李超，劉華，路浩，黃智焱，趙鐵靈

(1. 山東交通學(xué)院交通土建工程學(xué)院，山東濟南 250357；2．濟南市城市建設(shè)投資服務(wù)中心， 山東濟南 250014；3.濟南城市建設(shè)投資集團有限公司，山東濟南 250101)

舊廠房改造加建基坑項目監(jiān)測分析

李超1，劉華2，路浩2，黃智焱3，趙鐵靈3

(1. 山東交通學(xué)院交通土建工程學(xué)院，山東濟南 250357；2．濟南市城市建設(shè)投資服務(wù)中心， 山東濟南 250014；3.濟南城市建設(shè)投資集團有限公司，山東濟南 250101)

為研究施工過程中基坑變形規(guī)律和鄰近舊廠房柱下獨立基礎(chǔ)的沉降規(guī)律，以及兩者之間的關(guān)系，依托某軋鋼廠房改造加建項目，通過對舊廠房內(nèi)加建地下室基坑坡頂?shù)乃胶拓Q向位移以及舊廠房的柱下獨立基礎(chǔ)的豎向位移進行跟蹤監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。監(jiān)測結(jié)果表明：基坑采用的支護形式得當，基坑邊坡橫向和豎向位移均滿足要求，廠房內(nèi)基坑施工對原有廠房的柱下獨立基礎(chǔ)沉降的影響得到了有效控制，滿足基礎(chǔ)豎向位移要求；基坑邊緣過長且過于平直不利于基坑邊坡穩(wěn)定，適當增加短邊和轉(zhuǎn)折，能夠增加邊坡橫向剛度，并為相鄰邊提供支點，使邊坡水平變形減小，有利于提高邊坡橫向穩(wěn)定性；在設(shè)計基坑支護時應(yīng)充分考慮相鄰基坑的影響。

舊廠房；改造；基坑；監(jiān)測

近年來，城市市區(qū)內(nèi)舊廠房拆遷改造項目越來越多，將城市的廢舊廠房改建為文化服務(wù)設(shè)施，是充分利用資源的舉措，也是完善城市基礎(chǔ)設(shè)施、文化娛樂設(shè)施建設(shè)的一條途徑[1-7]。由于改加建部分基坑距離舊廠房建筑物基礎(chǔ)較近，巖土環(huán)境復(fù)雜，容易發(fā)生建筑物倒塌等安全事故，造成經(jīng)濟損失和人員傷亡[8-14]，因此，為了保證基坑施工過程中的安全性，在舊廠房內(nèi)進行基坑工程施工過程中加強基坑和原有建筑變形監(jiān)測非常必要[15-20]。然而在舊廠房內(nèi)部開挖基坑的案例較少，相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析資料匱乏。本文通過對廠房改造加建項目的基坑坡頂水平和豎向位移以及原有廠房的柱下獨立基礎(chǔ)的豎向位移規(guī)律進行研究，對該項目的基坑變形規(guī)律以及原有廠房的柱下獨立基礎(chǔ)的沉降規(guī)律進行分析總結(jié)，為類似工程施工提供理論和實踐依據(jù)。

1 工程概況

1.1工程簡介

工程擬對某軋鋼廠房改造，在舊廠房內(nèi)部加建兩個地下室。擬建兩個地下室采用天然地基，筏板基礎(chǔ)?；虞^方正，兩個基坑的尺寸分別為58.5 m×14.2 m 和 68.7 m×14.1 m，如圖1所示。

圖1 基坑位置示意圖

表1 基坑開挖要素

基坑位于原有工業(yè)廠房的獨立基礎(chǔ)中間位置，基坑外邊緣距離原廠房最近的位置1.05 m。擬開挖基坑要素見表1。根據(jù)設(shè)計要求，廠房東側(cè)獨立柱間加砌磚墻，需要設(shè)置鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)。連續(xù)基礎(chǔ)的兩端與相鄰獨立柱基礎(chǔ)剛性相連。

1.2場地工程環(huán)境

擬建場地位于原有某中型軋鋼廠廠房內(nèi)部，原有廠房為獨立柱基礎(chǔ)。廠房周邊較空曠，西側(cè)約100 m有一水溝，溝內(nèi)存有少量地表水。場地內(nèi)無地下管線。勘區(qū)土層主要分為雜填土、黃土、粉質(zhì)黏土和中風華石灰?guī)r4層，自上而下分述如表2所示。

