汪 林,楊玉龍
(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,陜西西安 710043)
建筑物的變形特征分為沉降量、沉降差、傾斜、局部傾斜。其中,沉降量主要用于計算獨立柱基礎(chǔ)和地基變形較均勻的排架結(jié)構(gòu)柱基的沉降量,也可預(yù)估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形量[1]。由變形特征的作用,就可以根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式,確定如何控制它們,由控制值的大小確定建筑是否安全。
另外,建筑物沉降又與建筑物的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式、建筑物的上部結(jié)構(gòu)采用的體系其對應(yīng)地基的承載力緊密相連,而地質(zhì)情況又決定了建筑物地基的承載力[2]。
通過對各施工階段建筑物進行監(jiān)測,收集沉降數(shù)據(jù)并研究深基坑開挖過程中建筑物沉降變化的規(guī)律,確定每個施工階段建筑物沉降的大小及趨勢,制定相對應(yīng)的控制措施,可有效控制建筑物的沉降,降低環(huán)境風(fēng)險,達到安全施工的目的。
工程主體基坑外包尺寸為30.00 m×7.00 m,采用明挖方法施工,圍護結(jié)構(gòu)形式為地下連續(xù)墻(墻厚0.80 m),底板埋深約為17.50 m?;颖眰?cè)有7層混凝土保護建筑物距離主體結(jié)構(gòu)4.40 m,地下1層,筏板基礎(chǔ)?;又误w系由第一道混凝土支撐,第二、三道鋼支撐及倒撐組成。
依據(jù)前期地勘報告及設(shè)計圖紙,場地內(nèi)地層為典型松花江漫灘地貌單元特征,地基土分布不均勻,性質(zhì)變化較大。淺部地層為雜填土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細砂,中部地層為細砂、中砂、粗砂、粉質(zhì)黏土,下部土層為中砂、砂礫、黏土、泥巖。各土層分布情況見表1。
表1 各層圍巖分類及埋深統(tǒng)計表
1)基坑開挖
在地連墻、冠梁達到設(shè)計強度后分段、分區(qū)、分層、對稱進行基坑開挖,并遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。每步開挖所暴露的地連墻寬度控制在5.00 m,每層開挖深度不大于2.00 m。各步序挖土及支撐的架設(shè)時間均未超過16 h??拥妆A?00~300 mm厚土層用人工挖除整平,防止坑底土體擾動。
2)支撐的設(shè)置
靠近建筑物的基坑段采用3道支撐加1道倒撐。拆撐、換撐順序:隨挖隨撐開挖至底板下基坑底,澆筑混凝土墊層、結(jié)構(gòu)底板及部分負二層側(cè)墻至第三道支撐底,待其達到設(shè)計強度后,先架設(shè)換撐并施加預(yù)加軸力,然后拆除第三道鋼支撐;繼續(xù)向上澆筑剩余負二層側(cè)墻、中板及部分負一層側(cè)墻,待其達到設(shè)計強度后,拆除第二道鋼支撐;繼續(xù)向上澆筑剩余負一層側(cè)墻及頂板,待其達到設(shè)計強度后,拆除倒撐,鑿除第一道混凝土支撐。
基坑的自身風(fēng)險等級定義為2級,周邊建筑物距離基坑較近、管線錯綜復(fù)雜,環(huán)境風(fēng)險等級為1級,確定該基坑變形保護等級為1級。主要的監(jiān)測項目:圍護結(jié)構(gòu)墻體水平位移、支撐軸力、地表沉降、地下水位、基坑周邊建筑物沉降等。具體設(shè)計要求見表2。
表2 現(xiàn)場主要監(jiān)控量測項目及設(shè)計要求
在基坑開挖期間,依據(jù)既定的監(jiān)測方案重點關(guān)注距離基坑最近的混凝土7層建筑物沉降數(shù)據(jù),對建筑物承重柱、結(jié)構(gòu)拐點、接縫處進行測點加密并全過程監(jiān)測,以免建筑物發(fā)生較大沉降及局部不均勻沉降。監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警時應(yīng)及時通知相關(guān)單位,根據(jù)預(yù)警情況必要時采取主動跟蹤補償注漿,對建筑物基礎(chǔ)采用旋噴樁加固,控制基坑變形。
