1、非對稱側(cè)向荷載作用下地鐵基坑圍護結(jié)構(gòu)土壓力特性與變形性狀研究【內(nèi)容】本文首先簡潔介紹了張楊路地鐵車站的施工技術(shù)措施，然后分析了土壓力特性與地下墻的變形性狀，結(jié)果發(fā)覺，土壓力與地下墻變形均呈現(xiàn)非對稱的分布特征，即接近老車站側(cè)的土壓力與墻體水平變形比遠離側(cè)的小得多，這與車站圍護結(jié)構(gòu)在開挖階段所受的非對稱荷載作用有關(guān)。同時基坑圍護結(jié)構(gòu)變形小于相應的掌握指標，這也充分說明白所實行的施工技術(shù)措施的有效性與合理性，為我國軌道交通平行換乘樞紐車站的建設積累了豐富的閱歷。1 引 言目前我國大城市的軌道交通建設正呈現(xiàn)出蓬勃進展的態(tài)勢，但城市軌道交通要解決城市交通擁堵的頑癥就必需網(wǎng)絡化，而網(wǎng)絡化面臨的首要技術(shù)問題

2、就是解決不同線路之間的換乘同題。城市軌道交通換乘的方式主要有十字交叉換乘、三角換乘以及平行換乘等方式，而平行換乘方式由于具有換乘路線短、換乘時間少以及占地下空間小等優(yōu)勢必將在我國的軌道交通換乘樞紐中得到廣泛的應用。平行換乘樞紐中后建地鐵車站的一個顯著特點是車站圍護結(jié)構(gòu)在施工階段尤其是開挖尚未支撐時處于非對稱荷載的作用下(接近老車站側(cè)的荷載小，遠離老車站側(cè)的荷載大)，在這種荷載作用下，車站基坑圍護結(jié)構(gòu)的受力與變形特性呈現(xiàn)什么樣的特征值得關(guān)注。S.Kaza-ma采納修正的Es一y模型討論了圍護墻兩側(cè)土體性質(zhì)迥異、單側(cè)放坡開挖、單側(cè)堆土、單側(cè)水位上升等四種工況導致的非對稱荷載作用下圍護墻的變形特性，

3、發(fā)覺了荷載大一側(cè)的圍護墻體變形較另一側(cè)墻體大得多，甚至通過支撐的軸力傳遞使得小荷載側(cè)的墻體向非開挖面土體方向變形;Miyazaki等討論了不同側(cè)向壓力作用下的圍護墻體的變形特性。本文結(jié)合我國軌道交通建設中第一個平行換乘樞紐車站上海地鐵4號線張楊路車站施工實踐，分析了該車站圍護結(jié)構(gòu)的受力及變形特性，以期對以后類似工程供應借鑒。2 工程概況2.1工程簡介上海地鐵4號線張楊路車站位于浦東世紀大道(張楊路濰坊路之間)的慢車道及北側(cè)人行道下，與世紀大道走向全都。張楊路車站全長218.6m，標準段寬19.9m，基坑開挖深度20.82l22.866m。車站主體結(jié)構(gòu)為雙柱三跨、地下三層的現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)

4、，圍護結(jié)構(gòu)采納厚1000mm、深35m的地下連續(xù)墻。2.2工程地質(zhì)條件與水文地質(zhì)條件車站場地60m深度范圍內(nèi)均為第四紀晚更新世以來的松散沉積物，施工場地平坦，地面標高為+3.9m左右(下文中均以±0.000m計)。本場地的地層分布及部分物理力學性質(zhì)參數(shù)詳見表l。 <CENTER</CENTER2.3 四周環(huán)境張楊路車站南側(cè)約5m便是平行于張楊路車站、已經(jīng)投入使用的地鐵2號線東方路車站;北側(cè)緊鄰好美家裝飾城和世紀聯(lián)華大賣場等構(gòu)筑物。依據(jù)文獻規(guī)定及本工程的實際狀況，本工程基坑為一級愛護，即要求地面最大沉降量0.1%H(23mm)，圍護墻最大水平位移0.14%H(32mm)。四

5、周環(huán)境條件詳見圖l。 <CENTER</CENTER3施工技術(shù)措施與變形掌握措施簡介3.1基坑“化整為零”施工技術(shù)在張楊路車站基坑中間增設4道臨時封頭墻(結(jié)構(gòu)形式與深度同基坑圍護結(jié)構(gòu))，將車站分為五個小基坑(各小基坑長度分別為35m、56m、40m和50m)，進行跳隔明挖施工，詳細施工挨次為：先施工兩端頭井(第一、五施工區(qū))，再施工中間部分(第三施工區(qū))，最終施工其次、四施工區(qū)。3.2基坑內(nèi)土體多方法加固施工技術(shù)考慮到兩端頭井與標準段的開挖深度以及空間尺寸的差異，將整個基坑劃分為重點部位(端頭井)和非重點部位(標準段)，從而選擇不同的方法對坑內(nèi)土體井加固，即：端頭井內(nèi)采納旋噴加固，