表2 土層參數(shù)

1.3支護方案

圖2 地下室基坑支護方案典型斷面

考慮場地工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、基坑周邊環(huán)境及基坑深度，依據(jù)基坑工程有關(guān)技術(shù)規(guī)范、規(guī)程，結(jié)合類似工程經(jīng)驗，對該基坑工程支護結(jié)構(gòu)采用放坡及微型樁垂直復(fù)合土釘墻支護形式，直立開挖，坡面掛網(wǎng)噴混凝土。該基坑典型剖面設(shè)計如圖2所示。由于原來是軋鋼車間，廠房內(nèi)上部土層受油污污染較嚴重，同時夾雜了大量由拆除原廠房混凝土構(gòu)造物產(chǎn)生的建筑垃圾，穩(wěn)定性差。為了提高開挖后基坑邊坡的穩(wěn)定性，同時降低基坑邊坡上部荷載，減少支護工程量，在支護結(jié)構(gòu)施工前清除1～2 m上部土層。

2 施工監(jiān)測方案

2.1施工方案

施工工序為：平整場地—測量定位—支護樁施工—冠梁施工—分層開挖土層—錨索施工—基礎(chǔ)底板施工。其中支護樁和冠梁施工、分層開挖土層以及錨索施工的施工工序為：先開挖至支護樁施工平面(約1～2 m)，進行支護樁和冠梁施工，然后分層開挖土體，每層開挖的高度不大于3 m，當開挖至錨索所在位置以下0.5 m時進行錨索施工，錨索施工完成后再進行下一步的開挖，直至基坑開挖完成。

2.2監(jiān)測方案

為了保證工程施工過程中的安全性，減小事故發(fā)生率，綜合基坑施工現(xiàn)場的具體情況，所監(jiān)測內(nèi)容有基坑坡頂水平及豎向位移監(jiān)測、基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測、新建建筑物主體沉降監(jiān)測和現(xiàn)場巡視檢查。本文選取2#基坑的幾個具有代表性的特征點，分析其水平、豎向位移變化規(guī)律及基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降規(guī)律。

1)基坑監(jiān)測要求與方法

水平位移監(jiān)測基準點采用高精度全站儀進行觀測，采用極坐標法進行控制測量。豎向位移監(jiān)測基準點采用美國產(chǎn)天寶DiNi03數(shù)字水準儀進行聯(lián)測，3個基準點組成閉合環(huán)線，按文獻[21]中二級水準測量要求進行水準測量。聯(lián)測不少于3次，若發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)及時增加聯(lián)測次數(shù)。

施工過程監(jiān)測頻率按照文獻[21]中的要求對支護樁部位按照一級基坑監(jiān)測頻率實施。考慮舊廠房改造結(jié)構(gòu)設(shè)計要求最大變形量小于規(guī)范中一級基坑監(jiān)測預(yù)警值，各監(jiān)測項目的具體預(yù)警值按照舊廠房改造結(jié)構(gòu)設(shè)計要求確定，詳見表3。

表3 基坑監(jiān)測預(yù)警值

2) 基坑監(jiān)測點設(shè)置

監(jiān)測點設(shè)置方法為：電鉆在冠梁上打孔注漿，將標準監(jiān)測標志埋于鉆孔內(nèi)。共設(shè)置12個位移監(jiān)測點，編號為W12～W23，水平位移監(jiān)測與豎向位移監(jiān)測共用監(jiān)測點。

基坑周邊建筑物共布設(shè)22個沉降觀測點，編號為C23～C44。方法為電鉆打孔，將監(jiān)測點布設(shè)于廠房的承重結(jié)構(gòu)部位(如果舊的廠房沉降監(jiān)測點保存完整，可直接利用)，具體監(jiān)測點的布置圖如圖3所示。

圖3 2#基坑的監(jiān)測點布置圖

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

選取2#基坑的特征監(jiān)測點，基坑坡頂水平及豎向位移監(jiān)測點為W12、W14、W15、W18、W19、W20，基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點為C24、C28、C34、C37、C42、C43、C44?；悠马敻鞅O(jiān)測點的水平位移變化曲線如圖4所示。

3.1基坑坡頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖4 基坑坡頂監(jiān)測點的水平位移變化曲線