主要監(jiān)測項目監(jiān)測點布置原則參照施工圖紙及GB 50911-2013城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[3]要求進行,監(jiān)測點布設(shè)間距及范圍均滿足相關(guān)要求。監(jiān)測點布設(shè)如圖1、圖2所示。
圖1 監(jiān)測點位布置斷面圖
圖2 監(jiān)測點位布置平面圖
距離基坑最近的混凝土建筑物沉降監(jiān)測點在圍護結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻)施工前布設(shè)并取得初始值,墻體水平位移、支撐軸力等主要監(jiān)測項目在基坑開挖前一周取得初始值,各監(jiān)測項目均持續(xù)觀測至主體結(jié)構(gòu)完成后3個月。
基坑開挖階段各項監(jiān)測數(shù)據(jù)變化規(guī)律及分析如下:
1)墻體水平位移(SINCO測斜儀)(圖3)
由圖3可知:圍護結(jié)構(gòu)變形最大區(qū)段位于基坑50%~75%H位置。開挖深度在7.00 m以上時,圍護結(jié)構(gòu)由于受第一道混凝土支撐約束,地連墻水平位移量相對較小,位移量在2 mm左右。隨著基坑開挖深度的增加,地下連續(xù)墻內(nèi)力的重新分布,墻體和土體協(xié)同變形逐步加大,且最大變形點逐漸向基坑底部移動,土方開挖到基坑底部后,在最后一道支撐架設(shè)前,圍護結(jié)構(gòu)位移變形依然存在,最大變形量在10 mm左右,到達基底下方2.00 m左右,位移逐漸減小。底板澆筑后,整體變形明顯趨于穩(wěn)定。
圖3 墻體水平位移階段變化曲線圖
2)支撐軸力
通過對稱布設(shè)的4支鋼筋計(混凝土支撐)和軸力計(鋼支撐)來獲取支撐體系的受力情況,各工況下軸力測值情況見圖4,圖5。
從圖4、圖5可以看出,在開挖至7.00 m前,支撐體系第一道混凝土支撐受力逐漸增大,圍護結(jié)構(gòu)受混凝土支撐約束位移變化較小,隨基坑的開挖深度逐漸增大,開挖深度為7.00~18.00 m,圍護結(jié)構(gòu)迎土面受力增大,支撐體系第二道、第三道鋼支撐受壓,支撐軸力增大,當(dāng)土方開挖到基坑底部時支撐受力最大,底板澆筑完成后受力趨于穩(wěn)定。
圖4 鋼支撐軸力階段變化時程曲線圖
圖5 混凝土支撐軸力階段受力變化時程曲線圖
3)建筑物沉降
建筑物沉降采用徠卡DNA03電子水準(zhǔn)儀按照二等水準(zhǔn)測量規(guī)范進行觀測,分析建筑物在各個施工環(huán)節(jié)的沉降變形趨勢見圖6。
圖6 建筑物累計沉降變化時程曲線圖
選取的臨近基坑側(cè)建筑物沉降測點進行趨勢分析,建筑呈整體的階段性下沉,隨著基坑的逐步下挖,建筑物沉降逐漸增大,基底封閉前建筑物累計沉降達到最大值,約-10 mm。期間隨著開挖步序的控制及頂板的快速封閉,建筑物累計沉降量穩(wěn)定在-11 mm左右。沉降量控制良好,未超出設(shè)計給定的控制值,建筑物整體安全。
通過對沉降相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)在基坑開挖過程中,隨著基坑開挖深度的增加,圍護結(jié)構(gòu)深層水平位移不斷增大,基坑周邊地表及建筑沉降逐漸增大,基坑底板施作完成后累計沉降達到最大值并逐步趨于穩(wěn)定。同時,在深基坑開挖過程中可以通過控制開挖步序、開挖方法、支撐軸力等方面來控制周邊地表及建筑物沉降變形。
基坑開挖期間,圍護結(jié)構(gòu)深層位移、支撐軸力及基坑周邊地表沉降的數(shù)據(jù)是直觀研判建筑物實時狀態(tài)及變形趨勢的重要參考。在基坑開挖期間,要嚴(yán)格遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則,合理組織基坑開挖步序,確?;娱_挖連續(xù)、快速,盡快封閉基底,可有效控制基坑變形及周邊地表沉降,減少對周邊建筑物的影響。