浅议上海轨交通工程深基坑施工地表沉降控制措施

1、浅议上海轨交通工程深基坑施工地表沉降控制措施摘要：众所周知，在城市轨道交通工程施工过程中， 地面沉降控制是重中之重，尤其是在周边环境复杂的情况 下，如何控制地面沉降，避免发生管线、道路开裂、房屋沉 降变形等事故更是每个施工单位关注的重点。本文仅以上海 轨道交通13号线大渡河路站施工过程为描述载体，抛砖引 玉、集思广益，从技术角度上分析、控制地表沉降的一些相 关技术措施。关键词：城市轨道交通地面沉降控制中图分类号：tu文献标识码：a文章编号：1009-914x(2014) 08-01-010引言城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护 环境、节约能源和用地等特点。世界各国普遍认识到：解决

2、 城市的交通问题的根本出路在于优先发展以轨道交通为骨 干的城市公共交通系统。为逐步解决城市交通拥堵问题，上海市加大了城市轨道 交通建设的步伐，地铁工程以及临近地铁的地下工程日益增 多，各深基坑工程不断加强地下空间的开发与利用。但上海 作为典型的第四系松散软土地区，各地基土层软弱、复杂， 且具有流变特性。本文首先对上海轨交13号线大渡河路车 站建设过程中收集的情况加以描述，其次就地面沉降原因、 地面沉降危害以及对整体工程施工相互影响进行分析，并提 出相应的技术措施。1工程概况上海轨道交通13号线大渡河路站位于大渡河路路与金 沙江路，车站全长315m,宽2635m,围护结构采用800mm 厚地下连

3、续墙，墙深30m32m,插入比0.8-0.82,基坑开 挖深度16. 418.2m。基坑共设五道支撑，首道为混凝土支 撑，其余四道为钢支撑。而根据岩土工程勘察报告中的相关 数据，该区域内土质条件较差，其中023层砂质粉土厚度达 9m,埋深为 12m, 土层渗透系数 kv=l. 45e-04, kh=2. 22e-04, 且当土层扰动后极易液化，易造成地下连续墙施工过程中土 体坍塌。2周边环境及时分析围护结构墙顶位移、墙体变形、周边建筑及地 面沉降监测数据、判断和预测周边地表沉降的趋势，以便采 取施工保护技术措施，是指导正确施工的重要方法之一。因本车站红线整体规划原因，在基坑536轴南侧存有 已

4、建构筑物三栋，分别为两栋16层高层以及一栋6层小高 层，距离基坑最小距离仅为13.7m,在开挖深度一倍的范围 以内。六层建筑物基础为片筏式，埋深约1.5m左右。针对大渡河路站的周边环境及工况条件，南侧为交通便 道且有居民楼，北侧为地块开发的施工场地，关注与控制的 重点是在南侧，且南侧交通便道上大量的车流量所产生的震 动对土体稳定极为不利。而6层居民楼位于车站主体618 轴位置，因此该部位的基坑变形控制也成为关注中的重中之 重。3地面沉降原因及危害分析1）上文中所提到的土质较差现象在整个施工区域呈全 覆盖状态，土质扰动后极易液化现象在地下连续墙施工阶段 显而易见。在围护结构成槽阶段，出现的土体坍

5、塌使周边地 表明显沉降。其中，最为突出的是南侧地下连续墙s15及s16 因地下管线因素未进行土体处理而直接进行成槽施工，其中 s15地墙理论方量12加3,实际方量为158. 6m3,充盈系数为 1.3；另一副地墙s16理论方量为115m3,实际方量为 143. 7m3,充盈系数为1.25,均超过规范要求（规范值为1. 1）, 地下连续墙施工造成的踏方，是造成周边地表沉降的最主要 的因素。在本工程的施工策划阶段，通过对以往类似工程建设经 验的分析，预判到地下连续墙施工时的土体坍塌将对后续工 程开展造成严重的不良后果：由于土体坍方造成混凝土浇 注产生绕流现象，不但影响锁扣管顶拔过程的安全性及操作

