吳 明,孫本利 ,王 鑫,尚文彥

(1. 長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程系,西安 710054； 2.陜西天地地質(zhì)有限責(zé)任公司,西安 710000)

0 前 言

隨著國(guó)家建設(shè)力度不斷加大，中國(guó)各地地鐵工程紛紛上馬。然而，地鐵車站基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)道路交通和周邊建筑物產(chǎn)生不良影響。因此，需要采取特殊的施工工法減少施工對(duì)周圍環(huán)境的影響[1-7]。其中半鋪蓋法是較為常用的施工措施，因其圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降，保護(hù)鄰近建筑物和構(gòu)筑物，能有效解決明挖法道路封鎖帶來(lái)的交通堵塞問(wèn)題，在地鐵工程施工中廣泛被采用。諸多學(xué)者在此方面開(kāi)展了大量研究，張寧[8]分析了黃地區(qū)某地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工性狀，但是未涉及基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。任建喜[9]和劉義[10]對(duì)黃土地區(qū)的深基坑進(jìn)行了數(shù)值和實(shí)測(cè)研究，其結(jié)果有助于黃土基坑更合理的設(shè)計(jì)和施工。總體來(lái)看，學(xué)者們針對(duì)黃土地區(qū)半鋪蓋法基坑研究案例還是較少。本文以西安地鐵建設(shè)中首個(gè)采用半鋪蓋法的工程深基坑為例，監(jiān)測(cè)并分析了黃土地區(qū)的半鋪蓋法施工地鐵基坑資料，總結(jié)了半鋪蓋法基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物的影響，為西安深基坑設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

1 工程概況和場(chǎng)地地質(zhì)條件

1.1 工程概況

西安地鐵四號(hào)線后村車站主體基坑平面尺寸為146.84 m×26.96 m(長(zhǎng)×寬)，基坑深度約17.84 m，局部深度18.91m?；訑嗝嫒鐖D1所示，基坑圍護(hù)采用D1000 mm@1400 mm旋挖樁，設(shè)3道內(nèi)支撐。樁間采用掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土擋土，支護(hù)樁嵌固深度為5、6、7 m。第一道支撐為1.2 m×1.4 m(寬×高)(路面鋪蓋)和1.2 m×0.8 m(寬×高)鋼筋混凝土撐，水平間距約6 m；第二、三道支撐為D600 mm×14 mm鋼支撐，預(yù)加軸力600 kN和500 kN，水平間距約3 m，支撐軸力約1 944 kN；腰梁采用2I45C組合鋼圍檁。

1.2 場(chǎng)地水文和地質(zhì)條件

如圖2所示，土層依次為填土類，3-1-1新黃土，3-1-2新黃土，3-2-2層古土壤，4-1-2表示老黃土，4-4粉質(zhì)黏土，4-7中砂，4-12沖積黏土。潛水賦存于古土壤、黃土和粉質(zhì)黏土及其砂夾層中。主要含水層為粉質(zhì)黏土層中砂夾層，該層透水性好，賦水性強(qiáng)。地下水位埋深約19 m?；又苓叧嚯x基坑200 m的f9地裂縫外，無(wú)不良地質(zhì)災(zāi)害。各層土工參數(shù)見(jiàn)表1所示。

表1 巖土參數(shù)

2 基坑周邊環(huán)境介紹

該基坑周邊建筑物有西安金都集團(tuán)商住樓、百腦匯大廈、西安科技大學(xué)沿街宿舍樓、教學(xué)樓及試驗(yàn)樓、西安建筑科技大學(xué)商住樓、賽博電腦商城、某軍隊(duì)住宅樓，房屋密集。各建筑物具體結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。影響比較大的建筑物為：西安金都集團(tuán)距離為19.25 m。車站1號(hào)風(fēng)亭南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)(主體南端圍護(hù)結(jié)構(gòu))距賽博電腦商城主體結(jié)構(gòu)外墻6 m,車站1號(hào)風(fēng)亭西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距西安科技大學(xué)宿舍樓主體外墻8 m，車站2號(hào)風(fēng)亭及Ⅳ號(hào)出入口南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距西安科技大學(xué)教學(xué)樓及試驗(yàn)樓外墻6～9 m。對(duì)于主要受影響的建筑物做了監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，如圖3所示。

表2 后村站地面建(構(gòu))筑物調(diào)查情況

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖4為某大學(xué)3～6層的磚混結(jié)構(gòu)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果。從圖4可以觀察到同一時(shí)期內(nèi)J2點(diǎn)和J13點(diǎn)沉降差值最大，約13.9 mm，傾斜值為0.16‰，小于8‰的標(biāo)準(zhǔn)[11]；磚混結(jié)構(gòu)最終沉降量約為12 mm，大部分區(qū)域最終沉降量為8 mm，小于20 mm。

