郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300251)

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唐山火車站西廣場(chǎng)綜合體項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)成果分析與探討

郭新德

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津300251)

摘要介紹唐山火車站西廣場(chǎng)綜合體項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容并對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析，結(jié)合樁頂位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、樁體深層水平位移數(shù)據(jù)的對(duì)比情況，重申了同斷面布點(diǎn)的重要意義。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出了提高三角高程豎向位移監(jiān)測(cè)精度的有效控制措施。

關(guān)鍵詞綜合體項(xiàng)目施工監(jiān)測(cè)成果分析

火車站向來(lái)都是城市“節(jié)點(diǎn)”，是聯(lián)系城際交通與市內(nèi)交通的樞紐，許多大型車站與傳統(tǒng)火車站相比，其興建都出現(xiàn)了向“綜合體”轉(zhuǎn)變的新趨勢(shì)[1]。這改變了以往單純的對(duì)外交通集散功能，更注重城市商業(yè)、文化以及各種現(xiàn)代商務(wù)的綜合功能，實(shí)現(xiàn)了火車站與城市的高效銜接。

這類車站綜合體項(xiàng)目基坑工程一般都具有開(kāi)挖面積大、開(kāi)挖深度深、形狀復(fù)雜、支護(hù)結(jié)構(gòu)形式多樣和周邊環(huán)境保護(hù)要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，再加上工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性、圍巖與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用的復(fù)雜性，使理論分析與實(shí)際情況很難準(zhǔn)確吻合，有必要通過(guò)信息化監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋施工并修正設(shè)計(jì)，確保地下工程施工和周圍環(huán)境的安全。

1工程概況

唐山火車站西廣場(chǎng)綜合體項(xiàng)目是唐山城市建設(shè)的重點(diǎn)工程之一，也是唐山站現(xiàn)代化交通樞紐的重要組成部分。本項(xiàng)目位于新建唐山火車站西廣場(chǎng)一側(cè)，工程西側(cè)毗鄰市政一號(hào)路，東側(cè)與火車站站房及匝道橋相鄰[2]。

工程基坑長(zhǎng)約310 m、寬約210 m，面積達(dá)到了67 945 m2，包含物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑和250 m長(zhǎng)的預(yù)留地鐵區(qū)間基坑。其中物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑一般區(qū)域深度為12.63 m，局部為14.03 m；地鐵區(qū)間基坑深度達(dá)到了17.30 m。西廣場(chǎng)基坑邊緣距離唐山站站房的最近距離約為33 m，距離火車站西高架橋及匝道距離僅為12 m(見(jiàn)圖1)。

圖1　工程及周邊環(huán)境示意

物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑?xùn)|、西兩側(cè)支護(hù)采用鉆孔灌注樁+錨索支護(hù)體系，普通地段沿豎向設(shè)置3道預(yù)應(yīng)力錨索，地鐵區(qū)間對(duì)應(yīng)位置設(shè)置4道預(yù)應(yīng)力錨索；南、北兩側(cè)采用復(fù)合土釘墻支護(hù)體系，沿邊坡共設(shè)置6排土釘，2道預(yù)應(yīng)力錨索。地鐵區(qū)間基坑采用鉆孔灌注樁+鋼支撐支護(hù)體系，并在冠梁內(nèi)側(cè)設(shè)一道鋼支撐。

場(chǎng)地地層主要為第四紀(jì)全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)陸相沖洪積形成的沖、洪積物?；由疃确秶鷮?duì)應(yīng)地層從上至下依次為耕土、雜填土、粉土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂、粉質(zhì)黏土。場(chǎng)地內(nèi)存在含水量相對(duì)豐富的上層滯水層，滯水水位埋深平均值約9.50 m，高差約3.50 m，該水層對(duì)基坑開(kāi)挖施工及基坑的安全有很大影響。場(chǎng)區(qū)地下潛水埋深在14.60～16.30 m，該層水水位受氣候及農(nóng)田灌溉影響較大，年變化幅度約2.00 m。

2監(jiān)測(cè)等級(jí)

《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50202—2002)對(duì)基坑等級(jí)進(jìn)行了劃分，符合下列情況之一的為一級(jí)基坑[3]：

