金春峰，張海軍，田崗，侯代敏，宋春雷，段艷芳，方順女，郭起林，胡志超

（中電投工程研究檢測評定中心有限公司）

1 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程不斷推進，城市更新活動日益頻繁，其中城市中的舊房、危房以及違建房屋的拆除活動逐漸成為我國城市建設(shè)過程中的一個重要現(xiàn)象[1-2]。同時，近20年來，我國房屋拆除率已達城市房屋規(guī)模的50%以上，這就不可避免地會出現(xiàn)一些近接拆除工程對其周圍未拆除建筑后期安全性的影響問題。但目前針對此類城市建筑拆除對周邊建筑的安全性影響研究，多集中于建筑爆破或機械拆除過程中震動效應(yīng)對周邊建筑環(huán)境的影響方面[3-7]，還鮮有相關(guān)工程技術(shù)人員展開近接拆除對周邊建筑靜力安全特征影響的研究工作。

本文以某住宅小區(qū)10號樓周邊建筑拆除對其安全影響評估為例，通過分析預(yù)拆除建筑與某小區(qū)10號樓之間的位置關(guān)系，結(jié)合現(xiàn)場周邊環(huán)境和工程地質(zhì)情況，利用有限元方法建立三維分析模型，研究預(yù)拆除建筑拆除后可能對10號樓產(chǎn)生的不利影響，以期為今后類似工程提供技術(shù)上的參考。

2 工程概況

2.1 工程現(xiàn)場情況

某小區(qū)10號樓附近存在一棟違建樓房，現(xiàn)狀用途為學(xué)生公寓，與10號樓最近距離約8m，其中高層住宅樓高約58.8m，屬于高層建筑，違建樓房高約21.6m，屬于多層建筑，現(xiàn)場情況如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場情況

2.2 建筑結(jié)構(gòu)狀況

10號樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，共包括地上和地下兩部分。其中，地上結(jié)構(gòu)共20層，地上1層層高5.6m，地上2層～20層層高2.8m；地下結(jié)構(gòu)共2層，地下2層層高3.4m，地下1層層高5m，基礎(chǔ)采用筏板基礎(chǔ)，板厚約0.65m。預(yù)拆建筑為多層磚混結(jié)構(gòu)，共6層，每層層高約3.6m，基礎(chǔ)形式為條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約2m。10號樓結(jié)構(gòu)如圖2所示，預(yù)拆建筑結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 10號樓結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 預(yù)拆建筑結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 區(qū)域地質(zhì)狀況

2.3.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)場區(qū)已有資料和鉆探揭露地層資料，本區(qū)域地面以下20m深度范圍內(nèi)主要以砂類土為主，其中，標高約8.5m～8.8m以上以新近沉積和第四紀沉積的粘性土、細砂、粉砂為主，其下以第四紀沉積的粘性土為主。新近沉積的粘性土壓縮模量一般為4.1MPa～7.5MPa，屬中高壓縮性土，局部地點地表下1.5m～2.4m以內(nèi)存在高壓縮性土，壓縮模量為3.2MPa；第四紀沉積的粘性土壓縮模量一般為6.10MPa～15.10MPa，屬中高～中低壓縮性土。地面以下20m～150m深度范圍內(nèi)主要為砂類土層與粘性土層的交互沉積層。

2.3.2 水文地質(zhì)情況

本區(qū)地面以下150m深度以內(nèi)，自北向南第四紀含水層主要為6層，含水層巖性為砂類土，單層含水層厚度最薄為1.5m～3m，最厚為26m～28m，上述深度范圍內(nèi)含水層總厚度67m左右。

本區(qū)潛水的補給主要受大氣降水入滲補給和沖洪積扇側(cè)向徑流補給，以及灌溉回歸水補給等，以蒸發(fā)和地下水徑流等方式排泄：區(qū)內(nèi)承壓水受越流和側(cè)向徑流等補給，以人工開采和地下水徑流等方式排泄，徑流條件良好。

根據(jù)水文地質(zhì)條件和地下水動態(tài)特征可分為潛水動態(tài)特征和承壓水動態(tài)特征。本區(qū)內(nèi)潛水屬滲入—蒸發(fā)、徑流型動態(tài)，受大氣降水入滲影響，該層水水位通常埋深在地面下6m～8m。每年1、2月份出現(xiàn)最低水位，豐水期的8、9月份水位較高，水位年變幅一般為2m～4m。本區(qū)內(nèi)承壓水主要屬徑流開采型動態(tài)。一般在每年的6、7月份出現(xiàn)最低水位，最高水位出現(xiàn)在來年的1、2月份，年變幅一般為1.3m～8.1m。

2.3.3 地震地質(zhì)特征

本地區(qū)新構(gòu)造運動十分強烈，且新構(gòu)造運動以斷塊活動為基本特征，活動斷裂具有繼承性和新生性的特點。以北東向斷裂為主，與之近于正交的北西向及近東西向、近南北向斷裂活動次之，活動方式以頻繁的升降運動為主，亦有一定的走滑運動。地表構(gòu)造變異、深部地球物理場和現(xiàn)代形變場均明顯反映出北京地區(qū)具有孕育強震深部的背景。

根據(jù)歷史記載，本地區(qū)曾發(fā)生過若干次不同級別的地震，自公元294年居庸關(guān)5.5級地震以來，至2002年，共記錄到4.7級以上破壞性地震85個，其中，8級地震1次(1679年三河～平谷地震)：7～7.9級地震1次；6～6.9級地震15次，且這些地震距市區(qū)僅幾十公里。

