广州地区花岗岩残积土中地铁深基坑开挖的变形分析及对策.doc

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1、广州地区花岗岩残积土中地铁深基坑开挖的变形分析及对策　　摘要：目前，广州地铁建设正在向广州东部地区延伸，面对广州东部地区广泛分布的花岗岩残积土的特殊性质，如何提前预防风险、科学推进工程的开展一直是大家普遍关注的问题。文章以花岗岩残积土的性质为立足点，通过在花岗岩残积土地层中开挖的某基坑为例，对开挖过程中的风险进行分析，并探讨相应对策以及其合理性。　　关键词：深基坑；花岗岩残积土；变形分析　　1花岗岩残积土的成因及工程特性　　1.1花岗岩残积土的成因和分布情况　　花岗岩残积土主要为花岗岩和混合花岗岩节理发育，经过物理风化和化

2、学风化后残留在原地的碎屑物。花岗岩的主要成分是石英、长石、云母以及角闪石，质地坚硬，性质均一。但是因长石和云母具有节理，在热胀冷缩过程中，花岗岩表面容易产生裂隙，且因南方气候温润湿暖，雨量充沛，化学风化作用强烈，占花岗岩主要成分的长石在水、空气等的作用下发生水解和酸化，最终风化成土。花岗岩残积土通常表现为砂砾质土、砂质粘性土以及粘性土组成的混合体。　　花岗岩广泛分布在福建、广东以及湘、赣一带。在闽、粤地区，花岗岩的出露面积占全国花岗岩总出露面积的30%～40%。　　1.2主要工程特性　　花岗岩残积土在天然状态下，强度较高，

3、但具有如下特性：　　不均匀性：花岗岩残积土的颗粒级配的分布特征表现为“两头大、中间小”，即粗颗粒（粒经大于0.5mm）以及细颗粒（粒径小于0.005mm）的颗粒含量较多，中间颗粒含量较少，由粗粒构成土骨架，粗粒之间主要由游离氧化物包裹以及填充实现联结，孔隙比较大。或来自原岩矿物性质，又具有砂性土的性质。且由于花岗岩中的岩脉抵抗风化的能力具有差异性，导致花岗岩残积土还具有显著各向异性，原生及次生结构面强度显著低于土体的强度。工程性质复杂。　　软化性：花岗岩残积土中含有较多的可溶于水的游离氧化物，在土体中起胶结作用。当土体的含

4、水量增加时，这些游离氧化物的溶于水，胶结作用丧失，土体强度随之降低，压缩性相应增大。　　崩解性：经崩解试验研究，可知花岗岩残积土只需要在水中浸泡10min左右，就会快速地崩解，并呈散粒状、片状或块状剥落崩解的状态。　　2工程实例分析　　2.1设计概况　　广州市轨道交通二十一号线某区间中间风井位于广汕公路北侧，也作为盾构始发井，结构占用公路北侧绿化带、辅道及空地。交通疏解后，围护结构距离公路最近距离为5.2m。　　（1）工程地质情况描述。目前提供的工程勘探资料表明，场地工程地质相对复杂，基坑开挖所涉及到的地层从上到下依次为：

5、杂填土层、中粗砂层、粉质粘土层、花岗片麻岩可塑状残积土层、花岗片麻岩硬塑状残积土层、花岗片麻岩岩石全风化带、花岗片麻岩岩石强风化带。　　地下水位平均埋深2～3m，基岩风化裂隙水发育。　　（2）施工情况概述。中间风井平均开挖深度约达到20.48m，且基坑下方为花岗岩残积土，中间风井基坑内土方共计4层，从上到下层高依次为4.23m、5.5m、5.75m、5m，基坑第1～3层土方开挖深度为1m～16.6m，土方开挖工况统计详如表1所示。　　基坑共计1040平方米，考虑到降水需要，基坑内共设置2口降水井，单口降水井降水范围约为20

6、0平方米。基坑共设置4道支撑，其中第1道支撑为混凝土支撑，第2道、第3道以及第4道斜撑为混凝土支撑，直撑为钢支撑。　　基坑共设置8个墙体水平位移监测孔、4个土体水平位移监测孔、2个立柱沉降监测孔、10个混凝土支撑轴力监测计、9个钢支撑轴力计，另外还设置有墙顶水平位移监测孔、坑外地下水位监测孔、地面沉降监测孔、管线沉降监测孔、房屋沉降监测孔等，监测点布置如图1所示。　　施工过程中，正值当地雨季，施工单位严格按照施工方案执行。　　2.2监测情况及变形规律分析　　2.2.1墙体水平位移。　　J05位于基坑东侧中部连续墙上，现以该

7、点为研究对象进行围护结构变形分析。基坑从基坑东侧土方开挖及支撑架设期间，其水平位移变化情况如图2所示。　　由上述监测情况，可以看出：（1）在开挖第1～3层土方的过程中，J05所在的墙体在开挖面位置持续向基坑内位移，连续墙墙顶持续向基坑外位移，并且随着基坑开挖深度增加，地下连续墙在开挖期间变形速率及变化量不断增大。支撑架设之后，墙体变形趋于稳定。墙体测斜变化情况符合连续墙变形规律。（2）在开挖至最后一层土方时，连续墙水平位移监测数据显示连续墙发生整体向基坑外倾斜的情况，且在墙顶变化速率较大。结合支撑轴力的监测情况，第一道轴力

8、以及第二道支撑轴力未明显减小，与此相反，最下面一道支撑轴力明显增大。通过与墙顶位移监测点监测数值进行对比，可判定连续墙出现踢脚变形。（3）基坑进行最后一层土方开挖至垫层浇筑完成期间，连续墙持续发生踢脚形变，且变化速率较大（一般为3mm～5mm），至垫层浇筑完成后，连续墙踢脚变形速率逐渐趋于稳定（每天位移