鬧市區(qū)歷史保護建筑改建工程中的等厚度水泥土地下連續(xù)墻全過程施工監(jiān)控與分析

李 兵 李鑫奎 趙一鳴 施 臻

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；3. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

隨著我國沿海城市工程建設的快速發(fā)展，等厚度水泥土地下連續(xù)墻（TRD）工法應用變得越來越廣泛。目前，TRD工法在城市深基坑工程施工中的應用越來越多，TRD在施工過程中會對鄰近土體產(chǎn)生一定程度的擾動影響，即會造成周邊建筑結(jié)構(gòu)的受力重分布現(xiàn)象，因此對周邊建筑的環(huán)境監(jiān)控及微變形控制是非常重要的。王剛[1]、李星等[2]、王衛(wèi)東等[3]對TRD工法在深基坑圍護施工技術中的應用作出了針對性的介紹、科學研究、工程實踐應用總結(jié)，并在TRD施工時對周邊建筑的安全穩(wěn)定性作出了一定的環(huán)境影響分析和變形控制措施。我國現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)監(jiān)測主要應用于大型的重要保護性建筑工程、橋梁工程、市政工程等。尤其對建筑結(jié)構(gòu)在施工全過程中內(nèi)力、變形等受力狀態(tài)的實時監(jiān)控是非常重要的，對于較危險工況的施工監(jiān)測更是很有必要的，它能為建筑改造、施工全過程中的原有結(jié)構(gòu)安全起到保駕護航的作用[4-5]。

本文基于上海南京東路179號街坊項目新康大樓工程，采用無線自動化監(jiān)測技術和有限元方法對新康大樓TRD施工全過程中外墻保護所用的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應力等參數(shù)進行了施工監(jiān)測應用，并著重分析了TRD施工對保護外墻的鋼桁架結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性的影響。此結(jié)論將為今后類似保護建筑TRD施工提供一定的應用指導意見。

1 工程概況

上海市南京東路179號街坊項目新康大樓外墻保護工程，位于黃浦區(qū)江西中路264號，該建筑于1916～1921年間建造完成，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是一座重要的歷史保護建筑，其占地面積約1 154 m2，總建筑面積約10 433.38 m2。現(xiàn)階段，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)對該歷史性混凝土結(jié)構(gòu)的外墻進行加固保護，同時對內(nèi)側(cè)建筑結(jié)構(gòu)進行拆除、新建等全施工改造，并開挖5層地下室，后期采用逆作法施工開挖此深基坑，開挖前在原新康大樓結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)進行內(nèi)外2道TRD施工，以達到后期施工過程中保證該外墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性的目的。

2 TRD施工全過程監(jiān)控分析

根據(jù)TRD施工進度計劃，2017年10月—2018年4月期間，新康大樓內(nèi)側(cè)的雙層TRD施工工作已順利完成。在TRD施工全過程中，對新康大樓保護外墻的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、應力應變進行了自動化監(jiān)測工作，監(jiān)測數(shù)據(jù)采集頻率為5 min采集1次。根據(jù)施工現(xiàn)場監(jiān)測方案布置的情況：共設有11套靜力水準儀（CJ01～CJ11），用于實時自動化監(jiān)測鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形；應力計34支（YB01～YB34），用于實時自動化監(jiān)測鋼桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力；18套高精度傾角儀（QX01～QX18），用于實時自動化監(jiān)測鋼桁架的面內(nèi)與面外傾斜變形；并配合人工定期復核自動化數(shù)據(jù)，確保自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性（圖1）。

圖1 新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控測點布置

2.1 仿真模擬及理論分析

在TRD施工前，通過有限元方法對新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力情況進行了比較分析?？紤]分段支座位移影響后結(jié)構(gòu)最大位移為26.9 mm，位移角為1/1 312，發(fā)生在西側(cè)原結(jié)構(gòu)柱頂位置，較初始狀態(tài)略有增大，在TRD施工期間或后期深基坑開挖過程中，應密切注意采取相關措施控制頂部結(jié)構(gòu)位移。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗算均滿足強度要求，絕大部分構(gòu)件應力比均在0.6以下。