6、性，而且极易造成相邻地墙成槽困难及钢筋笼的下放；土 体坍方使刷壁工艺不能完全迎合槽壁而导致刷壁质量差，从 而使地墙接缝处漏水情况较为严重，对周边地面沉降控制不 利；地墙坍方本身会造成周边地面的沉降；超方混凝土 凿除费时费力，将严重影响基坑开挖进度，使基坑裸露时间 长，基坑变形增大；超方碗会占用地墙空间，坑底加固时 钻机无法紧靠地墙加固，造成坑底裙边加固效果不佳，导致 基坑变形增大。2）由于整体车站开挖的横断面较长，约315m,且开挖深度较深，众多的钢支撑拼装与土体开挖的时间控制不利, 导致基坑暴露无支撑时间过长也是围护结构位移的重要因 素。根据深基坑施工经验得知，在基坑开挖面下13m范围 往往

7、是围护结构位移变形最大的区域，极易产生踢脚、内拱 而使围护结构产生位移，然而一系列的空间变形连锁反映如 坑底隆起、格构柱上浮、墙顶下沉，则最终使得周边地表出 现沉降量加剧的现象。根据公式5 v= a x 8 n （其中，5 v表示地面横向最大沉降值，表示围护结构最大水平位移,a为经验系数一般取0. 71. 0, 较大时取大值，反之则 取小值）也说明了基坑开挖导致围护墙体变形，进而出现周 边地表沉降是软土地基基坑开挖普遍存在的现象，且两者存 在定量关系。4相关技术措施的运用及效果1）地下连续墙施工前采取土体处理：一般而言，轨道交通深基坑施工过程中围护结构施工质量是最关键的一环， 围护结构施工质量

8、的好与坏，与基坑变形有着直接的关系。 根据现场实际情况，结合本工程地质及以往类似工程的施工 经验，在确保工程质量的前提下，尽可能在施工期间降低对 周边环境的影响，故采用地墙内、外两侧增设单排650搅 拌桩加固的施工措施，从而降低在地下连续墙施工过程中产 生坍方的现象。开挖面加固深度控制在12米，即超过砂质 粉土层即可，迎土面加固深度控制在18米，目的是加固兼 止水。土体加固采用三轴深层搅拌桩加固，水泥渗量为 12-15%，总加固方量约14000方。通过采取加固措施，地墙 施工过程中没有发生大的踏方，施工顺利，地墙平均充盈系 数在1.05,超过控制达到预期目标。基坑开挖后的情况也证 实了这一点，

9、除局部有少量超方论外，地墙表面平整，没有 出现漏水现象，只有局部少量渗水情况，通过人工堵漏予以 解决。2）调整基坑坑底加固位置：大渡河路站基坑分为一级基坑及二级基坑，南侧有6层居民楼位置对应的 6t8轴属于一级基坑，其余部分属于二级基坑。基坑坑底裙 边采用髙压旋喷桩加固，一级基坑加固宽度为5m,二级基坑 加固宽度为4m,加固深度均为4肌针对大渡河路站周边环 境，位移重点保护对象是南侧，因此在不改变加固总量的基 础上，对基坑坑底加固宽度进行了适当的调整。一级基坑部 位，将北侧加固宽度由5m减少到3m,南侧将相应增加到7m； 二级基坑北侧加固宽度由4m调整到3m,南侧加固宽度相应 增加到5m,加固

10、深度不变。调整加固范围的目的在于通过增加加固体的体积，提高其土体加固能力。把加固体作为一道临时支撑，在基坑无支 撑暴露过程中起到支撑作用，为基坑整体支撑体系的建立过 程中填补空缺，降低围护结构的位移变形，使基坑的整体稳 定性得以保障。同时，地基加固范围调整也加大了围护结构 跟部抵抗弯矩的能力，降低坑底隆起，从而确保基坑的稳定。3）增加一道混凝土支撑：根据以往基坑开挖的经验,一般开挖深度在16m以上、基坑宽度达15m以上的深基坑, 地墙的最大变形一般在50mm左右。而大渡河路站的情况更 为特殊：地质条件差，砂质粉土层厚达8m,埋深在7-11 米，南侧的交通便道上行驶的车辆对土体挠动作用较大，砂