3 多元耦合建模及參數(shù)設(shè)置

3.1 整體模型

為了充分考慮建筑結(jié)構(gòu)與地層之間的協(xié)調(diào)變形情況，本文建立涉及地上結(jié)構(gòu)與地下土層的多元耦合模型。本模型分上部結(jié)構(gòu)和下部地層兩部分，整體長160m，寬75m，高108.9m。其中，上部結(jié)構(gòu)又分為10號樓和預(yù)拆建筑兩部分，高58.9m；下部地層分為三層，自上而下第一層土體厚度8.8m，第二層土體厚度11.2m，第三層土體厚度30m，共計50m。

此外，10號樓模型共22層，長50.8m，寬27m，高67.2m（其中地上58.8m，地下8.4m），剪力墻體厚0.2m，混凝土樓板厚0.12m，混凝土梁截面為0.2m×0.4～0.6m（寬×高），混凝土柱截面為0.5m×0.5m（寬×高）。預(yù)拆建筑模型共6層，長49.5m，寬20.5m，高23.6m（其中地上21.6m，地下2m），砌體磚墻厚0.24m，混凝土樓板厚0.12m（見圖4）。

圖4 多元耦合模型

3.2 參數(shù)設(shè)置

本模型材料主要涉及磚砌體、混凝土結(jié)構(gòu)以及地層土體，其中，磚砌體結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)采用彈性本構(gòu)，地層土體采用摩爾庫倫本構(gòu)，具體材料參數(shù)如表1所示。

表1 材料參數(shù)

3.3 單元及邊界設(shè)置

3.3.1 單元設(shè)置

本模型共涉及三種單元類型，即一維線單元、二維板單元和三維實體單元。其中，一維線單元主要用于梁、柱結(jié)構(gòu)；二維板單元主要用于砌體磚墻、混凝土剪力墻及樓板結(jié)構(gòu)；三維實體單元主要用于地層土體。

3.3.2 邊界條件

本模型邊界主要涉及地層土體邊界條件，應(yīng)設(shè)置為左右側(cè)面采用x向約束，前后側(cè)面采用y向約束，底面采用x、y、z三方向約束。

3.4 荷載設(shè)置

本模型荷載主要包括建筑結(jié)構(gòu)和地層土體自重荷載以及樓面和屋面荷載。其中，自重荷載方向z軸負方向，樓面和屋面荷載取2kN/m2。

4 理論分析及計算結(jié)果

4.1 理論初判

根據(jù)相關(guān)地基設(shè)計規(guī)范和巖土力學(xué)理論[8-10]，外界荷載卸荷之后，地基土體將會向上位移，使其周邊地基土體出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。因此，本工程當預(yù)拆建筑拆除后，極可能導(dǎo)致附近10號樓出現(xiàn)上浮變形，致使其產(chǎn)生不均勻沉降現(xiàn)象。主要原因有三點。

①既有建筑拆除后的卸荷回彈。因為建筑拆除前，土中各點都處于平衡狀態(tài)，拆除后地基土由于缺少向下的壓力，出現(xiàn)應(yīng)力重分布現(xiàn)象，土體自重應(yīng)力釋放，回彈上移。

②卸荷回彈后地基土變得松軟，更加劇了土體隆起上移。

③當存在地下水時，卸荷后土體吸水導(dǎo)致土體膨脹上移。

4.2 模擬結(jié)果分析

4.2.1 內(nèi)力分析

1）地層應(yīng)力變化

由圖5可以看出，當預(yù)拆建筑拆除后，下部土體缺少了相應(yīng)荷載的壓制作用，其地層應(yīng)力發(fā)生重分布，其中整體地層最大應(yīng)力由拆除前的558.64kN/m2變化為555.67kN/m2，變化量相對較??；局部地層（預(yù)拆建筑下部）應(yīng)力由114.21kN/m2變?yōu)?4.98kN/m2，變化量相對較大，減小到原有應(yīng)力13%左右。由此可見，預(yù)拆建筑拆除后，會使其下部局部地層應(yīng)力得到釋放。

圖5 地層應(yīng)力

2）10 號樓應(yīng)力變化

由圖6看出，當預(yù)拆建筑拆除后，10號樓最大應(yīng)力由1985.35kN/m2變?yōu)?947.49kN/m2，下 降1.91%，整 體 變 化不大。

圖6 10號樓應(yīng)力

4.2.2 變形分析

由圖7可以看出，當預(yù)拆建筑拆除后，其下部土體z方向最大變形為127.27mm（隆起）；10號樓z方向最大變形為17.76mm（隆起），最小變形為-6.33mm（沉降），差異變形為24.09mm。因此，可以看出預(yù)拆建筑拆除后，會對其周邊地層和鄰近10號樓的變形產(chǎn)生一定影響，同時，考慮到10號樓修建時已經(jīng)存在一定的不均勻沉降現(xiàn)象，所以在未對10號樓進行有效保護的情況下，暫不建議對預(yù)拆建筑進行拆除處理。

圖7 地層與結(jié)構(gòu)變形

5 結(jié)語

本文以北京市某小區(qū)近接拆除工程為例，利用有限元建模方法，考慮地層與結(jié)構(gòu)的相互作用，分析預(yù)拆建筑拆除后對鄰近10號樓的影響。結(jié)果表明，預(yù)拆建筑拆除后會對相鄰建筑產(chǎn)生一定影響，建議在未對相鄰建筑進行有效保護的情況下，暫不對預(yù)拆建筑進行拆除處理。