(1)重要工程或支護(hù)結(jié)構(gòu)做主體結(jié)構(gòu)的一部分；

(2)開(kāi)挖深度大于10 m；

(3)與臨近建筑物，重要設(shè)施的距離在開(kāi)挖深度以內(nèi)；

(4)基坑范圍內(nèi)有歷史文物、近代優(yōu)秀建筑、重要管線等需嚴(yán)加保護(hù)的基坑。

對(duì)照上述要求，本工程基坑為一級(jí)基坑，執(zhí)行一級(jí)基坑監(jiān)測(cè)的有關(guān)要求。

3監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)圖紙、《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50497—2009)[4]、《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(GB 50911—2013)要求[5]，并結(jié)合工程監(jiān)測(cè)等級(jí)情況，確定監(jiān)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。

表1　西廣場(chǎng)綜合體基坑工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

4監(jiān)測(cè)成果分析

物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑于2014年1月中旬完成了監(jiān)測(cè)初始值測(cè)量工作，最終監(jiān)測(cè)于2015年1月20日結(jié)束，歷時(shí)1年；地鐵區(qū)間基坑于2014年7月12日取得監(jiān)測(cè)初始值，最終監(jiān)測(cè)于2014年11月18日結(jié)束，歷時(shí)4個(gè)月。

4.1樁(坡)頂水平位移監(jiān)測(cè)

(1)物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑樁(坡)頂水平位移

物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑樁(坡)頂共布設(shè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)50個(gè)，監(jiān)測(cè)實(shí)施過(guò)程中共有2次監(jiān)測(cè)報(bào)警情況，一次為累計(jì)位移量超出監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)(30 mm)，另一次則是連續(xù)2天變形速率超過(guò)了3 mm/d的要求。

①累計(jì)位移超限情況分析

圖2為累計(jì)變形超限點(diǎn)WY39和WY40的位移-時(shí)程變化曲線，從圖2中可以看出，WY39向坑內(nèi)的累計(jì)位移量為48 mm，WY40累計(jì)位移量則達(dá)到了77 mm。2014年3月，該區(qū)域土方開(kāi)挖，樁頂位移也逐漸顯現(xiàn)。7月20日，WY40累計(jì)變形量為31.6 mm；8月13日，WY39累計(jì)變形量為33 mm，超出監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值(30 mm)。超出監(jiān)測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)后，兩點(diǎn)的位移量繼續(xù)增大，于9月20日變形速率逐漸減小，并最終趨于穩(wěn)定。

圖2　位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)WY39、WY40位移-時(shí)程變化曲線

原因分析：該處圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特殊性及樁間錨索安裝質(zhì)量是發(fā)生較大變形的首要原因，圖3為該區(qū)域支護(hù)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置情況。由于地下人行通道基礎(chǔ)的存在，WY39與WY40間約10 m距離內(nèi)無(wú)法打樁，鋼梁及樁間錨索的安裝，也未能很好地起到控制變形的作用。2014年6月至9月，唐山暴雨天氣時(shí)常來(lái)臨，在一定程度上加劇了位移變化。在此期間，參建各方啟動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)急預(yù)案，加密監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)反饋?zhàn)冃涡畔?，采取清理坑邊渣土、?chǎng)地硬化等一系列工程措施，最終使該區(qū)域變形趨于穩(wěn)定。

圖3　累計(jì)變形超限區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意

②變形速率超限情況分析

2015年1月，基坑西側(cè)汽車運(yùn)土坡道處土方進(jìn)行最后清理。土方清理前，在坡道對(duì)應(yīng)區(qū)域冠梁頂又補(bǔ)設(shè)了兩個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)(WY43-1、WY43-2)，并于1月3日完成初始值測(cè)量。1月5日數(shù)據(jù)顯示，WY43-1位移量為9.2 mm、WY43-2位移量為11.9 mm；1月6日數(shù)據(jù)顯示，WY43-1位移量為10.8 mm、WY43-2位移量則達(dá)到了22.3 mm，兩點(diǎn)的變形速率大大超過(guò)了控制指標(biāo)要求，圖4為WY43-1和WY43-2位移-時(shí)程曲線。

圖4　WY43-1、WY43-2位移-時(shí)程曲線

原因分析：在第一道錨索未張拉力預(yù)應(yīng)力的情況下，下層土方超挖是導(dǎo)致樁頂位移速率超限的首要原因。另外，監(jiān)測(cè)點(diǎn)WY43-2的外側(cè)堆積了大量鋼梁，使得該區(qū)域的樁體受到了更大的側(cè)向壓力，WY43-2位移變形也更加顯著。監(jiān)測(cè)報(bào)警后，施工方于1月6日晚立即進(jìn)行了第一道錨索預(yù)應(yīng)力張拉，并將鋼梁吊離基坑安全影響范圍。1月7日監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，樁體受到錨索作用力后，又向坑外移動(dòng)了3～4 mm。

