深基坑施工周边建筑物保护--张士友

深基坑施工周边建筑物保护张士友（中交一航局第四工程有限公司第十三项目部）摘要：深基坑工程的风险因素从前期勘察、施工图设计和施工方案编制等阶段就已经存在并开始了积累，一旦进入施工所有潜藏的风险因素就开始显露出来，鉴于铁三院信息中心保护的重要性，在基坑施工前项目部便几次会同业主、设计、勘察、监测五方探讨三院办公楼的保护问题，提出以下几种控制措施，并在施工过程中系统分析监测数据，针对性的及时增加措施，不影响距车站地连墙外边仅7.8m铁三院办公楼的正常使用功能。关键词：深基坑；地层变形；建筑物保护1工程概况北站站位于河北区中山路西侧，紧邻天津铁路客货运中心天津北站，站位沿三马路大致呈东西走向，车站基坑大里程东侧为北站招待所，距基坑11.2m；小里程基坑南侧为铁三院办公楼，距车站地连墙外边仅7.8m；容和里居民楼，居民楼一角距基坑外侧6.5m；西侧为新建三栋9层海韵家园居民楼，均在基坑开挖受影响的范围内。车站平面尺寸：长197m，宽20.5m。围护结构标准段地连墙深度31.7m，厚度0.8m;端头井地连墙33.9m，厚度1.0m;换乘节点地连墙深度45.7m，厚度1.0m。利用与6号线换乘站地连墙将基坑分成三个小基坑，大里程侧08年11月4日封闭，2009年5月28号完成大里程盾构接收井的施工。小里程基坑及换乘段09年7月15日封闭，施工顺序见下图1。图1车站主体施工顺序2.工程难点分析根据北站站工程周边环境情况，工程实施期间需重点保护的建筑物有四处，主要有北站招待所，铁三院办公楼、容和里居民楼、海韵家园小区及铁通办公楼。2009大里程基坑已实施完毕，北站招待所沉降在控制范围内。在小里程基坑降水实验阶段，铁三院办公楼、容和里居民楼产生了不均匀沉降，尤其是铁三院办公楼，基坑降水实验仅实施3天，便沉降8.41mm情况不容乐观，铁三院与基坑位置关系及沉降数据见下图2。123456789101112131416171518192021222324252627282930Ⅰ区Ⅵ区Ⅴ区Ⅲ区Ⅱ区28.6524632727.45诱导缝0.81.91.96.556.26.55诱导缝诱导缝诱导缝诱导缝诱导缝27Ⅳ区1区挖土方向2区挖土方向4区挖土方向3区挖土方向6区挖土方向5区挖土方向三院楼房8至15号点累积沉降数据变化曲线图-7.34-7.62-7.6-7.54-7.36-7.1-7.1-6.55-3.32-3.44-3.54-3.61-3.4-0.15-20-10010208月26日8月28日8月30日9月1日9月3日9月5日9月7日变化量(mm)89101112131415图2铁三院办公楼与基坑关系及沉降数据1．水文地质情况较差。从地质报告研究分析，北站站大、小里程段基坑地质情况存在较大差异，未施工的小里程段地层含水的粉土层较厚，且左右线地质纵断面图显示地层分布不均，第一层微承压水层与第二层微承压水层之间的隔水层较薄，最小处1.1m，且呈透镜体状。埋深约为27.0～38.0m的第二层承压水层承压水水位4.12m，水头高度约22.9m,粉土、砂土的室内垂直渗透系数在10-3cm/s～10-1cm/s之间，室内水平渗透系数在10-4cm/s～10-1cm/s之间，透水性很强。第二层承压水层局部与埋深15～27m的含水层有水力联系，若不采取措施坑底将产生“突涌”情况或降水诱发周围建筑物过量沉降2.基坑周围建筑物铁三院办公楼十分重要，且年代久远，结构和基础较差，一旦有基坑施工产生地面沉降位移，对其影响较大。保护要求等级高。