從圖4可以看出：監(jiān)測點W12是水平位移最大的部位，監(jiān)測點W12位于基坑的西南角位置，第14次監(jiān)測(開挖支護完成)則穩(wěn)定在0.7 mm，其水平位移方向均為朝向基坑內(nèi)部方向。而位于基坑角部(位于基坑西北角)的監(jiān)測點W15前10次的監(jiān)測與W12保持一致，第11次監(jiān)測的水平位移仍為0.3 mm，第12次監(jiān)測為0.4 mm，其后便穩(wěn)定在0.4 mm，第11次監(jiān)測時監(jiān)測點W15附近的土體已經(jīng)完成開挖，第12次監(jiān)測時完成錨索施工，可以看出錨索施工對于監(jiān)測點的位移變化有一定影響。對于同一個基坑，兩個監(jiān)測點的位置對稱，荷載狀況也對稱，因此初期變形相同。位于基坑中部的監(jiān)測點W14在前6次監(jiān)測的水平位移均為0，其后的監(jiān)測中一直穩(wěn)定在0.3 mm不變。相對于基坑角部的2個監(jiān)測點，基坑中部監(jiān)測點的水平位移較小。如果考慮到基坑兩端東西走向支護樁的支撐作用，位于基坑南北走向支護樁中部監(jiān)測點的水平位移應(yīng)當是最大的，但是監(jiān)測結(jié)果與之相反，這說明東西走向的兩排支護樁剛度不夠大，沒有起到作為東西兩側(cè)支護樁支點的作用，基坑?xùn)|西走向兩排支護樁與南北走向西側(cè)的一排支護樁水平變形是相互協(xié)調(diào)的，在水平位移上表現(xiàn)出支護樁兩端的水平位移不小于支護樁中部，各排支護樁的應(yīng)力分布比較均勻，各個支護樁充分發(fā)揮了支護作用，達到了安全、經(jīng)濟、適用的目的。

基坑?xùn)|側(cè)的形狀較復(fù)雜，但支護樁的截面尺寸與其他3邊相同，造成局部短邊的橫向剛度增大，可以作為另一邊的支點，水平變形相對另一側(cè)基坑坡頂要小的多。監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線也體現(xiàn)了這一規(guī)律。W18監(jiān)測點位于基坑南北走向東側(cè)的支護樁和斜向支護樁的交點，第4次監(jiān)測的水平位移為0.1 mm，第5次監(jiān)測為0.2 mm，其后的監(jiān)測維持在0.5 mm，在第13、14次監(jiān)測，由于施工機械等不確定因素的影響，水平位移異常增大。W19監(jiān)測點位于基坑南北走向東側(cè)一段與東西走向的一小段支護樁的交點位置，第10次監(jiān)測的水平位移由0變?yōu)?.1 mm，其后一直穩(wěn)定在0.1 mm。W20監(jiān)測點位于南北走向的一小段支護樁的中點，第13次監(jiān)測的水平位移為0.2 mm，第14次監(jiān)測維持在0.2 mm。其橫向位移變形規(guī)律與其他監(jiān)測點相近。

通過對基坑坡頂橫向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，基坑?xùn)|側(cè)監(jiān)測點橫向位移普遍小于西側(cè)監(jiān)測點，說明在基坑?xùn)|側(cè)設(shè)置連續(xù)基礎(chǔ)并與相鄰獨立柱基礎(chǔ)剛性相連對于提高基坑邊坡橫向穩(wěn)定性具有重要作用。另外，在基坑長邊坡適當增加短邊和轉(zhuǎn)折，有利于增大邊坡橫向剛度，提高邊坡橫向穩(wěn)定性。

3.2基坑坡頂豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖5 基坑坡頂豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)曲線

