某臨近地鐵基坑對周邊構(gòu)筑物影響分析研究

徐 冰

（上海山南勘測設(shè)計有限公司，上海市 201206）

0 引言

基坑是一個古老而又很新的課題，“老”在于很早期人類在開挖是就學(xué)會了進(jìn)行圍護(hù)，“新”在于社會的飛速發(fā)展導(dǎo)致了基坑周邊環(huán)境越來越復(fù)雜，經(jīng)常遇到新情況。這就要求基坑建設(shè)相關(guān)人員尤其設(shè)計要與時俱進(jìn)，因為一旦基坑設(shè)計缺陷將會導(dǎo)致整個工程的失敗，后果相當(dāng)嚴(yán)重[1-3]。

上海位于長江入?？?，具有三高一低的不利地質(zhì)條件，而作為全國的經(jīng)濟(jì)中心，發(fā)達(dá)的區(qū)位優(yōu)勢帶來基坑的周邊環(huán)境日益復(fù)雜，某臨近地鐵基坑就是其中的典型，具有普遍的代表性，又具有周邊老舊構(gòu)筑物較多等特點(diǎn)，因此對該基坑對周邊構(gòu)筑物影響進(jìn)行研究探索，對今后上海地區(qū)的基坑建設(shè)具有積極的意義[4-5]。

1 工程概況

該項目擬建建筑面積約5萬m2，其中：地上十二層約4.0萬m2，地下二層約1.0萬m2。地上為辦公用房，地下為停車及設(shè)備用房。地下室層高為4.5 m，基礎(chǔ)采用樁筏基礎(chǔ)，普遍區(qū)域基礎(chǔ)底板厚為1 000 mm，底板墊層厚度150 mm。整個建筑樁基均采用850鉆孔灌注樁。

場地內(nèi)原有建筑物尚未拆除，場地自然地面較為平坦，吳淞高程為2.50～3.10 m，擬建場地屬于上海地區(qū)“濱海平原”地貌類型。場地分部有兩棟二～三層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑，年代久遠(yuǎn)，約為上世紀(jì)四十年代，基礎(chǔ)為天然地基淺基礎(chǔ)。本工程正式實施前，該建筑將全部拆除。

2 周邊環(huán)境

2.1 周邊建筑物

在本工程基坑工程影響范圍內(nèi)的建筑物主要是南面一幢三層變電間、一幢三層辦公樓，一幢六層居民樓，具體建筑物概況及離基坑邊距離見表1。

表1 鄰近建筑物概況

2.2 周邊道路

場地西側(cè)圍墻外為城市某主干路，為雙向四車道，道路寬24 m，為基地主要出入口，人流和車流量均較大?；娱_挖區(qū)域距道路邊線約13.3 m。

2.3 周邊管線

目前，場地內(nèi)原有建筑物尚未拆除，在本項目實施前，業(yè)主方為配合本工程的施工，對場地內(nèi)的原有管線進(jìn)行搬遷和廢除，因此不存在管線保護(hù)問題。

2.4 地鐵區(qū)間隧道

根據(jù)總平面圖及地鐵相關(guān)圖紙，測得地下室北側(cè)外墻邊線距離地鐵區(qū)間隧道邊線最近處約11.9 m?？拷罔F側(cè)的基坑開挖深度是10.5 m，位于地鐵運(yùn)營線路50 m保護(hù)范圍之內(nèi)，地鐵隧道在一倍～二倍基坑開挖深度范圍內(nèi)，該區(qū)域地鐵區(qū)間隧道頂埋深約15 m，已與地鐵主管部門進(jìn)行溝通，地鐵主管部門認(rèn)為本方案選型合理，總體方案可行，見圖1。

綜上，根據(jù)目前對周邊建筑物、道路情況及管線的資料查閱、現(xiàn)場調(diào)研等，依據(jù)上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ 08-61），該基坑工程的安全等級為二級，環(huán)境保護(hù)等級西側(cè)、南側(cè)為一級，其余為二級?；庸こ痰沫h(huán)境保護(hù)等級劃分及變形控制指標(biāo)見表2。

3 方案設(shè)計

本工程基地呈不規(guī)則矩形?；勇裆畹叵露樱涌偯娣e5 020 m2。

本工程地處市區(qū)繁忙地段，周邊環(huán)境對噪音等有一定特殊要求。西側(cè)位于地鐵保護(hù)區(qū)域范圍內(nèi)，鄰近的地鐵區(qū)間隧道及居民樓對變形敏感，保護(hù)要求高。因此圍護(hù)形式采用地下連續(xù)墻擋土兼作止水帷幕，內(nèi)設(shè)二道鋼筋混凝土水平支撐的方案，順作法施工，西側(cè)及南側(cè)設(shè)置三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，保證地墻成槽穩(wěn)定性。