设计要求主体基坑施工安全等级为一级，地面最大沉降量≤0.1%H，铁三院要求房屋不均匀沉降1‰（规范要求3‰）即1.76cm。3.铁三院外侧车棚在业主前期拆迁范围内，但由于业主与三院在拆迁过程中没有达成共识，车棚保留至今，由于车棚未拆迁，三马路方向管线切改路由也调整至车棚与车站围护结构之间的2.6m空间内，给铁三院的保护工作又带来了更大的困难。3.保护措施根据以上情况分析，项目部几次会同业主、设计、勘察、监测五方探讨三院办公楼的保护问题，从三个阶段入手提出以下几种控制措施。3.1车站围护结构施工阶段设计方：提出设计变更将临近楼一侧的地连墙接头由锁口管改为十字钢板，增加墙体的整体刚度及接头的止水性能。降低因地连墙渗漏及侧向位移引起的基坑外地面沉降量。根据小里程基坑降水实验结果，并结合地质勘察报告，找出围护结构的设计缺陷，地连墙未隔断微承压水层，通过渗流稳定计算，将小里程基坑围护结构利用双高压旋喷桩止水帷幕加深至自然地面以下44.7m,其抗压强度不小于1.5MPa,渗透系数不大于10e-7cm/s。施工方：1、确保地下连续墙的施工质量，包括：泥浆指标控制、垂直度控制、防止挖槽塌方。特别是十字钢板接头的质量，严格履行施工报验程序，关键工序如地连墙接头处理，项目部施工管理人员做到100%全程旁站，有问题做记录，在车站围护结构施工中小里程有4幅存在问题的地连墙接头，在基坑开挖前均利用双管高压旋喷施工工艺进行了处理。3.2基坑降水及开挖阶段设计方：为了减小基坑围护结构降水及开挖阶段侧向位移，沿基坑深度方向增加一道钢支撑，根据理论计算基坑围护最大水平位移由24.2mm减小为16.6mm，临近基坑7m处楼房的地面沉降值由18mm减小为13mm，从设计上提高了基坑安全级别，降低对周边环境的影响。施工方：根据天津地铁3号线北站站地质资料和基坑数据，建立相应的数值计算模型。如图3，模型计算区域选取400m×400m，其中小里程抽水试验区域进行网格加密。根据地层情况，划分为11个土层，如图4，每层设置120×48=5760个节点，整个模型共63360个节点。在小里程基坑开挖前，依据工程现场地质和基坑工程建立数值模型，分别对之前小里程抽水试验和现阶段小里程抽水试验进行计算拟合，之后再对长期抽水进行计算预测，数值计算采用Plxis8.2软件，建立2维模型分析标准段降水及开挖对围护结构的影响。图3数值模型平面图图4数值模型地层分布图图5降水产生地面沉降放大图（mm）实施双高压旋喷之水帷幕后，有效的隔断了基坑内外水力联系，通过模型分析，预计基坑开挖时长期降水会导致坑外1cm地面沉降。项目部要在小里程基坑抽水试验的基础上，制定切实可行的降水方案。降水施工过程中要严格控制降水井的成井质量，在降水运行过程中，项目部要做好降水施工记录，并观测每口观测井的水质，泥沙含量大的水井停止使用，并重新打井。水质好的降水井要分层降水，并安装水表记录每天的出水量，根据20天的抽水记录来判断基坑围护结构施工质量，发现问题及时处理。降水井是深基坑施工的眼睛，直观的反映基坑围护结构隔水效果，应给予很好的保护，降水前先安装第一道钢支撑（如图6）防止因基坑内水位下降，围护结构内外侧产生压力差，而产生的围护结构向基坑内侧位移（图7）。