由圖5可知：W12監(jiān)測點位于基坑南北走向西側(cè)支護樁北邊角點位置，其豎向位移在第7次監(jiān)測(開始開挖監(jiān)測點W12附近的土體時)由0變?yōu)?.2 mm，第8次監(jiān)測(施工相應(yīng)位置的錨索)為0.4 mm，其后一直穩(wěn)定在0.4 mm，直至第13次監(jiān)測(施工相應(yīng)的錨索)為0.5 mm，第14次監(jiān)測(其附近的土體施工已經(jīng)基本完成)為0.6 mm。W15監(jiān)測點同樣位于基坑南北走向西側(cè)支護樁南邊角點，豎向位移在第10次監(jiān)測由0變?yōu)?.2 mm，第12次監(jiān)測(施工錨索)由0.2 mm變?yōu)?.3 mm，第13次和第14次監(jiān)測分別為0.4 mm和0.5 mm。兩個對稱位置監(jiān)測點的豎向位移相比較，靠近1號基坑的監(jiān)測點W12的豎向位移要比W15大，即相鄰基坑的施工同樣會影響本基坑相應(yīng)位置的豎向位移。監(jiān)測點W14位于基坑南北走向西側(cè)支護樁中點位置，其豎向位移相對較小，在第10次監(jiān)測由0變?yōu)?.1 mm，其后一直穩(wěn)定在0.1 mm。與位于角點的兩個監(jiān)測點相比，其變化規(guī)律與水平位移相同，即基坑?xùn)|西走向的兩排支護樁與南北走向西側(cè)的一排支護樁豎向變形是相互協(xié)調(diào)的。

對于基坑南北走向東側(cè)支護樁位置的監(jiān)測點，由于基坑邊坡形狀較復(fù)雜，豎向變形規(guī)律不明顯。監(jiān)測點W20位于小段支護樁中點位置，其豎向變形最大，在第2次監(jiān)測(在監(jiān)測點附近開挖表層土體)由0變?yōu)?.1 mm，在第9次監(jiān)測(監(jiān)測點附近第一層土體開挖)由0.1 mm變?yōu)?.3 mm，在第10次監(jiān)測(監(jiān)測點附近施工第一層錨索)為0.5 mm，第12次監(jiān)測(監(jiān)測點附近開挖第二層土體)為0.6 mm，第13次監(jiān)測(監(jiān)測點附近施工錨索)變?yōu)?.7 mm，第14次監(jiān)測(監(jiān)測點附近土體開挖完成)為0.7 mm。監(jiān)測點W18在第4次監(jiān)測由0變?yōu)?.2 mm，其后一直穩(wěn)定在0.2 mm，直至第13次監(jiān)測為0.4 mm，第14次監(jiān)測為0.6 mm。監(jiān)測點W18的起始豎向位移比較小，在第13次監(jiān)測和第14次監(jiān)測時由于施工荷載等偶然因素的影響，豎向位移變化比較大，監(jiān)測點W19、W20的豎向位移具有同樣的規(guī)律。由此可見，基坑短邊對基坑邊坡橫向穩(wěn)定性具有很強的支持作用，但由于支撐面積小，對基坑豎向荷載的支撐能力較差。

3.3基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測

圖6 基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點曲線

基坑周邊原有工業(yè)廠房獨立基礎(chǔ)距基坑外邊緣最近的距離僅1.05 m，基坑開挖勢必對其穩(wěn)定性造成影響。選取有代表性的基坑周邊建筑物基礎(chǔ)沉降監(jiān)測點進行分析，監(jiān)測點沉降曲線如圖6所示。監(jiān)測點C24位于基坑的西南角，靠近1#基坑。監(jiān)測點C24的豎向位移在第2次監(jiān)測(開挖表層土體時)由0變?yōu)?.1 mm，然后一直穩(wěn)定在0.1 mm，直至第15次監(jiān)測(第二層土體施工)，由0.1 mm變?yōu)?.5 mm，第16次監(jiān)測(第二層錨索施工)為0.6 mm，第18次監(jiān)測(監(jiān)測點附近開挖完成)為0.7 mm，第23次監(jiān)測為0.9 mm，第25次監(jiān)測為1.0 mm，其后均穩(wěn)定在1.0 mm?？梢姳O(jiān)測點C24距離基坑有一段距離，其變形相對于施工工序的開展較為滯后。監(jiān)測點C34與監(jiān)測點C24處于對稱位置，其豎向位移在第3次監(jiān)測由0變?yōu)?.1 mm，其后呈現(xiàn)出階梯式增長趨勢，直至第23次監(jiān)測發(fā)展為1.1 mm并穩(wěn)定。監(jiān)測點C24與監(jiān)測點C34的豎向變形總位移基本一致，但開挖順序造成沉降的時間規(guī)律不同。監(jiān)測點C28位于基坑南北走向西側(cè)一邊中點附近，其沉降變化曲線呈現(xiàn)明顯的階段性特點，其豎向位移在第2次監(jiān)測由0變?yōu)?.1 mm，第4次監(jiān)測為0.3 mm并穩(wěn)定，直至第14次監(jiān)測發(fā)展為0.5 mm，其后豎向位移逐步增長，第15次監(jiān)測為0.7 mm，一直到第27次監(jiān)測，增長為1.7 mm。相對于監(jiān)測點C24、C34，C28的豎向位移變化更大。造成監(jiān)測點C28位移較大的原因主要是該點位于基坑長邊的中間位置，該邊形狀平直，自支撐能力較差，導(dǎo)致中間部分支護樁的應(yīng)力水平加大，支護樁的橫向變形和豎向變形隨之增大，從而使周圍土體產(chǎn)生較大變形。監(jiān)測點C24、C34、C37同樣位于由基坑長邊組成的角點附近，因此其豎向位移變化規(guī)律基本相同。監(jiān)測點C42、C43、C44位于由基坑短邊組成的角點附近，其豎向位移變化規(guī)律與監(jiān)測點C24、C34、C37相近，但豎向總位移大0.4～0.5 mm。

