屈建民,譚 瑋,劉方亮,張 杰
(湖南博聯(lián)工程檢測(cè)有限公司,湖南 常德 415000)
20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)我國(guó)城市建設(shè)迅猛發(fā)展,隨著城市化進(jìn)程的逐步推進(jìn),地下空間資源利用越來(lái)越受到重視,各類(lèi)建筑物的地下部分所占空間越來(lái)越大,埋置深度越來(lái)越深,基坑工程向更大、更深、條件更加復(fù)雜的方向發(fā)展,帶來(lái)了更多的基坑工程安全與周邊環(huán)境保護(hù)問(wèn)題[1]?;庸こ桃坏┏霈F(xiàn)事故,將會(huì)嚴(yán)重威脅人民生命財(cái)產(chǎn)安全,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響,尤其是位于中心城區(qū)的大部分深基坑工程,基坑周邊地面建(構(gòu))筑物較多,常存在歷史保護(hù)建筑、重要的工業(yè)建筑或民用建筑,基坑周邊建筑安全與基坑工程安全具有同等重要性。因而開(kāi)展基坑周邊建筑的安全性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
近年來(lái),工程界和學(xué)術(shù)界對(duì)基坑工程安全進(jìn)行了大量研究[2],對(duì)基坑周邊建筑的安全關(guān)注相對(duì)較少。本文以某深基坑工程為例,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和檢測(cè),結(jié)合地質(zhì)勘察資料,從垮塌后基坑穩(wěn)定性、周邊建筑地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)安全性等方面,研究分析了該深基坑工程局部垮塌對(duì)周邊高層和多層建筑安全性的不同影響,為處理基坑事故中周邊建筑安全性問(wèn)題提供了參考依據(jù)。
某深基坑位于湖南省某市區(qū)內(nèi),基坑開(kāi)挖深度 6.5~10 m,總長(zhǎng)度為 188.5 m,分為 AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI 共 8 段,其中 AB、BC 段基坑支護(hù)安全等級(jí)為二級(jí),其余 6 段安全等級(jí)均為一級(jí),基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用直徑 1.0 m、長(zhǎng)度 9~20 m 的人工挖孔灌注樁,樁間距 2.0 m,樁端嵌入持力層(中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r)的深度≥1.5 m,且不小于基坑深度的 0.8 倍,樁間采用 80 mm 厚掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護(hù)面?;佑?2020 年 4 月開(kāi)挖,2020 年 6 月 29 日該市區(qū)突降暴雨,19 點(diǎn) 30 分,基坑西側(cè) CD、DE 段支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生垮塌,垮塌區(qū)域長(zhǎng)度約 66.00 m,造成約 33 根支護(hù)樁、冠梁、周邊建筑圍墻及臨近室外停車(chē)坪垮塌?;涌逅F(xiàn)場(chǎng)如圖 1 所示。
圖1 基坑局部垮塌現(xiàn)場(chǎng)
基坑西側(cè)有一棟 12 層的辦公樓和一棟 2 層的食堂,現(xiàn)場(chǎng)工作人員反映基坑垮塌時(shí)辦公樓和食堂建筑的震感明顯,為確定深基坑垮塌對(duì)周邊建筑的現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性影響,本文對(duì)基坑周邊建筑物結(jié)構(gòu)情況、基坑垮塌前后與周邊建筑的相對(duì)位置關(guān)系、基坑巖土工程勘察資料進(jìn)行了調(diào)查。
2.1.1 辦公樓結(jié)構(gòu)基本情況
根據(jù)設(shè)計(jì)資料,該辦公樓為 12 層框架剪力墻結(jié)構(gòu),建筑面積約 9 763.18 m2,建于 2016 年,基礎(chǔ)為機(jī)械沖擊成孔灌注樁,持力層為中風(fēng)化灰?guī)r,承載力特征值為 6 000 kPa,樁徑分別為 1.0、1.2、1.5 m,單樁承載力特征值分別為 4 800、6 300、9 200 kN,樁端進(jìn)入持力層≥0.5 m。辦公樓建筑外觀照片如圖 2 所示。
圖2 辦公樓建筑外觀
2.1.2 食堂結(jié)構(gòu)基本情況