(2)地鐵區(qū)間基坑樁頂水平位移

地鐵區(qū)間樁頂共布置14個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，南、北側(cè)各7個(gè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，地鐵區(qū)間基坑樁頂向坑內(nèi)發(fā)生了不同程度的位移，但變形量均在控制范圍內(nèi)，未出現(xiàn)報(bào)警情況。其中區(qū)間南側(cè)鉆孔樁頂向坑內(nèi)最大位移量為6 mm，區(qū)間北側(cè)鉆孔樁位移較南側(cè)顯著，最大位移量為12 mm，這是因?yàn)榇笮偷踯嚨跹b、土方運(yùn)輸?shù)仁┕ぞ趨^(qū)間北側(cè)樁外完成的緣故。

4.2樁體深層水平位移(傾斜)監(jiān)測(cè)

(1)物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑樁體傾斜

物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑?xùn)|、西兩側(cè)共布設(shè)樁體測(cè)斜孔27個(gè)，編號(hào)為CX01～CX27。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，與樁頂監(jiān)測(cè)點(diǎn)WY40在同一斷面的測(cè)斜孔CX19向基坑內(nèi)發(fā)生了較大的傾斜，其中管口處向坑內(nèi)位移最大，累計(jì)位移量為57.3 mm，已超出監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值(30 mm)。CX19傾斜變化過(guò)程與WY40位移發(fā)生過(guò)程一致，圖5為CX19的樁體位移-時(shí)程曲線。

圖5　測(cè)斜孔CX19的樁體位移-時(shí)程曲線

仔細(xì)對(duì)比CX19管口位移量與WY40位移量可以發(fā)現(xiàn)，雖然CX19管口與WY40點(diǎn)位相鄰，但其變形量有一定差別，除測(cè)量方式、測(cè)量誤差等影響因素外，更重要的一個(gè)原因是CX19滑道并不是嚴(yán)格垂直于基坑方向，而是有一個(gè)約為20°的夾角，若經(jīng)過(guò)角度改正，CX19管口位移量與WY40位移量基本吻合。在此，對(duì)滑道近似垂直基坑的測(cè)斜孔與同斷面處樁頂位移點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，見(jiàn)表2。

由表2可知，滑道近似垂直基坑的測(cè)斜孔，其管口位移量與同斷面樁頂位移點(diǎn)位移量基本一致，兩者起到相互校核的作用，為數(shù)據(jù)分析和風(fēng)險(xiǎn)管理提供了有益幫助。

(2)地鐵區(qū)間基坑樁體傾斜

地鐵區(qū)間測(cè)斜孔與樁頂位移布置于同一斷面處，共14個(gè)測(cè)斜孔。各測(cè)斜孔變形量均在1 cm之內(nèi)，樁體傾斜變形趨勢(shì)與樁頂位移變化一致，呈現(xiàn)出了北側(cè)變形大、南側(cè)變形小的特點(diǎn)，出現(xiàn)這種情況的原因，前面已進(jìn)行了分析說(shuō)明。

表2　同斷面測(cè)斜孔(管口)與樁頂位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形量對(duì)比　mm

4.3樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測(cè)

樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)與水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共點(diǎn)，物業(yè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目基坑樁(坡)頂豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)50個(gè)，地鐵區(qū)間基坑樁頂豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)14個(gè)。豎向位移監(jiān)測(cè)可采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量、電子測(cè)距儀三角高程測(cè)量、靜力水準(zhǔn)測(cè)量等方法[5-6]，本項(xiàng)目冠梁頂面安裝了1.2 m高的護(hù)欄，不便使用水準(zhǔn)測(cè)量，故采用全站儀自由設(shè)站三角高程測(cè)量方法。監(jiān)測(cè)實(shí)施期間采取以下措施提高三角高程測(cè)量精度：

(1)徠卡TS15全站儀，測(cè)角精度±1＂，測(cè)角精度±(1+1.5×10-6×D) mm。

(2)不量?jī)x器高的后方交會(huì)設(shè)站方式，基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)采用強(qiáng)制對(duì)中標(biāo)志，保證后方交會(huì)時(shí)的站點(diǎn)高程中誤差≤0.7 mm。