6、坑底下至一24.4m滿堂加固，坑上井字形抽條加固;標準段內(nèi)坑底下即一20.824.4m范圍內(nèi)土體采納水泥土攪拌樁抽條加固和雙 液注漿抽條加固，兩種加固方法在平面上相互間隔。抽條加固平面上間隔距離約3m，每條加固寬度約3m。一般而言，在上海的地鐵基坑工程中，為了提高基坑反抗變形的力量，在開挖前，對基坑被動區(qū)土體進行加固，加固范圍一般為基坑底下36m。但該工程標高一24.4m下即為層土(黃色粉質(zhì)粘土)，該層土土體c，值分別為4lkPa和22°，強度已很高。而土體加固會造成土體的擾動，反而不利于該層土體強度的提高，故該層土不加固，即整個基坑被動區(qū)加固范圍為坑底至標高一24.4m處。3.3

7、土方開挖與組合支撐施工技術(shù)詳細狀況為：基坑標準段采納7道鋼支撐，土層逐層開挖，每層開挖標高(支撐中心標高)分別為一2.3m(一0.806)、一5.0m(一4.006)、一7.2m(一6.206)、一10.2m(一9.256)、一12.9m(一12.256)、一16.5m(一15.506)和一20.8m(一18.106)。兩端頭井內(nèi)實行組合支撐的方案，其中一、四道為鋼筋混凝土支撐，其余則為鋼支撐;西端頭井每層開挖底標高分別為一7.0m(此標高上為東方路車站原風井結(jié)構(gòu)，一次鑿除)、一10.5m、一12.5m、一15.5m、一19.0m一21.7m和一22.8m，每道支撐中心標高分別為一1.550m

8、、一5.650m、一8.750m、一11.850m、14.950m、一17.750m、一20.350m;東端頭井每層開挖底標高分別為一6.5m(此標高上為東方路車站原出入口結(jié)構(gòu)，一次鑿除)、一9.5m、一12.9m、一15.9m、一18.9m和一22.8m，每道支撐中心標高分別為一0.930m、一4.830m、一8.230m、一11.660m、一14.530m、一17.330m、一19.930m。3.4 基坑內(nèi)降承壓水施工技術(shù)張楊路車站基坑內(nèi)由于承壓水頭較高，故需實行降承壓水措施。上海地鐵基坑降承壓水的常規(guī)做法是把降承壓水井點打設在坑外，在本工程中，由于深35m的圍護結(jié)構(gòu)已經(jīng)將承壓水隔斷，若要

9、使坑內(nèi)承壓水水頭降低至相應要求，則這樣井點管長度及降水深度勢必很大，會造成四周土體的較大沉降，因此，在本工程中特將降承壓水井點打設在坑內(nèi)，共10口降承壓水井點，各施工區(qū)分別為3、l、2、1、3口，在基坑開挖至一14.000m時開頭降承壓水。4 基坑圍護墻外主動土壓力特性分析4.1 基坑圍護墻外側(cè)開挖面上土壓力理論計算 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER4.2 基坑圍護墻外側(cè)開挖面上土壓力實測分析圖3、圖4、圖5分別為第五施_工區(qū)南北兩側(cè)(El和E2)5m、15m和20m深度處土壓力隨基坑施工工況變化曲線。從圖中可以得出如下結(jié)論：(1)在基坑開

10、挖及結(jié)構(gòu)回筑施工階段，北側(cè)墻外土壓力較南側(cè)土壓力大12.945.6kPa;在頂板澆筑完成并覆土后兩側(cè)土壓力趨于接近，兩者僅相差4.387.0l kPa。土壓力分布的這種特征與基坑兩側(cè)荷載的非對稱分布有關(guān)：基坑南側(cè)鄰近東方路車站，墻后土體厚度僅2.8m，其余為東方路車站結(jié)構(gòu)，土壓力小;而北側(cè)則全部為土體，且20m處還有兩層建筑物的超載，故土壓力大;這樣導致在開挖及結(jié)構(gòu)施工階段兩側(cè)土壓力的差異，而在頂板施工完成及回填土后，圍護結(jié)構(gòu)與樓板和頂板形成一個整體，南北兩側(cè)土體壓力重新形成新的平衡，故兩側(cè)土壓力又趨于全都。(2)兩側(cè)土壓力在基坑內(nèi)6.5m土方開挖(原東方路車站2號出入口結(jié)構(gòu)鑿除后進行基坑內(nèi)旋

11、噴加固，然后再大規(guī)模開挖)后，土壓力基本上不變或略有削減，而在土方大規(guī)模開挖后，土壓力明顯減小，在結(jié)構(gòu)回筑階段，土壓力不變或略有增大，當頂板上覆±后，兩德土壓力趨于全都。這主要是由于隨著開挖深度的增加：墻內(nèi)步b餓土壓力差推動墻體向坑內(nèi)變形，土體也相應變形，但由于墻體是剛性的，土體是柔性的，墻體變形一步到位，而土體變形是緩慢的，逐步向坑內(nèi)位移，墻后土體消失肯定程度的松動，所以土壓力相應減小;但在結(jié)構(gòu)回筑階段，墻體向坑內(nèi)的變形受到肯定程度的限制，而墻 外側(cè)土體連續(xù)向坑內(nèi)方向位移，使得從前松動的土體擠密，土壓力也漸漸趨于穩(wěn)定并略有增大;在頂板完工后，墻體變形受到完全限制，土體連續(xù)擠密并停止