根據(jù)設(shè)計(jì)資料,該食堂原設(shè)計(jì)為 2 層框架結(jié)構(gòu),建筑面積約 761.12 m2,現(xiàn)已在原屋面板上搭建鋼結(jié)構(gòu)罩棚一層,使用功能為健身房,該食堂建于 2016 年,基礎(chǔ)形式為柱下獨(dú)立基礎(chǔ),地基承載力特征值為 150 kPa,基礎(chǔ)采用 C25 混凝土,混凝土墊層采用 C15 素混凝土,基礎(chǔ)埋深 -1.5 m。食堂建筑外觀如圖 3 所示。
圖3 食堂建筑外觀
基坑西側(cè)與辦公樓相鄰段為 CD、DE 段,與食堂相鄰段為 FG、GH 段;CD、DE 段基坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高為 204.40 m,與辦公樓室外地坪高差約為 10 m,CD、DE 段支護(hù)樁邊與辦公樓最近水平距離約為 9.67 m;FG、GH 段坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高為 208.50 m,與食堂室外地坪高差約為 6.5 m,F(xiàn)G、GH 段支護(hù)樁邊與食堂最近水平距離約為 13.67 m?;优c周邊建筑相對(duì)平面位置如圖 4 所示,基坑與辦公樓相對(duì)剖面關(guān)系(垮塌前)如圖 5 所示,基坑與食堂相對(duì)剖面關(guān)系如圖 6 所示。
圖4 基坑與周邊建筑相對(duì)平面位置示意圖(單位:m)
圖5 基坑與辦公樓相對(duì)關(guān)系剖面圖(垮塌前)(單位:m)
圖6 基坑與食堂相對(duì)關(guān)系剖面圖(單位:m)
基坑垮塌段為 CD、DE 段,垮塌后施工單位臨時(shí)采取了堆載反壓措施,反壓后坡頂邊線與辦公樓水平距離約為 5 m,坡腳與辦公樓水平距離約為 21.6 m;反壓后基坑與辦公樓相對(duì)位置剖面關(guān)系如圖 7 所示?;优c食堂相鄰的 FG、GH 段未發(fā)生垮塌現(xiàn)象,F(xiàn)G、GH 段支護(hù)樁未破壞;垮塌后基坑與食堂相對(duì)剖面關(guān)系仍如圖 6 所示。
圖7 基坑與辦公樓相對(duì)關(guān)系剖面圖(反壓處理后)(單位:m)
根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告,場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下可以分為:雜填土、可塑狀紅黏土、軟塑狀紅黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r、中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r,各土層情況如下所述。
1)雜填土。雜色,松散~稍密,主要由黏性土、泥質(zhì)灰?guī)r碎塊石堆填形成,局部夾少量建筑垃圾,碎塊石含量約占 30 %,粒徑 50~100 mm。該層主要分布在場(chǎng)地所在山坡下部較平坦地段,場(chǎng)地整體分布厚 0.50~0.60 m,平均厚 0.50 m。
2)可塑狀紅黏土。褐黃-褐紅色,可塑狀,中~高壓縮性,土體結(jié)構(gòu)為巨塊狀,具較多裂隙,殘坡積成因。收縮后復(fù)浸水膨脹,不能恢復(fù)到原位,復(fù)浸水特性為Ⅱ類(lèi)。該層在整個(gè)場(chǎng)區(qū)均有分布,整體分布厚 0.80~16.20 m,平均厚 7.30 m,層底標(biāo)高 196.20~232.70 m。
3)軟塑狀紅黏土。褐黃-紅色,軟塑狀為主,局部為可塑狀,中~高壓縮性,土體結(jié)構(gòu)為巨塊狀,具較多裂隙,由泥質(zhì)灰?guī)r風(fēng)化殘積形成。收縮后復(fù)浸水膨脹,不能恢復(fù)到原位,復(fù)浸水特性為 Ⅱ 類(lèi)。該層僅在部分鉆孔揭露,整體分布厚 0.60~4.30 m,平均厚 2.50 m,層底標(biāo)高 193.06~206.47 m。
4)強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。褐黃色,主要礦物成分為方解石,巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造多已遭到破壞,層理不清,巖芯多呈碎塊狀,巖體破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為 V 級(jí)。該層在大部分鉆孔均有揭露,整體分布厚 0.70~5.30 m,平均厚 2.30 m,層底標(biāo)高 190.41~232.03 m。
5)中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r。深灰色,主要礦物成分為方解石,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育,局部方解石脈充填,巖芯多呈柱狀,少量塊狀,局部發(fā)育溶蝕裂隙,由軟塑~流塑狀黏性土全充填,巖石質(zhì)量指標(biāo) RQD<75,巖體較破碎,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為 IV 級(jí)。該層在場(chǎng)地內(nèi)均有分布,場(chǎng)地內(nèi)該層埋深 1.90~22.50 m,平均 10.60 m,標(biāo)高 177.86~201.54 m,完整基巖面起伏大。
