地鐵車站基坑施工對鄰近建筑物影響的研究

施振丁

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 101100)

地鐵車站基坑施工對鄰近建筑物影響的研究

施振丁

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 101100)

為確保地鐵車站深基坑施工期間鄰近建筑物的安全性和正常使用的要求，根據(jù)既有建筑物基礎(chǔ)類型、結(jié)構(gòu)形式、建造時期和使用情況，確定既有建筑物基礎(chǔ)的剩余變位能力，可通過不斷調(diào)整設(shè)計方案及施工方案直至滿足其安全性為止，以保證建筑物在地鐵車站施工期間建筑物的正常使用。

地鐵車站；深基坑；建筑物；剩余變形；安全評估

1 施工前既有建筑物安全性評估

內(nèi)容包括:①建筑物現(xiàn)狀調(diào)查；②地基基礎(chǔ)工作狀態(tài)；③根據(jù)建筑物的類型測算主體結(jié)構(gòu)傾斜、柱基相對沉降差等；④提出既有建構(gòu)筑物的剩余變形能力；⑤核查建筑物結(jié)構(gòu)尺寸；⑥混凝土外觀、表面裂縫分布、混凝土強度、混凝土碳化深度等；⑦建筑物結(jié)構(gòu)安全性計算分析；⑧車站深基坑建設(shè)對建筑物的影響評估。

2 工程實例

2.1 工程概況

車站為地下二層島式車站，總長167.8m，深基坑采用明挖順筑法，地勢西高東低，小里程側(cè)端頭井覆土厚度 3.88m，底板埋深 20.05m，大里程側(cè)端頭井覆土厚度3.2m，底板埋深17.47m，標高約10.6m，深基坑標準段寬度18.30m；出入口均采用明挖法施工，基坑深度分別為10.3m和13.5m。

該車站位于兩條重要交通路交叉口，主要建筑物有某小區(qū) 4#樓、計劃生育委員會、高架橋橋墩等。其中某小區(qū) 4#樓北側(cè)距離車站主體結(jié)構(gòu)圍護樁 4.67m，西側(cè)距離車站主體結(jié)構(gòu)圍護樁 6.0m。

2.2 建筑物柱基的沉降和沉降差

由表1和表2可見，建筑物在使用期間柱基間均出現(xiàn)了不同程度的沉降，施工前建筑物相鄰柱基的沉降差最大值為1.32‰L，最小值為0.07‰L，均未超出《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007－2011)關(guān)于同類建筑相鄰柱基的沉降差的限值 2‰L。

2.3 計算模型

工程實例利用有限差分軟件 FLAC-3D5.0對施工過程進行模擬分析，計算施工引起既有建筑物柱基的變形值。為滿足計算精度要求，F(xiàn)LAC平面計計算模型尺度為X×Y×Z=300m×180m×30m，計算網(wǎng)格約35萬個六面體單元，模型保證整體內(nèi)單元尺寸能合理過渡以精確反映人工開挖擾動對地基的影響。采用改變等代層的參數(shù)來模擬建筑物基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)上施加均布荷載來模擬房屋，偏安全考慮，每層以 10kPa的均布荷載作為框架結(jié)構(gòu)的正常使用荷載，以均布豎向荷載的形式用于基礎(chǔ)上進行計算。

2.4 計算結(jié)果

2.4.1 分析

根據(jù)現(xiàn)場施工過程將基坑開挖的關(guān)鍵過程分為:①初始地應力模擬；②圍護結(jié)構(gòu)施工；③基坑第1層土開挖；④設(shè)置第1層混凝土支撐；⑤第2層土開挖；⑥設(shè)置第2層鋼支撐；⑦以此類推，設(shè)置第4層鋼支撐，開挖至基底；⑧拆除最下一層鋼支撐。為了解地鐵車站深基坑施工對鄰近建筑物的影響，基坑施工模擬過程中在其基礎(chǔ)上共布設(shè)了8個沉降觀測點。各測點在五層開挖和拆除最下一層鋼支撐工況下的累計沉降量見圖2。

由圖1可知，鄰近建筑物的變形場受到地鐵車站基坑開挖的影響，地鐵車站基坑開挖越深，鄰近建筑物的變形越明顯，地鐵車站基坑開挖引起鄰近建筑物的變形表現(xiàn)為豎向沉降和向基坑內(nèi)側(cè)移動。深基坑開挖至坑底時，引起相鄰建筑物構(gòu)的最大豎向位移為8.87mm，發(fā)生在觀測點S1處；建筑物最大沉降發(fā)生在基坑最下一層鋼支撐拆除時，最大豎向位移為9.82mm，發(fā)生在建筑物離深基坑最近處，即觀測點S1處，最小沉降量為3.56mm，發(fā)生在建筑物離深基坑最遠處，即觀測點S8處。

2.4.2 安全評估

為評價建筑物在地鐵深基坑施工期間的安全，由建筑物施工前后的相對沉降和沉降差變化值得出施工后建筑物縱橫向相鄰柱基的相對沉降和沉降差，具體結(jié)果詳見表3和表4。

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2.5 既有建筑物變形監(jiān)測及控制效果分析

2.5.1 監(jiān)測方案

監(jiān)測項目主要包括建筑物柱基沉降、建筑物柱基水平位移、建筑物整體傾斜等。主要監(jiān)測項目控制值依據(jù)前文所述的既有建筑物變形控制標準。

2.5.2 既有建筑物變形控制分析

由圖3可見，在各施工階段下，建筑物監(jiān)測點的沉降值逐步增加，隨著與基坑距離的增加而其增加量減小。建筑物最大沉降發(fā)生在基坑最下一層鋼支撐拆除時，最大沉降量為10.78mm，發(fā)生在建筑物離深基坑最近處即S1處，比計算值大8.7%；最小沉降量為2.59mm，發(fā)生在S8處，比計算值小，比計算值小27%；總體上，監(jiān)測值與計算值基本一致，偏差在15%以內(nèi)，說明FLAC－3D模型是基本準確的，所選計算參數(shù)是合理的。同時，該建筑物在施工過程中和施工結(jié)束后，梁板柱均未出現(xiàn)異常情況，在地鐵車站深基坑施工期間建筑物能正常使用和運行。

3 結(jié)束語

根據(jù)以上情況所訴，通過對地鐵車站深基坑相鄰建筑物的現(xiàn)狀檢測、測算及數(shù)值模擬計算，測算結(jié)果與實際實施結(jié)果相似。工程施工前，若通過預估地鐵車站深基坑施工對鄰近的建筑物安全狀況，并在實際施工中通過加強措施進行控制，將能大大降低工程風險，減少事故發(fā)生。

[1]蔣禮平.地鐵車站基坑施工對鄰近建構(gòu)筑物的影響及保護措施[J].科技與創(chuàng)新,2015,09:140.

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1007-6344（2016）03-0262-01

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