郭新德

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)



唐山火车站西广场综合体项目施工监测成果分析与探讨

郭新德

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津300251)

摘要介绍唐山火车站西广场综合体项目施工监测的主要内容并对监测成果进行分析，结合桩顶位移监测数据、桩体深层水平位移数据的对比情况，重申了同断面布点的重要意义。结合实际经验，提出了提高三角高程竖向位移监测精度的有效控制措施。

关键词综合体项目施工监测成果分析

火车站向来都是城市“节点”，是联系城际交通与市内交通的枢纽，许多大型车站与传统火车站相比，其兴建都出现了向“综合体”转变的新趋势[1]。这改变了以往单纯的对外交通集散功能，更注重城市商业、文化以及各种现代商务的综合功能，实现了火车站与城市的高效衔接。

这类车站综合体项目基坑工程一般都具有开挖面积大、开挖深度深、形状复杂、支护结构形式多样和周边环境保护要求严格等特点，再加上工程地质条件的复杂性、围岩与围护结构相互作用的复杂性，使理论分析与实际情况很难准确吻合，有必要通过信息化监测，及时反馈施工并修正设计，确保地下工程施工和周围环境的安全。

1工程概况

唐山火车站西广场综合体项目是唐山城市建设的重点工程之一，也是唐山站现代化交通枢纽的重要组成部分。本项目位于新建唐山火车站西广场一侧，工程西侧毗邻市政一号路，东侧与火车站站房及匝道桥相邻[2]。

工程基坑长约310 m、宽约210 m，面积达到了67 945 m2，包含物业开发项目基坑和250 m长的预留地铁区间基坑。其中物业开发项目基坑一般区域深度为12.63 m，局部为14.03 m；地铁区间基坑深度达到了17.30 m。西广场基坑边缘距离唐山站站房的最近距离约为33 m，距离火车站西高架桥及匝道距离仅为12 m(见图1)。

图1　工程及周边环境示意

物业开发项目基坑东、西两侧支护采用钻孔灌注桩+锚索支护体系，普通地段沿竖向设置3道预应力锚索，地铁区间对应位置设置4道预应力锚索；南、北两侧采用复合土钉墙支护体系，沿边坡共设置6排土钉，2道预应力锚索。地铁区间基坑采用钻孔灌注桩+钢支撑支护体系，并在冠梁内侧设一道钢支撑。

场地地层主要为第四纪全新统和上更新统陆相冲洪积形成的冲、洪积物。基坑深度范围对应地层从上至下依次为耕土、杂填土、粉土、细砂、粉质黏土、细砂、粉质黏土。场地内存在含水量相对丰富的上层滞水层，滞水水位埋深平均值约9.50 m，高差约3.50 m，该水层对基坑开挖施工及基坑的安全有很大影响。场区地下潜水埋深在14.60～16.30 m，该层水水位受气候及农田灌溉影响较大，年变化幅度约2.00 m。

2监测等级

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)对基坑等级进行了划分，符合下列情况之一的为一级基坑[3]：

(1)重要工程或支护结构做主体结构的一部分；

(2)开挖深度大于10 m；

(3)与临近建筑物，重要设施的距离在开挖深度以内；

(4)基坑范围内有历史文物、近代优秀建筑、重要管线等需严加保护的基坑。

对照上述要求，本工程基坑为一级基坑，执行一级基坑监测的有关要求。

3监测项目

根据监测设计图纸、《建筑基坑工程监测技术规范》(GB 50497—2009)[4]、《城市轨道交通工程监测技术规范》(GB 50911—2013)要求[5]，并结合工程监测等级情况，确定监测项目如表1所示。

表1　西广场综合体基坑工程监测项目

4监测成果分析

物业开发项目基坑于2014年1月中旬完成了监测初始值测量工作，最终监测于2015年1月20日结束，历时1年；地铁区间基坑于2014年7月12日取得监测初始值，最终监测于2014年11月18日结束，历时4个月。

4.1桩(坡)顶水平位移监测

(1)物业开发项目基坑桩(坡)顶水平位移

物业开发项目基坑桩(坡)顶共布设水平位移监测点50个，监测实施过程中共有2次监测报警情况，一次为累计位移量超出监测控制标准(30 mm)，另一次则是连续2天变形速率超过了3 mm/d的要求。

①累计位移超限情况分析

图2为累计变形超限点WY39和WY40的位移-时程变化曲线，从图2中可以看出，WY39向坑内的累计位移量为48 mm，WY40累计位移量则达到了77 mm。2014年3月，该区域土方开挖，桩顶位移也逐渐显现。7月20日，WY40累计变形量为31.6 mm；8月13日，WY39累计变形量为33 mm，超出监测项目控制值(30 mm)。超出监测控制标准后，两点的位移量继续增大，于9月20日变形速率逐渐减小，并最终趋于稳定。

