張艷鴿 安應(yīng)選

【摘要】隨著城市軌道交通的發(fā)展，地下交通產(chǎn)生了大量的深基坑工程，并且深基坑工程通常位于城市繁華區(qū)域，深基坑設(shè)計(jì)方案不當(dāng)就會(huì)對(duì)周邊建筑物、地下管線造成非常嚴(yán)重的后果，所以深基坑的研究顯得尤為重要。本文以西安地鐵四號(hào)線五路口站為例，介紹了地鐵車(chē)站深基坑鄰近國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位——西京招待所的施工安全評(píng)估分析。目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)古建筑保護(hù)規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，本文通過(guò)古建筑基礎(chǔ)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)制定，運(yùn)用Midas/GTS有限元數(shù)值模擬分析地表沉降引起房屋基礎(chǔ)不均勻沉降過(guò)程達(dá)到評(píng)估房屋結(jié)構(gòu)安全的目的，為今后同類(lèi)工程的施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】地鐵車(chē)站深基坑；古建筑；控制標(biāo)準(zhǔn)；基坑支護(hù)；有限元分析；文物保護(hù)

1、工程簡(jiǎn)介

五路口站是西安地鐵一號(hào)線與四號(hào)線的換乘站，一、四號(hào)線車(chē)站呈“T”字島島換乘。四號(hào)線車(chē)站位于解放路與東五路十字南側(cè)，呈南北走向布置在解放路下方，一號(hào)線為地下兩層島式站臺(tái)車(chē)站，四號(hào)線為地下三層島式站臺(tái)車(chē)站，目前一號(hào)線車(chē)站主體已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)。

西京招待所位于西安城內(nèi)解放路與西四路交叉處西北角，建于20世紀(jì)30年代，現(xiàn)為國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位。該建筑平面呈“L”型布置，總建筑面積約8320m2，為地上兩層磚木結(jié)構(gòu)房屋，基礎(chǔ)形式為墻下條形基礎(chǔ)。西京招待所現(xiàn)狀照片如圖1-1所示。

圖1-1西京招待所現(xiàn)狀照片

西京招待所位于五路口車(chē)站基坑西側(cè)，距離五路口站主體基坑約12m，與車(chē)站基坑伴行距離約24m西京招待所與五路口站主體結(jié)構(gòu)相對(duì)位置見(jiàn)圖1-2。

圖1-2 西京招待所與車(chē)站基坑位置關(guān)系斷面圖

2、西京招待所房屋基礎(chǔ)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

參考西安地鐵一號(hào)線穿越朝陽(yáng)門(mén)的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際累計(jì)沉降和《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中局部?jī)A斜控制量提高1倍安全系數(shù)，提出控制標(biāo)準(zhǔn)如下表2-1。

表2-1 沉降控制標(biāo)準(zhǔn)

最大沉降值（mm） 最大沉降預(yù)警值（mm） 最大沉降報(bào)警值（mm） 最大隆起值（mm） 局部?jī)A斜

西京招待所房屋基礎(chǔ) 15 12 10.5 5 0.001

3、五路口車(chē)站深基坑支護(hù)方案擬定

由于該文物位于車(chē)站主體基坑開(kāi)挖及降水主影響區(qū)域，結(jié)合本站水文地質(zhì)概況，并借鑒西安地鐵已建類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，車(chē)站深基坑擬采取以下支護(hù)及降水方案。

1）為了有效減少基坑開(kāi)挖引起的地面沉降，本工程擬采用剛度較大的鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐方案。鉆孔樁直徑1.2m間距1.5m，插入深度9m?；訕?biāo)準(zhǔn)段豎向設(shè)置4道支撐，其中第一道采用鋼筋混凝土支撐。二～四道采用壁厚16mm的鋼管內(nèi)支撐。

2）車(chē)站位于解放路上，由于交通疏解要求，本站采用半幅蓋挖順筑法施工，為有效約束基坑側(cè)壁變形及位移，車(chē)站基坑中間設(shè)置直徑1.5m間距6m混凝土臨時(shí)立柱樁。

3）由于車(chē)站基坑距離西京招待所這座國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位水平距離僅12m，常水位約地下9m。為避免施工降水對(duì)西京招待所產(chǎn)生不利影響，施工降水采用坑外旋噴樁帷幕止水，坑內(nèi)降水的方案。支護(hù)結(jié)構(gòu)方案見(jiàn)圖3-1。

圖3-1 五路口站圍護(hù)結(jié)構(gòu)斷面圖

4、 基坑開(kāi)挖對(duì)文物影響的數(shù)值模擬分析結(jié)果及結(jié)論

1） 深基坑開(kāi)挖數(shù)值模擬分析

基坑的開(kāi)挖過(guò)程是土體的移去和支護(hù)（圍護(hù)結(jié)構(gòu)+內(nèi)支撐）的修筑過(guò)程，故在數(shù)值模擬中采用單元的鈍化和激活單元的方法來(lái)模擬土體的開(kāi)挖與支護(hù)的修筑過(guò)程，即開(kāi)挖土體是在模型中鈍化相應(yīng)部分的單元，而地下連續(xù)墻及支撐為相應(yīng)需要激活的單元。

本站基坑深23.15m，寬 22.9m，豎向分為4步開(kāi)挖，每步開(kāi)挖后依次架設(shè)一道支撐，4步開(kāi)挖，即4道支撐，φ1200mm@1500mm鉆孔樁，嵌入地層9m。據(jù)調(diào)查，西京招待所基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ)，建立建筑物-基坑-地層三者相互作用的三維數(shù)值模型，研究基坑開(kāi)挖對(duì)房屋的影響情況。建好后的房屋-基坑-地層模型，模型長(zhǎng)240m，寬180m，高40m。如圖4-1所示。