(3)劃分測(cè)區(qū)，固定測(cè)站位置，保證每站最遠(yuǎn)視線長(zhǎng)度不大于250 m，視線垂直角不大于10°。

(4)采用徠卡GPR1大反射面測(cè)量棱鏡，并保證各監(jiān)測(cè)期次使用同一棱鏡。

(5)盡量避免在霧霾等惡劣氣象條件下開(kāi)展外業(yè)測(cè)量工作。

對(duì)最終監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樁頂豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)中既有隆起又有沉降，其中隆起點(diǎn)約占監(jiān)測(cè)點(diǎn)總數(shù)的70%，最大隆起量為10.9 mm；沉降點(diǎn)中，最大沉降量為3.5 mm。這是由于基坑的開(kāi)挖卸載引起坑底土體回彈，以及圍護(hù)樁一側(cè)土體側(cè)限的解除，從而帶動(dòng)圍護(hù)樁發(fā)生向上位移[7]。

4.4錨索及土釘內(nèi)力監(jiān)測(cè)

本項(xiàng)目共安裝錨索測(cè)力計(jì)50個(gè)，土釘測(cè)力計(jì)57個(gè)。錨索及土釘測(cè)力計(jì)頻率測(cè)量方式有兩種：一般區(qū)域使用振弦式頻率讀數(shù)儀到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量的方式；基坑中部受力較大區(qū)域采用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，在線傳輸，大大提高了工作效率。

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，土方開(kāi)挖、地下結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，錨索預(yù)應(yīng)力損失較多。錨索應(yīng)力損失的因素主要包括錨索作用區(qū)地層性質(zhì)引起的應(yīng)力損失、長(zhǎng)期受荷的鋼材徐變引起的應(yīng)力損失及錨固混凝土徐變引起的應(yīng)力損失等。土釘內(nèi)力監(jiān)測(cè)：各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量在監(jiān)測(cè)過(guò)程中變化不大，這與土釘測(cè)力計(jì)的焊接方式有直接的關(guān)系。

4.5周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)

工程施工過(guò)程中，按照既定監(jiān)測(cè)頻次，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，工程施工對(duì)周邊環(huán)境的影響較小，其中津秦高鐵軌道結(jié)構(gòu)采用軌檢小車進(jìn)行測(cè)量，軌距、高低、長(zhǎng)短波等各項(xiàng)軌道幾何狀態(tài)指標(biāo)良好。

5數(shù)據(jù)管理

本工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多，監(jiān)測(cè)頻率大，數(shù)據(jù)量大，若采用傳統(tǒng)人工數(shù)據(jù)管理，極易出現(xiàn)錯(cuò)誤，且不利于監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形的時(shí)程分析。結(jié)合本項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)了《深基坑安全監(jiān)測(cè)信息化管理系統(tǒng)》，實(shí)現(xiàn)了海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、自動(dòng)報(bào)警及監(jiān)測(cè)成果的信息化傳遞等多項(xiàng)功能(如圖6)。

圖6　深基坑安全監(jiān)測(cè)信息化管理系統(tǒng)

6結(jié)論

(1)監(jiān)測(cè)方案設(shè)計(jì)時(shí)，除重點(diǎn)考慮基坑中間部位、陽(yáng)角部位、深度變化部位外，還應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)體系是否還存在一些特殊部位，這些特殊部位往往又是變形易發(fā)的部位，必須布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(2)測(cè)點(diǎn)布設(shè)時(shí)，不同監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量布置于同一斷面上，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目變形數(shù)據(jù)可以起到相互校核的作用，也可為變形數(shù)據(jù)綜合分析和風(fēng)險(xiǎn)管理提供有益幫助。

(3)基坑超挖施工將顯著增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，對(duì)基坑變形的控制產(chǎn)生不利影響。另外，基坑外部超載作用對(duì)基坑的變形影響顯著。所以基坑工程施工期間，必須杜絕超挖、超載現(xiàn)象。

(4)當(dāng)豎向位移監(jiān)測(cè)不便使用水準(zhǔn)測(cè)量，而采用三角高程測(cè)量方法時(shí)，須結(jié)合工程項(xiàng)目特點(diǎn)，采取多種措施來(lái)提高三角高程測(cè)量精度，否則監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將無(wú)法真實(shí)反映結(jié)構(gòu)豎向位移變形情況。

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收稿日期：2016-02-29

作者簡(jiǎn)介：郭新德(1984—)，男，2008年畢業(yè)于解放軍測(cè)繪學(xué)院測(cè)繪工程專業(yè)，工程師。

文章編號(hào)：1672-7479(2016)03-0024-04

中圖分類號(hào)：TU433

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Construction Monitoring Results Analysis and Discussion of the Tangshan Railway Station West Square Complex Project

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