图2　位移监测点WY39、WY40位移-时程变化曲线

原因分析：该处围护结构的特殊性及桩间锚索安装质量是发生较大变形的首要原因，图3为该区域支护结构及监测点的设置情况。由于地下人行通道基础的存在，WY39与WY40间约10 m距离内无法打桩，钢梁及桩间锚索的安装，也未能很好地起到控制变形的作用。2014年6月至9月，唐山暴雨天气时常来临，在一定程度上加剧了位移变化。在此期间，参建各方启动监测应急预案，加密监测频率，及时反馈变形信息，采取清理坑边渣土、场地硬化等一系列工程措施，最终使该区域变形趋于稳定。

图3　累计变形超限区支护结构及监测点示意

②变形速率超限情况分析

2015年1月，基坑西侧汽车运土坡道处土方进行最后清理。土方清理前，在坡道对应区域冠梁顶又补设了两个位移监测点(WY43-1、WY43-2)，并于1月3日完成初始值测量。1月5日数据显示，WY43-1位移量为9.2 mm、WY43-2位移量为11.9 mm；1月6日数据显示，WY43-1位移量为10.8 mm、WY43-2位移量则达到了22.3 mm，两点的变形速率大大超过了控制指标要求，图4为WY43-1和WY43-2位移-时程曲线。

图4　WY43-1、WY43-2位移-时程曲线

原因分析：在第一道锚索未张拉力预应力的情况下，下层土方超挖是导致桩顶位移速率超限的首要原因。另外，监测点WY43-2的外侧堆积了大量钢梁，使得该区域的桩体受到了更大的侧向压力，WY43-2位移变形也更加显著。监测报警后，施工方于1月6日晚立即进行了第一道锚索预应力张拉，并将钢梁吊离基坑安全影响范围。1月7日监测数据显示，桩体受到锚索作用力后，又向坑外移动了3～4 mm。

(2)地铁区间基坑桩顶水平位移

地铁区间桩顶共布置14个位移监测点，南、北侧各7个。监测数据显示，地铁区间基坑桩顶向坑内发生了不同程度的位移，但变形量均在控制范围内，未出现报警情况。其中区间南侧钻孔桩顶向坑内最大位移量为6 mm，区间北侧钻孔桩位移较南侧显著，最大位移量为12 mm，这是因为大型吊车吊装、土方运输等施工均在区间北侧桩外完成的缘故。

4.2桩体深层水平位移(倾斜)监测

(1)物业开发项目基坑桩体倾斜

物业开发项目基坑东、西两侧共布设桩体测斜孔27个，编号为CX01～CX27。监测数据显示，与桩顶监测点WY40在同一断面的测斜孔CX19向基坑内发生了较大的倾斜，其中管口处向坑内位移最大，累计位移量为57.3 mm，已超出监测项目控制值(30 mm)。CX19倾斜变化过程与WY40位移发生过程一致，图5为CX19的桩体位移-时程曲线。

图5　测斜孔CX19的桩体位移-时程曲线

仔细对比CX19管口位移量与WY40位移量可以发现，虽然CX19管口与WY40点位相邻，但其变形量有一定差别，除测量方式、测量误差等影响因素外，更重要的一个原因是CX19滑道并不是严格垂直于基坑方向，而是有一个约为20°的夹角，若经过角度改正，CX19管口位移量与WY40位移量基本吻合。在此，对滑道近似垂直基坑的测斜孔与同断面处桩顶位移点进行对比分析，见表2。

由表2可知，滑道近似垂直基坑的测斜孔，其管口位移量与同断面桩顶位移点位移量基本一致，两者起到相互校核的作用，为数据分析和风险管理提供了有益帮助。

(2)地铁区间基坑桩体倾斜

地铁区间测斜孔与桩顶位移布置于同一断面处，共14个测斜孔。各测斜孔变形量均在1 cm之内，桩体倾斜变形趋势与桩顶位移变化一致，呈现出了北侧变形大、南侧变形小的特点，出现这种情况的原因，前面已进行了分析说明。

表2　同断面测斜孔(管口)与桩顶位移监测点变形量对比　mm

4.3桩(坡)顶竖向位移监测

桩(坡)顶竖向位移监测点与水平位移监测点共点，物业开发项目基坑桩(坡)顶竖向位移监测点50个，地铁区间基坑桩顶竖向位移监测点14个。竖向位移监测可采用几何水准测量、电子测距仪三角高程测量、静力水准测量等方法[5-6]，本项目冠梁顶面安装了1.2 m高的护栏，不便使用水准测量，故采用全站仪自由设站三角高程测量方法。监测实施期间采取以下措施提高三角高程测量精度：