4 結(jié)論

1)采用的支護形式得當，廠房內(nèi)基坑施工對原有廠房的柱下獨立基礎(chǔ)沉降的影響可以得到有效控制，滿足基礎(chǔ)豎向位移要求。東西走向的兩排支護樁與南北走向西側(cè)的一排支護樁水平變形相互協(xié)調(diào)，支護樁的應(yīng)力分布較均勻，能充分發(fā)揮支護作用，達到安全、經(jīng)濟、適用的目的。

2)基坑邊緣形狀與基坑邊坡自支撐能力關(guān)系密切?；舆吘夁^長且過于平直不利于基坑邊坡穩(wěn)定；適當設(shè)置轉(zhuǎn)折，有利于增加邊坡橫向剛度，并為相鄰邊提供支撐點，使邊坡水平變形減小，有利于提高邊坡橫向整體穩(wěn)定性。

3)在原有獨立柱基礎(chǔ)之間設(shè)置連續(xù)梁基礎(chǔ)不僅能夠改善結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對于提高基坑邊坡橫向穩(wěn)定性也具有重要作用。

4)支護結(jié)構(gòu)施工前清除受油污污染的雜填土層，不僅降低了基坑邊坡上部荷載，減少支護工程量，節(jié)約建設(shè)資金，同時也有利于提高開挖后基坑邊坡的穩(wěn)定性。

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(責任編輯：郎偉鋒)

MonitoringAnalysisofAdditionalFoundationFitProjectsforoldFactoryBuildings

LIChao1,LIUHua2,LUHao2,HUANGZhiyan3,ZHAOTieling3

(1.CollegeofTransportation&CivilEngineering,ShandongJiaotongUniversity,Jinan250357,China; 2.JinanUrbanConstructionInvestmentServiceCenter,Jinan250014,China; 3.JinanUrbanConstructionInvestmentGroupCo.,Ltd.,Jinan250101,China)

In order to study the deformation patterns of foundation pits，the settlement patterns of single foundation under the columns of adjacent old factory buildings during the construction, the former and latter relationships,and the monitoring data by tracing the horizontal and vertical displacement of the top surface of the additional basement foundation pit of the old factory building and the vertical displacement of the single foundation under the column of the old factory building is analyzed relying on an additional reconstruction project of a rolling mill building.The monitoring results show as follows. The type of support adopted in the foundation pit is satisfactory, which meets the requirements of the horizontal and vertical displacement of the foundation pit slope. It is effectively controlled that the foundation pit construction of the factory building affects the single foundation settlement under the column of the original factory building, which meets the requirements of the vertical displacement of base. It is not good for the stability of the foundation pit slope with the long and straight foundation pit edge, so it is suitable to add the short sides and turns, which can increase the lateral stiffness of the slope, provide the support points for the adjacent sides, make the horizontal deformation of the slope small, and improve the lateral stability of the slope. Therefore, it is fully to consider the influence of adjacent foundation pits in the design of the foundation pit support.

old factory buildings; reconstruction; foundation pit; monitoring

2017-01-17

李超(1979—)，男，濟南人，副教授，工學(xué)博士，主要研究方向為道路工程,E-mail：635833177@qq.com.

10.3969/j.issn.1672-0032.2017.02.011

TU753

：A

：1672-0032(2017)02-0066-07