場(chǎng)地地下水類(lèi)型主要為巖溶裂隙水,屬潛水,一般不具承壓性,巖溶裂隙水賦存于基巖淺部的巖溶裂隙中,穩(wěn)定地下水埋深為 5.70~16.40 m,標(biāo)高介于 196.26~206.67 m。
為確定該基坑工程局部垮塌后,辦公樓和食堂現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性的影響,本文在現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)查的基礎(chǔ)上,對(duì)辦公樓和食堂進(jìn)行了裂縫檢測(cè)、結(jié)構(gòu)主體沉降和房屋傾斜觀測(cè),以確定房屋結(jié)構(gòu)是否存在安全隱患。
3.1.1 辦公樓裂縫檢測(cè)
該辦公樓墻體裂縫主要為砌體填充墻裂縫,最大裂縫寬度為 4.56 mm;未發(fā)現(xiàn)框架梁、框架柱及梁柱節(jié)點(diǎn)有開(kāi)裂現(xiàn)象。
3.1.2 食堂裂縫檢測(cè)
該食堂裂縫均出現(xiàn)在砌體填充墻表面的粉刷層,最大裂縫寬度為 0.13 mm;未發(fā)現(xiàn)框架梁、框架柱及梁柱節(jié)點(diǎn)有開(kāi)裂現(xiàn)象。
3.2.1 辦公樓沉降觀測(cè)
根據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》[3]沉降觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求,辦公樓主體沉降觀測(cè)布設(shè)了 A1~A14 共 14 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖 8),觀測(cè)期從 2020 年 7月 6 日- 2020 年 12 月 16 日,共觀測(cè) 31 次。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):各觀測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降為 0.52 mm(A8 測(cè)點(diǎn)),最小累計(jì)沉降為 0.09 mm(A3 測(cè)點(diǎn)),所有觀測(cè)點(diǎn)平均沉降為 0.26 mm;各觀測(cè)點(diǎn)最后 100 d 的最大沉降速率為 0.003 mm/d(A8 測(cè)點(diǎn))。
圖8 辦公樓沉降觀測(cè)點(diǎn)示意圖(單位:mm)
3.2.2 食堂沉降觀測(cè)
食堂主體沉降觀測(cè)布設(shè)了 B1~B8 共 8 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖 9),觀測(cè)期從 2020 年 7 月 29 日- 2020 年 12月 09 日,共觀測(cè) 23 次。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):各觀測(cè)點(diǎn)最大累計(jì)沉降為 0.33 mm(B5 測(cè)點(diǎn)),最小累計(jì)沉降為 0.13 mm(B3 測(cè)點(diǎn)),所有觀測(cè)點(diǎn)平均沉降為 0.22 mm;各觀測(cè)點(diǎn)最后 100 d 的最大沉降速率為 0.003 mm/d(B8 測(cè)點(diǎn))。
圖9 食堂沉降觀測(cè)點(diǎn)示意圖(單位:mm)
3.3.1 辦公樓傾斜觀測(cè)
根據(jù) JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》,對(duì)辦公樓靠近基坑的一側(cè)布設(shè)了 C1~C6 共 6 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖 10)進(jìn)行傾斜觀測(cè),觀測(cè)期為 2020 年 7 月 6 日-2020 年 12 月 16 日,共觀測(cè) 6 次。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):各觀測(cè)點(diǎn)最大頂點(diǎn)位移值(C3 測(cè)點(diǎn))為 7.2 mm,最小頂點(diǎn)位移值(C6 測(cè)點(diǎn))為 0.9 mm,6 次觀測(cè)中各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移值無(wú)明顯變化。各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移方向如圖 10 中箭頭所示。
圖10 辦公樓傾斜觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖(單位:mm)
