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岩土研究院

超深地连墙变形及深基坑开挖时支护结构变形规律分析

344 2020-11-03 16:29:30

逆作法作为近年来新兴的基坑支护技术,由于其独特的施工工艺在国内外多个深基坑工程中得以实施,尤其是在交通繁忙,人口密集的城市,其应用更为广泛 。前人对逆作深基坑工程从设计方法、施工技术以及检测等方面进行过大量研究,但由于各工程的具体情况不同,尤其所处地层条件差异较大,分析结果存在一定的局限性。

天津滨海新区为典型软土地层条件,地下水位高,渗透性小,基坑开挖存在着诸多问题。本文通过天津滨海国际机场扩建配套工程,采用现场实测资料分析方法,探讨了超深地连墙变形问题,找出深基坑开挖时支护结构的变形规律,为该地区类似工程提供借鉴作用。

1、工程概况

天津滨海国际机场扩建配套深基坑工程主要包括地铁2号线机场站、城际铁路机场站、部分换乘通道、地下停车场,以及航站楼和地下的连接通道。工程地下结构整体两层,局部三层,地下两层部分基坑深度为13.0 in,基坑长232m,宽71.32 m~ 88.7 m。围护结构采用地下连续墙,墙厚800mm、1 000 mm 、1 200 mm三种,墙深28.7~49.2m。本工程采用盖挖逆作法施工。二层部分施工工况见表1,该工程地层条件见表2。


2、基坑监测设计

由于该工程支护体系受力变形极其复杂,开挖期间对其进行了围护结构顶部沉降、水平位移、周边地表沉降变形、围护结构侧向位移、周边建(构)筑物、桥梁沉降、倾斜等l0余项进行了监测。本文针对地下连续墙变形问题,基于现场监测资料选取墙体四个典型测点进行了分析,监测点水平间距约为30 m。

3、地下连续墙水平变形分析

测点SH1和SH18位于基坑的拐角位置,测点SHI6和SH17位于基坑长边中间位置。实测地连墙四个典型位置处水平位移测斜曲线如图1所示。


3.1、地连墙总体变形分析
  地下连续墙水平位移均为墙顶和墙底两端变形小,中间变形大,曲线随深度变化近似“弓形”。在开挖至基底13 m时,地下连续墙的最大水平位移值8max为14.5 mm,8max/H =1.1‰ ,远小于《建筑基坑工程监测技术规范》中结构水平位移控制要求的容许值范围。表明基坑逆作时,上部结构板,永久结构刚度较大,对地连墙的变形起到了较好的约束作用。
  逆作法与顺作法不同,逆作基坑在开挖初期墙体的最大位移出现在基坑口处,随着开挖深度的增加,墙体水平位移最大值的位置不断下移,挖至基底时,墙体水平位移最大值出现的位置约为基坑开挖面以上1/3深度处,与顺作法位于基底开挖面附近区别较大。
  测点SH1和SH18水平位移最大值相对SH16和SH17较小,这是由于测点SH1S、HE18处在结构的拐角处,且开挖最晚。而测点SH16、SH17位于地下连续墙中部,开挖较早,SH16更靠近中部,所以变形最大,已达15.0 mm。实际开挖时,应考虑基坑开挖的时空效应,重点关注位于基坑长边中部的变形。

3.2、地连墙竖向不同位置变形情况
  为了分析墙体变形随时间的变化情况,针对测点SH16在墙体上设置了4个监控点,见图3。


图3为监控点SH16水平位移时程曲线。可见,随着开挖过程的深入,位移变化值不断变大。墙体下端监控点四位于坑底以下6 Ill,其位移值较小,其变化比较平缓,说明基坑开挖对于坑底以下部分的地下连续墙变形影响较小;其它三个测点自监控第5周往后均呈现明显增大趋势,可见随着基坑开挖深度的增加,围护结构的稳定性受到的影响也随之增大;位移最大的是监控点二,该测点位于基坑中下部,接近开挖面以上1/3深度处;而测点三位于围护墙体靠近基坑底部,其位移幅度相对测点二略小。该时程曲线也验证了前述对测斜曲线的分析。


4、地连墙竖向变形分析

图4为地连墙顶监测点SH16的竖向位移曲线。总体来看,随着开挖深度的不断加深,基坑坑底卸载回弹与自重应力的释放,使得地连墙随着土体逐渐隆起,但是由于孔隙水压力的消散需要时间,因此每步开挖卸载后墙体的隆起都有一定的滞后性,每步开挖结束后隆起的速率逐渐减缓,浇筑完水平结构板后,由于重力作用,以及结构板逐渐起作用,抑制了墙体隆起,使得隆起趋于平缓甚至有所下降。

5、结论

1)、在盖挖逆作法施工中,地连墙墙身的水平变形随开挖深度的增加而逐渐变大,近似呈“弓形”分布,且墙体的位移明显小于顺作法。
2)、在基坑开挖时,墙体水平位移最大值出现的位置约为基坑开挖面以上1/3深度处,与顺作法墙体水平位移最大值发生在基底开挖面附近有显著不同。
3)、在开挖过程中逆作基坑地连墙墙体逐渐隆起,但每步开挖后隆起有一定的滞后性;开挖结束后隆起的速率逐渐减缓,底层板浇筑后隆起趋于平缓。