称的荷载，在相近的工况条件下同一断面上，基坑两侧产生的水平位移、竖向位移、受力均出现不对称的现象。
（3）底板和倒撑能够抑制整个基坑的变形，使各个结构向有利的方向回弹，在开挖过程中，钢支撑的轴力呈波动上升的趋势，下侧钢支撑的架设会减小上层钢支撑的轴力，在钢支撑拆除过程中会增大剩余钢支撑的轴力，因此，选择合理的拆除顺序是值得考虑的。
参考文献
[1]史佩栋.实用桩基工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001
[2]熊智彪.建筑基坑支护[M].北京：中国建筑工业出版社，2014
[3]蔡袁强，李碧清，徐长节.挖深不同情况下基坑支护结构性状研究[J].岩土工程学报，2009：1735-1739
[4]胡云龙.基坑开挖对既有地铁结构变形影响研究[J].铁道建筑，2013（6）：85-87
[5]阴红宇，李天赋.成都某地铁车站深基坑水平变形分析[J].铁道建筑，2013（3）：97-100
[6]霍润科，颜明圆，宋战平.地铁车站深基坑开挖监测与数值分析[J].铁道工程学报，2011（5）：81-85
[7]孟秋英，王铁宏，陈耀光.对基坑支护结构土压力问题的探讨[J].建筑结构学报，1998，19（5）：52-57
作者简介：胡青兰（1986-08），女，土家族，籍贯：重庆市石柱县，当前职务：质量负责人，当前职称：中级工程师，学历：本科，研究方向：土木工程