3.3.2 食堂傾斜觀測(cè)
食堂布設(shè)了 D 1~D 6 共 6 個(gè)傾斜觀測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖 11),觀測(cè)期從 2020 年 7 月 29 日- 2020 年 12 月 9 日,共觀測(cè) 6 次。對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn):各觀測(cè)點(diǎn)最大頂點(diǎn)位移值(D5 測(cè)點(diǎn))為 35.1 mm,最小頂點(diǎn)位移值(D4 測(cè)點(diǎn))為 5.1 mm,6 次觀測(cè)中各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移值無(wú)明顯變化。各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移方向如圖 11 中箭頭所示。
圖11 食堂傾斜觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖(單位:mm)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及檢測(cè),垮塌后 CD、DE 段坡頂邊線與辦公樓最小水平距離約為 5 m,反壓后坡腳與辦公樓水平距離約為 21.6 m,坑底與辦公樓室外地坪高差約為 10 m,由此可算得現(xiàn)階段邊坡坡率為 1∶1.66;現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知,邊坡原狀土為可塑紅黏土,反壓材料為中風(fēng)化巖塊與黏性土體。根據(jù) GB 50007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第 6.3.11 條、6.7.2 條,土質(zhì)邊坡穩(wěn)定坡率允許值在 1∶2.00~1∶1.50,結(jié)合地質(zhì)勘察資料及現(xiàn)場(chǎng)基坑反壓情況,初步判斷垮塌段(CD、DE 段)邊坡現(xiàn)階段基本穩(wěn)定。
4.2.1 辦公樓地基基礎(chǔ)安全性影響分析
根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙可知,辦公樓采用機(jī)械沖孔灌注樁基礎(chǔ),以中風(fēng)化灰?guī)r為持力層,樁端入巖 0.5 m,樁端深度大于基坑深度;根據(jù)前文分析可知,基坑垮塌段(CD、DE 段)邊坡現(xiàn)階段基本穩(wěn)定,辦公樓基樁周?chē)馏w尚未明顯擾動(dòng)與破壞;由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與調(diào)查可知,辦公樓上部結(jié)構(gòu)尚未發(fā)現(xiàn)因地基不均勻沉降引起的反應(yīng),在觀測(cè)期間辦公樓沉降、傾斜觀測(cè)值均無(wú)明顯變化,最后 100 d 的最大沉降速率小于 JGJ 8-2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》第 7.1.5 條規(guī)定的 0.01~0.04 mm/d 要求,可認(rèn)為現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.2.3 條、第 H.0.6 條,可判斷現(xiàn)階段基坑垮塌(CD、DE 段)對(duì)辦公樓地基基礎(chǔ)安全性無(wú)顯著影響。
4.2.2 辦公樓上部結(jié)構(gòu)安全性影響分析
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果可知,辦公樓為混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件存在缺陷,現(xiàn)階段裂縫僅在填充墻(非承重構(gòu)件)出現(xiàn),且最大裂縫寬度 4.56 mm,小于 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 5.4.6 條對(duì)承重墻體裂縫限值 5 mm 的要求;根據(jù)傾斜觀測(cè)結(jié)果,各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移值在觀測(cè)期內(nèi)無(wú)明顯變化,頂點(diǎn)最大位移值為 7.2 mm(各測(cè)點(diǎn)位移值包含外墻砌筑垂直度偏差及裝修層施工誤差),小于 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》表 7.3.10 所規(guī)定的結(jié)構(gòu)不適于承載的限值 H/250=18 179 mm/300=60.6 mm。根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.3 節(jié),可判斷該基坑工程局部垮塌對(duì)辦公樓現(xiàn)階段上部結(jié)構(gòu)安全性無(wú)顯著影響。