圖5為電腦城沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果。從圖5可以看到建筑物最終沉降量約為14 mm，小于20 mm，J15和J17點(diǎn)的同時(shí)期沉降量差值最大，約為10.45 mm，建筑物傾斜為0.6‰。

圖6為某車庫(kù)沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果，從圖中可以看出車庫(kù)最終沉降量為9.1 mm，同時(shí)期沉降差值最大點(diǎn)為J28和J27，最大差值為11.24 mm，傾斜值為0.4‰。

根據(jù)GB 5007-2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]，砌體結(jié)構(gòu)主要由局部和整體傾斜控制，高層框架由整體傾斜、相鄰柱沉降差和總體沉降控制。某大學(xué)多層磚混結(jié)構(gòu)傾斜值為0.16‰小于規(guī)范[11]8‰的標(biāo)準(zhǔn)；某電腦城和某商住大樓屬于高層框架結(jié)構(gòu)，整體傾斜分別為0.6‰和0.4‰，均小于規(guī)范限值。其中2棟建筑物相鄰柱沉降差均滿足要求。3棟建筑物最終沉降量均小于20 mm。

從理論上分析，該車站基坑的施做圍護(hù)樁、降水及開(kāi)挖對(duì)周圍建筑物的影響，可分為3類。鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中產(chǎn)生的土體損失引起的相鄰地面沉降；長(zhǎng)時(shí)間、大幅度降低地下水可能引起地面沉降，引起鄰近建(構(gòu))筑物的變形及開(kāi)裂；基坑開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的不平衡力導(dǎo)致周圍土體及圍護(hù)墻向開(kāi)挖區(qū)發(fā)生側(cè)移動(dòng)、地面沉降及坑底隆起，從而引起緊鄰建(構(gòu))筑物的側(cè)移、沉降或傾斜。根據(jù)土力學(xué)理論分析，該車站基坑周邊降水以及土方開(kāi)挖為影響周邊建筑物沉降的“源頭”。一般分析基坑開(kāi)挖對(duì)周邊建筑物影響時(shí)，應(yīng)提出施工期間的控制標(biāo)準(zhǔn)。而且要從建筑的允許變形中扣除已有變形值及后期變形值來(lái)合理確定。即：

ξ2≤ξ0-(ξ1+ξ3)

(1)

公式(1)中：ξ0為建筑物的地基變形允許值；ξ1為建筑物的已有變形值；ξ2為施工期間建筑物的地基變形控制值；ξ3為建筑物后期的地基變形值(最小取0)。

實(shí)際施工前，對(duì)該3棟進(jìn)行了調(diào)查，但是沒(méi)有取得相應(yīng)的前期沉降資料(即ξ1)。建筑調(diào)查中觀察到2棟高層裂縫較多，但多為裝飾層及填充結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)產(chǎn)生的裂縫，并不影響結(jié)構(gòu)的正常使用，建議加強(qiáng)電梯間及屋頂電梯機(jī)房等裂縫的監(jiān)測(cè)工作，并認(rèn)定其為次要保護(hù)對(duì)象。某大學(xué)磚混凝土多層主體結(jié)構(gòu)抗變形能力差，墻體有裂縫且分布較多，認(rèn)定為主要保護(hù)對(duì)象。

通過(guò)最后竣工后的效果來(lái)看，不論該基坑周邊3棟建筑的基礎(chǔ)型式為剛度較大的復(fù)合地基+筏板基礎(chǔ)，或?yàn)閯偠容^小的條形基礎(chǔ)，其由基坑開(kāi)挖引起的沉降差約11 mm，傾斜值最大為0.6‰，均處于規(guī)范規(guī)定的變形限值范圍內(nèi)。施工中沒(méi)有產(chǎn)生不良現(xiàn)象，交通主干道通暢，說(shuō)明黃土地區(qū)半鋪蓋法基坑是可行的，對(duì)于控制基坑周邊變形是合適的。

4 結(jié) 論

通過(guò)黃土地區(qū)半鋪蓋法基坑施工引起的周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)總結(jié)分析，形成結(jié)論如下：

(1)半鋪蓋法深基坑施工期間對(duì)于道路交通影響較小。

(2)該工法施工時(shí)引起的周邊環(huán)境擾動(dòng)較弱。本文監(jiān)測(cè)的案例中不管是剛度大的筏基,還是剛度小的條形基礎(chǔ)，其施工后的沉降差和傾斜均遠(yuǎn)小于規(guī)范的限值。

(3)當(dāng)需要保證道路交通時(shí)，黃土地層中也可以采用該方法進(jìn)行地鐵車站的基坑施工。

(4) 建議基坑開(kāi)挖前應(yīng)對(duì)周邊建筑物進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，盡可能的收集建筑物的已有變形量資料，為基坑施工對(duì)周邊環(huán)境影響提供準(zhǔn)確判斷依據(jù)。