图6降水前安装第一道支撑图7安装支撑后围护结构位移图基坑土方开挖按原方案为退台法开挖，自2月25日至3月8日期间观测数据显示盾构井段地连墙水平位移，靠近铁三院一侧13号测斜孔向基坑内侧位移11.16mm，远离铁三院一侧地连墙向基坑内侧变形很小，第一道撑位置有向基坑外侧1.64mm位移，如图7、8、9显示，此现象说明铁三院楼房对地面的附加荷载对基坑有影响，项目部根据此现象改变了挖土方式，实施先撑后挖方案，采用长臂挖机挖土，将土方均匀堆在基坑北侧，平面位置延基坑中轴线与三院形成对称分布，通过计算取铁三院楼房对地面产生4.5t/㎡的附加荷载，在基坑对侧将基坑开挖出的土方堆在基坑北侧，按松散土体容重1.6t/m³计算，控制堆土高度不超过2.8m，以平衡铁三院办公楼对形成的附加荷载，抑制基坑南侧外土体导向北侧的位移而产生的地面沉降，进而控制楼房随地面沉降而产生沉降。这样需要基坑支护结构有足够刚度强度。原设计中延基坑深度方向增加的一道撑起到了作用，经过在北侧堆土平衡南侧楼房产生的地面附加荷载后，基坑南侧地连墙位移得到有效控制，11、12号孔及9、10号孔位移基本成对称变形如图10。分段分层开挖。以两根支撑作为一个分层施工小段，每开挖6米长的一层土体，就及时安装钢支撑及施加预应力，整个小段施工时间控制在8～10小时内。图8地连墙测斜管平面布置图基坑910121113141615图93月8号13号点位移图图103月8号14号点位移图图11降水至开挖坑底部并开挖后11、12,9、10断面变形图3.3车站主体结构施工阶段主体结构施工阶段要严格按设计部署施工，将车站地下二层箱型结构结合钢支撑的分布位置划分成底板、地下二层柱、地下二层侧墙、地下二层侧墙及中板、地下一层柱、地下一层侧墙、地下一层侧墙及顶板七次进行浇注，施工过程中遵循基坑施工时空效应，基坑开挖出12m，立即浇筑混凝土垫层，一个工作面出来后，8天内浇筑混凝土底板，在底板施工过程中，要组织40名钢筋工，才能保证底板钢筋绑扎工作，施工时不能考虑人员窝工问题，底板施工结束后，可以按正常的施工定额安排施工人员。3.4主体结构施工完成后沉降控制在车站主体结构施工完成后，主体混凝土墙板混凝土对基坑围护结构变形的约束增强，由于围护结构位移对楼房沉降产生的影响大大降低，但是为防止结构上浮基坑内有3口降水井仍在进行抽水降压，待主体结构压顶梁施工完成达到设计强度后，及时进行封井作业。并将顶板上3.9m覆土及时回填分层碾压待土体沉降固结后，拆除第一道钢支撑，尽最大可能降低施工对楼房沉降造成的影响。3.5施工全过程内外跟踪监测为确保观测数据的真实可靠及权威性，在项目部自主观测的同时，建设单位及铁三院均对建筑物进行了沉降及平面位移观测，在基坑施工前委托专业的房屋鉴定单位对铁三院楼进行初步鉴定，车站施工完成后对其进行最终鉴定。四、结束语深基坑施工安全是项目部的首要任务，在北站站基坑施工中，全面分析勘察、设计、施工方案中的潜在安全因素，彻底解决各方遗留下的潜在风险，在施工中严格管理，达到一级基坑的各项标准，保证铁三院办公楼安全，截止2010年11月6日铁三院办公楼最大沉降点沉60.8mm，安全的度过了整个车站施工过程。在整个施工过程中，虽然取得了一定成绩，但也存在着几方面不足，做以下总结：1．在围护结构施工前期为详细审阅地质勘察报告，未发现地下连续墙未穿越第二承压水层，未弥补这项缺陷进行了双高压旋喷止水帷幕，增加了车站施工费用。2.车站围护结构测斜仪器布置数量少沿车站方向每30m一个断面，测得围护结构位移数据覆盖面小，不利于准确分析基坑施工与楼房沉降的联系性。数据深度只做到基坑底面以下3m，致使测得监测数据可能小于围护结构的实际位移。3.基坑土方开挖之前未能整体考虑基坑周边环境，未分析出铁三院办公楼对基坑产生附加荷载影响基坑围护结构变形规律，致使3月8号之前未采取在基坑北侧堆载措施，造成了前期的沉降偏大的结果。4.地面沉降点布置在混凝土硬化地面上，不能准确反映实际地面沉降值。作者简介：张士友，男，1983.06,大学本科，工程师，工业与民用建筑专业