本工程地下室區(qū)域為地下停車庫，普遍區(qū)域開挖深度為10.50 m，局部落深區(qū)開挖深度12.0 m?？紤]到不同的開挖深度，分別采取不同入土深度的地下連續(xù)墻擋土兼作止水帷幕，為確保滿足地鐵防水要求，地下連續(xù)墻采用復(fù)合墻（見圖2），地墻內(nèi)側(cè)另設(shè)400 mm厚永久地下室外墻作為內(nèi)襯墻，在地下連續(xù)墻與地下結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻之間設(shè)置柔性防水層。水平支撐統(tǒng)一設(shè)置兩道混凝土支撐，局部落深區(qū)增設(shè)一道型鋼鋼支撐。

圖2 復(fù)合墻示意圖

具體方案見表3。

階前砌下新涼，嫩姿弱質(zhì)婆娑小。仙家甚處，鳳雛飛下化成窈窕。尖葉參差，柔枝裊娜，體將玉造。自川葵放后，堂萱謝了，是園苑、無花草。 自恨西風(fēng)太早。逞芳容、紫團(tuán)緋繞。管里低昂，篦頭約掠，空成懊惱。圓胎結(jié)就，小鈴垂下，直開臨杪。凡間謫墮，不知西帝，曾關(guān)宸抱。(卷二六金鳳花門)

表3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

3.1 坑內(nèi)加固

本基坑平面西側(cè)位于某地鐵保護(hù)區(qū)，離區(qū)間隧道較近，側(cè)鄰近居民樓對變形要求較高，為減少基坑開挖對周邊環(huán)境的影響，在坑內(nèi)結(jié)合坑內(nèi)電梯井和集水井等局部落深區(qū)的處理進(jìn)行被動區(qū)墩式加固。為了減少對環(huán)境的影響，坑內(nèi)被動區(qū)加固采用850@600三軸水泥攪拌樁。鄰地鐵區(qū)域加固深度范圍從第二道支撐底部至基底以下5 m，攪拌樁水泥摻量20%，加固寬度約8 m；其余側(cè)加固深度范圍從坑底開挖面至基底以下5 m，水泥摻量20%；寬度范圍統(tǒng)一為5.65 m；坑內(nèi)加固與槽壁加固之間，坑內(nèi)加固與地下連續(xù)墻連接空隙采用800高壓旋噴樁填充。

根據(jù)目前建筑結(jié)構(gòu)圖紙?zhí)峁┘嚷渖罘植迹瑢舆吢渖畲笥诘扔?.3 m的局部深坑采用三軸水泥土攪拌樁對深坑加固封底。

3.2 換撐設(shè)計

臨時支撐拆除后，主體結(jié)構(gòu)梁板作為換撐對圍護(hù)結(jié)構(gòu)起到支撐作用，傳遞水平力。因本地下室作為機(jī)械車庫的特殊性，在B1板主體結(jié)構(gòu)中部開洞處設(shè)置臨時型鋼換撐，保證水平力的有效傳遞，在地下室施工完成，滿足設(shè)計強(qiáng)度要求后方可拆除。

3.3 施工順序

結(jié)合本基坑地鐵保護(hù)區(qū)位于西側(cè)的特點(diǎn)，劃分為西、東兩個施工區(qū)，開挖總體順序由西往東依次開挖。每塊土方開挖到標(biāo)高，立即澆注混凝土支撐（或鋼支撐），支撐完成，方可進(jìn)行下一塊土方開挖，直至底板澆注完成。具體順序：開挖后施工第一道支撐→開挖西區(qū)第一層土方，澆筑第二道支撐→開挖東區(qū)第一層土方，澆筑第二道支撐→開挖西區(qū)第二層土方，澆筑地板→開挖東區(qū)第二層土方，澆筑地板或設(shè)置第三道支撐（局部深坑）→局部深坑地板澆筑。