圖4-1 模型三維圖及監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布

2） 深基坑開(kāi)挖過(guò)程數(shù)值計(jì)算

本車(chē)站基坑深23 m，豎向分4層開(kāi)挖，架設(shè)一道支撐后，隨即挖土至下一道支撐相應(yīng)的標(biāo)高，整個(gè)模擬過(guò)程有4個(gè)分析工況如圖4-2所示。

工況一 工況二

工況三 工況四

圖4-2 計(jì)算分析工況

3）各工況地表沉降計(jì)算結(jié)果

工況一 工況二

工況三 工況四

圖4-3 基坑開(kāi)挖地表及地層沉降分布圖

通過(guò)模型計(jì)算結(jié)果可以看出：圖4-3給出了西京招待所基礎(chǔ)所在位置地表沉曲線圖，可以看出基坑開(kāi)挖使得連續(xù)墻外形成沉降槽。數(shù)值模擬中，連續(xù)墻和土體之間無(wú)相對(duì)位移，可協(xié)調(diào)變形，所以在鄰近基坑的地面處，連續(xù)墻和土體的這種抑制土體的沉降變形，使得地面沉降量最大點(diǎn)位置本該出現(xiàn)在基坑最近的地處，卻又出現(xiàn)向背離基坑方向移動(dòng)，這和大多數(shù)文獻(xiàn)模擬出的地面沉降變形相似。通過(guò)提取數(shù)據(jù)，最大值沉降在房屋基礎(chǔ)東南角處，距離基坑邊15m，最大值為9.8mm，房屋基礎(chǔ)最大差異沉降為0.2%，滿足本文制定的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。

5、文物保護(hù)措施及應(yīng)急預(yù)案

1）文物保護(hù)措施

地鐵車(chē)站深基坑施工對(duì)西京招待所的影響主要是深基坑開(kāi)挖期間的地面沉降引起建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降。針對(duì)地面沉降控制需要從基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型、基坑降水方式、基坑施工工法選擇和施工技術(shù)方面采取措施。

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1200mm@1500mm+內(nèi)支撐支護(hù)形式，第一道支撐采用鋼筋混凝土支撐，可較大加強(qiáng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（2）為避免施工降水造成地面沉降過(guò)大，本站基坑采用旋噴樁止水+坑內(nèi)降水的設(shè)計(jì)思路，要求施工現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制旋噴樁施工質(zhì)量，保證施工期間基坑外側(cè)水位的穩(wěn)定，并做好水位監(jiān)測(cè)。

（3）基坑采用半鋪蓋施工，鋪蓋系統(tǒng)選用六四式軍用梁結(jié)構(gòu)，可有效約束圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)墻位移，從而減小基坑周邊地表沉降，提高基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身剛度和穩(wěn)定性。

2）西京招待所保護(hù)應(yīng)急預(yù)案

參考西安地鐵一、二號(hào)線施工經(jīng)驗(yàn)，在施作加固方案時(shí)加固過(guò)程本身就會(huì)對(duì)加固對(duì)象產(chǎn)生影響。為避免房屋由于先期預(yù)埋注漿管時(shí)就對(duì)房屋本身產(chǎn)生不利的影響，按照計(jì)算和工程經(jīng)驗(yàn)，可以不對(duì)西京招待所房屋進(jìn)行先期加固。但是為了保證萬(wàn)無(wú)一失，本次保護(hù)方案根據(jù)施工監(jiān)測(cè)情況，若發(fā)現(xiàn)房屋基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降超過(guò)警戒值，應(yīng)立即停止基坑開(kāi)挖，施做袖閥管注漿加固。

（1）西京招待所地基加固方案

根據(jù)現(xiàn)有加固設(shè)計(jì)方案計(jì)算結(jié)果，采用化學(xué)注漿法加固設(shè)計(jì)方案通過(guò)增大地層變形模量減少了沉降量，提高了深基坑影響深范圍地層抵抗不均勻變形的能力，是有效的加固方案。

（2）西京招待所地基加固范圍

在房屋基礎(chǔ)四周打設(shè)兩排袖閥管注漿，間距1.0m×1.0m，梅花形布置，加固范圍為地面以下3～10m，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，跟蹤注漿。注漿可采用水泥-水玻璃雙液，以便能調(diào)節(jié)漿液凝固時(shí)間。注漿過(guò)程中應(yīng)注意控制注漿壓力，防止注漿壓力過(guò)大，造成對(duì)房屋基礎(chǔ)的破壞。

6、結(jié)語(yǔ)

由于大量地鐵車(chē)站深基坑位于鬧市區(qū)，距離周邊建筑物較近。深基坑工程設(shè)計(jì)和施工給工程師帶來(lái)了越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是地鐵車(chē)站深基坑鄰近國(guó)家重點(diǎn)文物保護(hù)單位時(shí)需更加謹(jǐn)慎對(duì)待，稍有不慎就可能對(duì)古建筑造成無(wú)法彌補(bǔ)的損害，因此合理地預(yù)估基坑開(kāi)挖引起地面沉降對(duì)周邊建筑物的影響程度是工程師做深基坑設(shè)計(jì)方案時(shí)面臨的重要工作。本文通過(guò)制定古建筑沉降控制標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)值分析評(píng)估了地鐵車(chē)站深基坑施工期間鄰近文物單位古建筑的安全在制定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并提出了針對(duì)該文物的應(yīng)急保護(hù)方案，為今后類(lèi)似工程提供參考。

參考文獻(xiàn)

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