(1)徕卡TS15全站仪，测角精度±1＂，测角精度±(1+1.5×10-6×D) mm。

(2)不量仪器高的后方交会设站方式，基准点、工作基点采用强制对中标志，保证后方交会时的站点高程中误差≤0.7 mm。

(3)划分测区，固定测站位置，保证每站最远视线长度不大于250 m，视线垂直角不大于10°。

(4)采用徕卡GPR1大反射面测量棱镜，并保证各监测期次使用同一棱镜。

(5)尽量避免在雾霾等恶劣气象条件下开展外业测量工作。

对最终监测数据进行分析，发现桩顶竖向位移监测点中既有隆起又有沉降，其中隆起点约占监测点总数的70%，最大隆起量为10.9 mm；沉降点中，最大沉降量为3.5 mm。这是由于基坑的开挖卸载引起坑底土体回弹，以及围护桩一侧土体侧限的解除，从而带动围护桩发生向上位移[7]。

4.4锚索及土钉内力监测

本项目共安装锚索测力计50个，土钉测力计57个。锚索及土钉测力计频率测量方式有两种：一般区域使用振弦式频率读数仪到现场进行测量的方式；基坑中部受力较大区域采用自动化监测设备进行实时测量，在线传输，大大提高了工作效率。

监测数据显示，土方开挖、地下结构施工过程中，锚索预应力损失较多。锚索应力损失的因素主要包括锚索作用区地层性质引起的应力损失、长期受荷的钢材徐变引起的应力损失及锚固混凝土徐变引起的应力损失等。土钉内力监测：各监测点累计变化量在监测过程中变化不大，这与土钉测力计的焊接方式有直接的关系。

4.5周边环境监测

工程施工过程中，按照既定监测频次，对周边环境进行定期监测。监测数据显示，工程施工对周边环境的影响较小，其中津秦高铁轨道结构采用轨检小车进行测量，轨距、高低、长短波等各项轨道几何状态指标良好。

5数据管理

本工程监测项目多，监测频率大，数据量大，若采用传统人工数据管理，极易出现错误，且不利于监测点变形的时程分析。结合本项目，开发了《深基坑安全监测信息化管理系统》，实现了海量监测数据管理、数据分析、数据查询、自动报警及监测成果的信息化传递等多项功能(如图6)。

图6　深基坑安全监测信息化管理系统

6结论

(1)监测方案设计时，除重点考虑基坑中间部位、阳角部位、深度变化部位外，还应结合项目特点，分析支护结构体系是否还存在一些特殊部位，这些特殊部位往往又是变形易发的部位，必须布设监测点。

(2)测点布设时，不同监测项目监测点应尽量布置于同一断面上，各监测项目变形数据可以起到相互校核的作用，也可为变形数据综合分析和风险管理提供有益帮助。

(3)基坑超挖施工将显著增加围护结构的变形，对基坑变形的控制产生不利影响。另外，基坑外部超载作用对基坑的变形影响显著。所以基坑工程施工期间，必须杜绝超挖、超载现象。

(4)当竖向位移监测不便使用水准测量，而采用三角高程测量方法时，须结合工程项目特点，采取多种措施来提高三角高程测量精度，否则监测数据将无法真实反映结构竖向位移变形情况。

参考文献

[1]王腾，卢济威.火车站综合体与城市催化-以上海南站为例[J].城市规划学刊，2006(4)

[2]铁道第三勘察设计院集团有限公司.唐山火车站西广场综合体项目及周边设施施工监测方案[R].唐山：铁道第三勘察设计院，2014

[3]GB 50202—2002建筑地基基础工程施工质量验收规范[S]

[4]GB 50497—2009建筑基坑工程监测技术规范[S]

[5]GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范[S]

[6]JGJ 8—2007建筑变形测量规范[S]

[7]张建全.北京某深基坑工程施工监测与成果分析[J].工程勘察，2010(2)

[8]白云贵，杨雪峰，周凌焱，等.基于自由测站的基坑水平位移监测精度探讨[J].铁道勘察，2013，39(6)

[9]林作忠.某引发地铁隧道变形的深基坑抢险复工设计[J].铁道勘察，2014(4)

收稿日期：2016-02-29

作者简介：郭新德(1984—)，男，2008年毕业于解放军测绘学院测绘工程专业，工程师。

文章编号：1672-7479(2016)03-0024-04

中图分类号：TU433

文献标识码：A

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

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