4.3.1 食堂地基基礎(chǔ)安全性影響分析
根據(jù)基坑與周邊建筑相對(duì)平面位置示意圖(見(jiàn)圖 4)及本文 2.3 節(jié)可知,基坑與食堂相鄰的 FG、GH 段未發(fā)生垮塌現(xiàn)象;根據(jù)基坑與食堂相對(duì)關(guān)系剖面圖(見(jiàn)圖 6)可知,食堂臨近基坑的獨(dú)立基礎(chǔ)與基坑最小距離約為 B=12 m,獨(dú)立基礎(chǔ)底面與基坑底標(biāo)高的高差約為 H=5.5 m,依據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》附錄 H 第 H.0.1 條,B/H=2.18>1,本工程為Ⅰ類(lèi)影響區(qū);根據(jù)設(shè)計(jì)資料和巖土工程勘察報(bào)告,F(xiàn)G、GH 段基坑底標(biāo)高為 208.50 m,基坑深度范圍內(nèi)為可塑狀紅黏土(層底標(biāo)高 196.20~232.70 m),基坑深度范圍內(nèi)無(wú)地下水(地下水位標(biāo)高 196.26~206.67 m)。根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 H.0.3 條,結(jié)構(gòu)安全性可不考慮鄰近地下工程施工的影響。
4.3.2 食堂上部結(jié)構(gòu)安全性影響分析
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果可知,食堂為混凝土框架結(jié)構(gòu),未發(fā)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)各承重構(gòu)件存在缺陷,現(xiàn)階段裂縫均出現(xiàn)在填充墻表面的粉刷層,裂縫的最大寬度為 0.13 mm,且小于 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 5.4.6 條對(duì)承重墻體的裂縫限值 5 mm 的要求;根據(jù)傾斜觀測(cè)結(jié)果,各測(cè)點(diǎn)頂點(diǎn)位移值在觀測(cè)期內(nèi)無(wú)明顯變化,頂點(diǎn)最大位移值為 35.1 mm(各測(cè)點(diǎn)位移值包含外墻砌筑垂直度偏差及裝修層施工誤差),小于 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》表 7.3.10 所規(guī)定的結(jié)構(gòu)不適于承載的限值 H/200=7 310 mm/200=36.55 mm。根據(jù) GB 50292-2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》第 7.3 節(jié),可判斷該基坑工程局部垮塌對(duì)食堂現(xiàn)階段上部結(jié)構(gòu)安全性無(wú)顯著影響。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、檢測(cè)及初步鑒定分析,該基坑垮塌段(CD、DE 段)經(jīng)反壓處理后現(xiàn)階段基本穩(wěn)定,基坑局部垮塌對(duì)辦公樓和食堂現(xiàn)階段結(jié)構(gòu)安全性無(wú)顯著影響,可觀察使用。
1)應(yīng)做好臨時(shí)加固支護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)排水、封面處理、坡頂主動(dòng)區(qū)卸載等應(yīng)急處理措施,任何情況下不應(yīng)在坡腳及破面上積水。
2)對(duì)于基坑垮塌部位,建議在原支護(hù)樁迎土面采用鋼板樁加固,鋼板樁頂距基坑底垂直距離≥ 5 m,嵌固深度應(yīng)滿(mǎn)足支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求。
3)在基坑處理及后續(xù)施工過(guò)程中,基坑周邊嚴(yán)禁堆載,并按國(guó)家規(guī)范要求做好基坑監(jiān)測(cè)?;踊靥钋?,應(yīng)持續(xù)對(duì)周邊建筑的裂縫、沉降、傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè),如有異常應(yīng)立即采取措施處理。
本文以某深基坑工程為例,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和檢測(cè),結(jié)合地質(zhì)勘察資料,從垮塌后基坑穩(wěn)定性、周邊建筑地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)安全性等方面,分別分析了該深基坑工程局部垮塌對(duì)周邊高層辦公樓和多層食堂建筑安全性的影響,為基坑事故中周邊建筑安全性問(wèn)題的快速處理提供了參考依據(jù)。Q