4 周邊構(gòu)筑物變形監(jiān)測結(jié)果

對基坑及周邊構(gòu)筑物的沉降觀測貫穿于基坑工程土方開挖的全過程各階段。在周邊構(gòu)筑物上均設(shè)置變形測點(diǎn)，包括沉降、水平位移、地下水位等。 在基坑圍護(hù)四周、地鐵區(qū)間隧道、地鐵頂部路面、周邊建筑物關(guān)鍵部分等共計布設(shè)測點(diǎn)約200個（沉降觀測點(diǎn)80個、水平變形觀測點(diǎn)80個、深層水平位移觀測點(diǎn)25個、地下水位觀測點(diǎn)15個）。

4.1規(guī)范預(yù)估分析

按照《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/TJ08-2010）中17.2.3條預(yù)估基坑開挖引起的圍護(hù)墻后的地表沉降，見圖3。

圖3 上海地區(qū)地表沉降預(yù)估曲線

由圖3預(yù)估周邊構(gòu)筑物沉降見表4。

本工程基坑南側(cè)鄰近建筑物區(qū)域環(huán)境保護(hù)等級定為一級，因此圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移控制在基坑開挖深度的0.18%以內(nèi)，相應(yīng)的坑外地表最大沉降控制在基坑開挖深度的0.15%以內(nèi)。根據(jù)以上估算結(jié)果顯示，基坑周邊建（構(gòu)）筑物地表沉降均能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

表4 周邊構(gòu)筑物沉降預(yù)估

4.2 實測結(jié)果分析

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形能夠較好的反映基坑變形對周邊環(huán)境影響情況。圖4為基坑西側(cè)（臨近地鐵）代表性的測斜點(diǎn)CX12、基坑?xùn)|側(cè)CX19在各個工況下的側(cè)移。圖4表明，基坑施工開始圍護(hù)結(jié)構(gòu)各測斜點(diǎn)的最大變形只有3.3 mm（位于CX19測點(diǎn)處），說明由于留土等措施的實施，效果很好?；娱_挖至坑底時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形迅速增大，但均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，實測結(jié)果表明：臨近地鐵的北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形約為15 mm，位于CX12測點(diǎn)處，小于規(guī)范；東側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的最大變形約為26 mm，位于CX19測點(diǎn)處。有效確保了地鐵運(yùn)營安全及周邊構(gòu)筑物的正常使用。

經(jīng)現(xiàn)場實測，地鐵右隧道測點(diǎn)中最大水平變形2.5 mm，最大豎向隆起3.3 mm。地鐵左隧道變測點(diǎn)中最大水平變形1.0 mm，豎向隆起1.1 mm。表明基坑施工未影響地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全。

周圍典型建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果匯總見表5。

表5 周圍建筑累計沉降和水平變形監(jiān)測結(jié)果

5 監(jiān)測結(jié)果分析

本基坑開挖較深，環(huán)境要求較高，為有效防范基坑工程施工對工程周邊環(huán)境及基坑圍護(hù)本身的危害，應(yīng)對基坑圍護(hù)體系和周圍環(huán)境的變形情況進(jìn)行監(jiān)控，為工程實行動態(tài)化設(shè)計和信息化施工提供所需的數(shù)據(jù)，從而使工程處于受控狀態(tài)，確保基坑及周邊環(huán)境的安全。根

根據(jù)本工程性質(zhì)、土層條件及周邊環(huán)境狀況，建筑物、建筑物實際監(jiān)測位移與計算分析相當(dāng)，滿足規(guī)范及相關(guān)方要求；圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平、垂直位移均未出現(xiàn)大于3 mm/d或累計大于30 mm的情況；坑外地下水位也未出現(xiàn)累計下降達(dá)500 mm或200 mm/d的情況。

以上監(jiān)測結(jié)果分析表明，基坑周邊建筑物及地鐵區(qū)間隧道變形在工程可控范圍之內(nèi)，這也與規(guī)范預(yù)估法的分析結(jié)果一致，表明了該設(shè)計施工方案是安全可靠的。

圖4 典型測斜測點(diǎn)的深層水平位移曲線

6 結(jié)語

本文依托某臨近地鐵基坑項目，針對其周邊存在較多既有建筑物及地鐵區(qū)間隧道等復(fù)雜環(huán)境，采用地下連續(xù)墻的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，深層水平位移（測斜）、地鐵區(qū)間隧道沉降及水平變形、周邊建筑物沉降及水平變形現(xiàn)場等實測結(jié)果表明最大變形均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，較好的解決了對周邊環(huán)境的影響問題，通過監(jiān)測驗證了設(shè)計施工方案的合理性，可以供相關(guān)工程參考。