2.1 工程概况
窦官基坑项目位于贵阳市观山湖区,长约440 m,宽约60 m,开挖深度约为9.5~12 m,基坑南侧及西侧紧邻轨道交通1号线,AB段为轨道交通1号线挡墙,BC段有轨道交通1号线高架桥(如图2所示).AB段及BC段高架桥墩台位置在基坑边界线外设置双排桩,并采用冠梁、连梁进行连接,冠梁及连梁宽为1.4 m,冠梁高1 m,连梁高1.2 m,排桩直径1.4 m; AB段考虑变形控制要求,排桩间距为2.2 m,排距为2.3 m,其余位置排桩间距为2.6 m,排距为2.5 m,排桩桩间采用桩间板进行封闭处治,厚度为20 cm,见图4窦官基坑典型断面1.
图4 窦官基坑典型断面1
Fig.4 Typical section of Douguan foundation pit 1
根据钻探揭露情况,场地上覆土层主要有第四系杂填土及残坡积层红黏土,厚度为11~16 m,下伏基岩为三叠系下统大冶组深灰、灰色,薄~中厚层灰岩,局部含泥质.
为了准确地掌握基坑开挖的变形变化特征,在了解基坑地形地貌、工程地质、水文地质条件等基础上,结合先进的分布式光纤传感技术和常规监测手段,分别对基坑的应力应变场、变形场进行监测,而左侧18#墩为轨道路基与桥梁衔接位置,且该位置覆盖层厚度相对较大,支护桩受基坑开挖受力相对敏感,故选取距轨道桥梁18#墩左侧2.3 m的双排桩进行监测,支护桩参数见表1所示.
表1 支护桩参数取值
Tab.1 Parameter values of supporting pile
2.2 基坑开挖过程光纤监测
图5为光缆在双排支护桩前、后排桩的布设图.光缆在后排桩及前排桩内各埋设U1、U2回路,绑扎在支护桩受侧向土压力方向上迎土侧和背土侧的主筋上,U1、U2回路串联外接光纤调制解调仪.
图5 支护桩桩内光缆布设图
Fig.5 Optical cable layout diagram in the supporting pile
支护桩的混凝土保护层厚度为5 cm,钢筋笼半径为65 cm,故绑扎在单桩前后对称主筋上的光纤间距△x为130 cm,U1、U2回路有效测试长度为13.5 m,为距桩顶0.5~14 m范围内.混凝土浇筑完全凝结后,应变光缆与支护桩实现完全耦合、协调变形.光纤现场绑扎、熔接及测试见图6.
图6 现场测试图
Fig.6 Field test diagram
2.3 光纤测试结果分析
基坑双排圆形支护桩浇筑完成后,至2020年12月30日,共对支护桩的桩身应变有效监测7次,通过光纤调制解调仪分别读取桩身的测试数据,经式(1)换算整理得桩身应变曲线,图7为后排桩身应变曲线,图8为前排桩桩身应变曲线.
图7 后排桩应变分布曲线
Fig.7 Strain distribution curve of the rear piles
图8 前排桩应变分布曲线
Fig.8 Strain distribution curve of front row piles
(1)后排桩光纤测试
在整个基坑开挖阶段,桩身在土压力作用下,受弯变形,轴向上产生较大的拉应变,2019年12月初基坑开挖全部见底,后排桩最大应变量达156×10-6,且趋于稳定.
(2)前排桩测试光纤
在基坑开挖初期,前排桩受后排桩通过连系梁传递的力的作用,受压变形,随着基坑的开挖,前排桩悬臂长度增加,逐渐受桩间土压力作用,受弯变形,拉应变增大,最大拉应变达100×10-6.
(3)对比分析前后排桩的应变分布曲线,基坑开挖初期,后排支护桩直接承受基坑侧向土压力,通过系梁,前排支护桩间接分担少部分土压力,后排桩身应变大于前排桩身应变,而随基坑挖至基底,前后排桩存在桩间土,前排桩逐渐分担后排桩所受土压力,前排桩应变增大,而后排桩应变趋于平稳.
在该过程中,桩土应力在不断地重分布,至基坑开挖完成后,前后桩变形基本稳定,表明了双排圆形支护桩起到了很好的基坑支护效果.
2.4 基坑开挖过程深层位移监测
根据基坑特点,支护桩中测斜孔重点选择了A97双排支护桩,布置了JCK1在前排桩内,监测孔深14.5 m,位置如上图4所示,主要是用以观测基坑开挖过程中基坑支护结构的稳定性及变形位移量与时间关系,分析基坑开挖变形是否收敛及稳定性评价[14].
据深层位移监测曲线—时间曲线,见图9.基坑支护桩等结构施工完成后,基坑AC侧施工监测结果显示:2019年3月受基坑初期开挖降水影响,支护桩桩顶位移缓慢增大; 2019年3月至5月,随着基坑进一步开挖,支护桩桩顶变形速率增大; 截止至2019年12月,基坑开挖已全部见底,变形趋于平稳,支护桩累计位移为2.3 mm,整体变形较小,基坑处于稳定状态.桩内测斜管的变形主要出现在桩身0~9 m范围内,该段位置相对变形较明显,该区域为受荷段,9~14.5 m范围内桩身变形趋于零,该区域为锚固段未发生明显变形.
通过对比分析前排桩的深层位移监测曲线与由分布式光纤监测桩身应变推算(式10)的桩身侧向位移曲线可知:两者曲线分布规律及数值大小基本一致,表明了光纤在基坑支护桩受力应变的长期监测中是有一定的可靠性和准确性的如图 10.
根据基坑施工过程的深层位移监测,可知AC侧基坑开挖变形到变形收敛的一个完整过程,基本上掌握了其变形规律,如变形位置、位移大小、速率及方向及稳定状况等,观测成果可以作为基坑安全监控的重要依据.
图9 深层位移监测曲线
Fig.9 Monitoring curve of deep-seated displacement
图 10 光纤测试侧向位移曲线
Fig.10 Lateral displacement curve of fiber test