在考慮施工對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性影響的前提下，采取施工過程監(jiān)測同時進行的方式，通過實時監(jiān)測沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應力等，來確保整個鋼桁架的結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定。通過有限元理論計算及設計提供的規(guī)范要求，最終確定了沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應力的預警值和報警值，從而為后期全面施工過程中的安全監(jiān)測提供了安全警戒數(shù)據(jù)。

2.2 沉降變形監(jiān)測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的沉降變形時程線數(shù)據(jù)（圖2）可知，在整個TRD施工期間，鋼桁架整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)先上浮，后下沉，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢，尤其在TRD施工至新康大樓內(nèi)部北側(cè)及西側(cè)的這段時間，整體鋼桁架結(jié)構(gòu)上浮較為明顯，升幅5～10 mm，即第1道TRD施工、清障對原有結(jié)構(gòu)沉降變形影響較大。而在第1道TRD施工結(jié)束，開始進行第2道TRD施工時，鋼桁架整體結(jié)構(gòu)沉降變形較為穩(wěn)定，即可說明第1道TRD施工后，結(jié)構(gòu)已經(jīng)有1道安全保障。在TRD工序的每一小段施工時，也是呈現(xiàn)先上浮，停止TRD施工時又出現(xiàn)小幅度下沉的趨勢。沉降差異變形基本在設計控制要求內(nèi)，個別點差異變形出現(xiàn)預警，但該測點數(shù)據(jù)已在近3個月內(nèi)較穩(wěn)定，變化幅度也較小，從整個沉降變形變化曲線亦可說明目前整個新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形數(shù)據(jù)基本是穩(wěn)定的。

圖2 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的沉降變形時程線

2.3 傾斜變形監(jiān)測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的傾斜變形時程線數(shù)據(jù)（圖3）可知，鋼桁架結(jié)構(gòu)不同傾斜監(jiān)測點的累計傾角及傾斜率增量變化較為穩(wěn)定，且均在設計的預警和報警控制要求內(nèi)。面內(nèi)、面外的傾角變化均較小；換算成傾斜率數(shù)據(jù)后經(jīng)對比可知，面內(nèi)、面外對應的累計傾斜率數(shù)據(jù)發(fā)展相對也較為穩(wěn)定，基本保持在設計控制要求的范圍內(nèi)，其中個別傾斜測點數(shù)據(jù)有時超過0.2%，傾斜數(shù)據(jù)單點不作報警處理，僅供趨勢分析用，TRD施工完成后，面外自動化傾斜率最大為0.197%，發(fā)生在QX03測點處。

圖3 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的傾斜變形時程線

2.4 結(jié)構(gòu)應力監(jiān)測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的應力時程線數(shù)據(jù)（圖4）可知，鋼桁架和鋼柱上不同應力監(jiān)測點的累計應力增量變化較為穩(wěn)定，且均在設計的預警和報警控制要求內(nèi)。鋼桁架上應力監(jiān)測點對應的累計應力增量最值情況：最大壓應力為48.63 MPa，發(fā)生在YB16測點處；最大拉應力為14.46 MPa，發(fā)生在YB03測點處。鋼柱上應力監(jiān)測點對應的累計應力增量最值情況：最大壓應力為24.32 MPa，發(fā)生在YB34測點處；最大拉應力為15.79 MPa，發(fā)生在YB31測點處。

圖4 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的結(jié)構(gòu)應力時程線

3 結(jié)語

通過無線自動化監(jiān)測技術、有限元方法的有效結(jié)合，對南京東路179號街坊項目新康大樓工程TRD施工全過程中外墻保護所用的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應力等參數(shù)進行了施工監(jiān)測應用，并著重對鋼桁架結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性進行了詳細分析。施工中發(fā)現(xiàn)：TRD施工對鋼桁架的結(jié)構(gòu)應力、傾斜變形影響不太明顯，應力及傾斜的變化相對較穩(wěn)定，但對鋼結(jié)構(gòu)沉降變形影響較為敏感，也表現(xiàn)出一定的時程變化規(guī)律。在整個TRD施工期間，鋼桁架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)先整體上浮，后整體下沉，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢；在TRD工序的每一小段施工時，也是呈現(xiàn)先上浮，停止TRD施工后亦出現(xiàn)小幅度下沉的趨勢。此結(jié)論可為今后類似保護建筑TRD施工提供一定的參考。