12、變形，土壓力也趨于穩(wěn)定。(3)5m深度處的實測土壓力介于主動土壓力與靜止土壓力之間，而15m和20m處的實測土壓力則不僅小于靜止土壓力(小，70kPa以上)，而且小于主動土壓力(小16kPa.以上)。一般而言，基坑實測土壓力應介于主動土壓力與被動土壓力之間，本工程5m深度處的土壓力即符合該規(guī)律;但在15m和20m處，卻比主動土壓力還小，可能是由于1422m深度范圍內(nèi)墻體變形比較大(參見圖6、圖7、圖8和圖9)，導致墻后土體消失向坑內(nèi)的變形，土體消失松動，從而導致墻后土壓力很小，這與文獻所觀測到的結(jié)果全都。 <CENTER</CENTER5 基坑圍護結(jié)構(gòu)變形性狀實測分析5.1 第三施

13、工區(qū)墻體水平位移變化規(guī)律圖6和圖7分別為第三施工區(qū)北側(cè)106和南側(cè)118處墻體水平位移變化曲線，表2和表3分別為106處和118處墻體水平變形的特征值。需要說明的是，I06和I18分別位于第三施工區(qū)北、南側(cè)對稱處。從這些圖和表中，可以得出以下結(jié)論：(1)北側(cè)墻體水平變形最大值達到了28.46mm，而南側(cè)僅為5.16mm，前者為后者的5.5倍，比后者大23.3mm，這是由于南北側(cè)墻體所受側(cè)向荷載非對稱性，前文中已經(jīng)述及，北側(cè)的土壓力較南側(cè)大得多，文獻得到了類似的變形分布規(guī)律;(2)墻體水平變形主要發(fā)生在基坑開挖與支撐階段，結(jié)構(gòu)回筑階段的變形較少，前者的變形占到總的變形量的76.59%，后者的僅占

14、23.4%;(3)最大值隨著開挖深度的增大而不斷的下移，開挖至坑底后最大值基本上穩(wěn)定在1818.5m范圍內(nèi)，在坑底面上2.32.8m，與一般的基坑變形在開挖面下23m的規(guī)律不同，這可能是由于坑底土質(zhì)較硬并且經(jīng)過加固后反抗變形的力量大大強于坑上土體;(4)開挖階段的變形呈現(xiàn)出不勻稱變化的規(guī)律，下五下七層開挖階段墻體的變形較下四層以上的變形要大得多。 <CENTER</CENTER5.2第五施工區(qū)墻體水平位移變化規(guī)律圖8和圖9分別為第五施工區(qū)北側(cè)I9和南側(cè)I15處墻體水平位移變化曲線，表4和表5分別為I9處和I15處墻體水平變形的特征值。需要說明的是，I9和I15分別位于第五施工區(qū)北、

15、南側(cè)對稱處。從圖和表上可以看出，(1)北側(cè)墻體水平變形最大值為16.55ram，南側(cè)最大值為11.35mm，比北側(cè)小5.2mm，消失深度為地下1718m處，在開挖面上2.83.8m，這與i以往觀測弼的最大值在開挖面下23 m左右的規(guī)律不同，這可能是因龍開挖面下土體強度本身已很高(2、層土，三層土的c，值分別為l9kPa、19°，8kPa、31°，41kPa和22°)，并且經(jīng)過回固，其反抗變形的力量大大提高;(2)開挖與支撐階段的變形占總體變形的80.3%96.1%，尤其是下六層與下七層的開挖與支撐階段，變形占總體變形量的34￥左右，結(jié)構(gòu)施工階段僅為4.9%20%;

16、(3)變形在底板澆筑后即趨于穩(wěn)定，日均變化量已經(jīng)小于0.1mm/d。 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER6 結(jié)論本文首先介紹了張楊路車站的施工技術(shù)方案，然后對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析，得出了如下結(jié)論。(1)張楊路車站基坑墻體水平位移最大值為28.46mm(I06)處，分別小于地鐵基坑 一級愛護掌握指標，即圍護墻最大水平位移0.14%H(32mm);基坑南北側(cè)墻體水平變形相差很大，北側(cè)最大值比南側(cè)大5.2mm23.3mm，這是由于張楊路車站兩側(cè)側(cè)向荷載的非對稱造成的。(2)在基坑開挖及結(jié)構(gòu)回筑施工階段，北側(cè)墻外土壓力較南側(cè)土壓力大12.945·6kPa;在頂板澆筑完成并覆土后兩側(cè)土壓力趨于接近，兩者相差4.387.01 kPa。兩側(cè)土壓力在基坑內(nèi)部分開挖后