11、质粉土层在车辆的挠动作用下液化，会增加土体对地墙的侧 压力；大渡河路站基坑开挖深度为16.4m,宽度为26m, 属于超宽型基坑，钢支撑因接头过多易产生应力损失，从而 使变形量增大；大渡河路站基坑标准段长度达230m,尽管 已经考虑到618轴基坑优先开挖到到底施工底板，但整个 基坑开挖时间较长，无支撑暴露时间过多，会造成地墙变形 量增大。基于上述诸多不利因素，将第三道钢支撑变更为混 凝土支撑，以减少地墙的变形，从而减少对周边环境的影响。 从基坑开挖后的情况来看，未增设混凝土支撑的部位地墙最 大变形为47mm,增加混凝土支撑的部位地墙最大变形为 28mm,效果明显。4）土方开挖的工况控制：由于大渡

12、河路站基坑标准段 长度达230m,如果采用一次性放坡开挖造成的开挖时间过 长，因时空效应的作用，基坑开挖时间过长，对基坑变形控 制也及其不利。考虑到618轴为一级基坑且周边环境也较 为复杂的情况下，基坑整体开挖至第二层土方后（开挖深度 在5米左右），首先对该区域的土方进行开挖收底，完成结 构至中板。在6-18轴基坑中板结构完成后，再将两侧基坑 分层开挖至底，依次完成结构回筑等工作。这样的开挖顺序 从基坑变形的原则上最大程度降低围护结构的位移变形，使 该区域周边的地表沉降控制在最小值。最终该区域的围护结 构侧向位移控制在1.7%oh内，而二级基坑的围护结构侧向 位移均控制在3. 0%oh内，效果

13、满意。5）基坑降水的优化管理：上海地区，深基坑降水一般 分为二个部分：一部分为降低基坑内土层含水量、增强土体 自身强度而进行的疏干降水；另一部分是为了防止基坑下部 承压水产生突涌而进行的降低承压水水头的工作。疏干井降 水一般采用真空负压井降水，且疏干井孔径在800以上效果 明显。承压水降水工程对于深基坑施工而言也显得尤为重 要，过量降水会导致周边地表后期沉降明显，而降水不足则 会导致基坑上浮、坑底隆起等破坏基坑整体刚度的现象。在 本工程中，由于2层（微承压水层）的存在，使得降水量 必须满足基坑抗突涌的要求，同时又不能过量抽排水而导致 周边地表乃至房屋的沉降量超标。在此情况下，最终选择在 基坑内

14、布设深井，坑外布设观测井，并做好抽排水量的统计 工作。经过各方专家讨论，而对于降水过程的抗突涌系数最 终选择在1. 03而非常规的1. 1,这也是为了进一步确保基坑 周边的环境变形能降到最低点。为了确保基坑开挖过程的安 全性，在降低水头高度的同时还进一步增加了抗拔桩的长 度，通过抗拔桩长度的增加来弥补抗突涌系数的不足，从而 更好的、更有效的防止基坑上浮、坑底隆起。通过采取上述技术措施，整个车站在施工过程中对周边 环境控制较好，没有发生管线事故及房屋开裂等现象，实践 证明效果十分明显。5减少对周边地面沉降的建议1）信息化监测作为保证基坑施工安全的一种有效手段, 对分析周边地面沉降变形规律，判断水

15、土流失状况，在指导 工程施工安全预警方面能起到重要的作用。密切关注沉降变 形的发展，仔细分析数据，及时提供信息化跟踪，以便发生 险情时及时发出警报。2）设计阶段应充分考虑5v=a x 8n的定量关系，虽 为经验公式，但地面沉降量与围护结构位移显然是息息相关 的。在围护结构配筋过程中，可以适当考虑开挖工况时最不 利因素，在适当部位增加配筋量从而提高围护结构的抗弯变 形能力。3）深基坑施工的影响范围往往以2h （2倍基坑开挖深 度）为最不利控制范围，可以在施工前做好前期排摸工作， 对可能影响较大的区域做好防范工作或技术处理。4）本文中提到的增设混凝土支撑并非适用于每一个深 基坑，笔者认为混凝土支撑的增加从某种意义上是提高了基 坑的整体刚度，但混凝土支撑的成型及强度发展需要较长的 时间，而这段时间里基坑变形量是一个累加的过程，此外， 在基坑不断挖深时，也能发现第一道混凝土支撑从一个受压 构件已转变为受拉构件，所以随着基坑深度的增加，侧压力 不断提升的过程中能最快速度完成开挖是技术控制的重中 之重。5）从