地鐵深基坑施工引起的既有建筑物沉降分析

摘　要　上海地區(qū)處于淤泥質(zhì)軟土地質(zhì)條件下。軌道交通8號(hào)線(xiàn)延吉中路站在施工過(guò)程中,臨近的延吉七村6號(hào)樓產(chǎn)生了較大差異沉降。通過(guò)對(duì)延吉中路站基坑施工期間各種施工參數(shù)及6號(hào)樓的沉降規(guī)律分析,推斷出較大差異沉降的根本原因是6號(hào)樓局部座于低強(qiáng)度、高靈敏度的暗浜之上。提出采用注漿、基礎(chǔ)托換等對(duì)策,以控制絕對(duì)沉降量和差異沉降。
關(guān)鍵詞　不良地質(zhì),基礎(chǔ)施工,建筑物沉降

　　上海軌道交通Ｍ8線(xiàn)延吉中路站深基坑施工期間(2003年6月—9月),臨近的延吉七村6號(hào)樓發(fā)生了較大差異沉降,并且沉降以較大速率持續(xù)發(fā)展。對(duì)于引起較大差異沉降的原因卻是眾說(shuō)紛紜?，F(xiàn)結(jié)合施工工況、房屋基礎(chǔ)情況及地質(zhì)情況等進(jìn)行綜合分析,找出引起差異沉降的主要因素,以便對(duì)類(lèi)似工程有目的地制定措施,最終達(dá)到保護(hù)既有建筑安全的目的。
1　工程概況
1.1　車(chē)站概況
延吉中路站是地下二層島式中間折返站,外輪廓尺寸為475.4ｍ×19.2ｍ,站中心覆土厚約2.5ｍ。底板埋深:標(biāo)準(zhǔn)段為14.52ｍ,端頭井為16～17ｍ。該站主要采用明挖順作法施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)為800ｍｍ厚地下連續(xù)墻,兼作使用階段的主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻。連續(xù)墻間采用十字鋼板止水接頭,墻趾埋深26.5～27.5ｍ,沿深度方向設(shè)4道?609鋼管支撐;端頭井部分地下連續(xù)墻埋深29～30ｍ,采用柔性接頭。
1.2　地質(zhì)條件
工程范圍內(nèi)自上而下主要的土層分布依次為:①-1層雜填土,①-2層黃色素填土,②-1層褐黃色粘土,②-3ａ層灰色粘質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土,④層灰色淤泥質(zhì)粘土,⑤-1ａ層灰色粘土,⑤-1ｂ層灰色粉質(zhì)粘土,⑥層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土,⑦-1層草黃色砂質(zhì)粉土,⑦-2層灰色粉砂。
地下水位埋深一般為0.5～0.7ｍ。⑦層砂性土頂面埋深位于地面下29ｍ,含承壓水,其水頭埋深為地表下4.9ｍ。
經(jīng)勘察,6號(hào)樓東北部基礎(chǔ)下有一暗浜。暗浜深度為1.10～3.50ｍ,浜內(nèi)灰色浜填土為含有機(jī)質(zhì)的淤泥質(zhì)土。另?yè)?jù)6號(hào)樓竣工圖顯示,該樓建造中未對(duì)暗浜進(jìn)行處理。房屋基礎(chǔ)地質(zhì)情況見(jiàn)表1。

1.3　6號(hào)樓房屋及周邊環(huán)境情況
延吉七村6號(hào)樓為6層點(diǎn)式住宅樓,長(zhǎng)19.60ｍ,南北寬15.64ｍ,為有圈梁的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),淺埋條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)寬1.0～2.5ｍ,基礎(chǔ)埋深1.8ｍ,于1983年建成。該樓位于基坑8～12軸西側(cè),距基坑7.2ｍ。據(jù)調(diào)查,房屋建成后到該車(chē)站施工前,6號(hào)樓的整體沉降量已有20～30ｃｍ。
延吉七村6號(hào)樓與基坑平面關(guān)系見(jiàn)圖1,基礎(chǔ)形式見(jiàn)圖2。

基坑與6號(hào)樓之間7ｍ范圍內(nèi)布置多條市政管線(xiàn),管線(xiàn)埋深在1.5～3.3ｍ之間,由于場(chǎng)地狹窄,管線(xiàn)間凈距較小,最大不到0.5ｍ。管線(xiàn)布置情況見(jiàn)圖3。

2　6號(hào)樓沉降情況及原因分析
2.1　沉降情況
6號(hào)樓沉降歷史曲線(xiàn)見(jiàn)圖4。各階段沉降速率及累計(jì)沉降見(jiàn)表2。從沉降曲線(xiàn)可以明顯看出,施工對(duì)測(cè)點(diǎn)Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)的影響較大,絕對(duì)沉降量較大,房屋向東偏北方向傾斜;但對(duì)Ｆ40、Ｆ41兩點(diǎn)影響卻相對(duì)較小,沉降曲線(xiàn)也較平緩。

2.2　原因分析
沉降原因分析從兩個(gè)方面考慮:一是施工全過(guò)程的直接影響;二是考慮地質(zhì)等情況的間接影響。建筑物周邊施工時(shí),盡管采取各種擾動(dòng)小的工藝,但對(duì)既有建筑一般均會(huì)產(chǎn)生或多或少的影響。而6號(hào)樓附近依次進(jìn)行過(guò)管線(xiàn)改移、地下連續(xù)墻施工、基坑降水、基坑開(kāi)挖、結(jié)構(gòu)施工等。現(xiàn)根據(jù)各階段工藝情況及其與6號(hào)樓的空間關(guān)系,以及各階段沉降數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析,找出主要影響工序和影響因素。
2.2.1　管線(xiàn)施工階段
從管線(xiàn)與6號(hào)樓基礎(chǔ)相對(duì)關(guān)系來(lái)看,可以看出基坑與建筑間7.2ｍ范圍內(nèi)布置多條市政管線(xiàn),管線(xiàn)埋深在1.5～3.3ｍ之間。特別是雨、污水管溝槽挖深超過(guò)3ｍ,距房屋邊線(xiàn)僅4～5ｍ,而房屋基礎(chǔ)埋深僅為1.8ｍ,土體擾動(dòng)范圍已略超過(guò)基礎(chǔ)深度。該段地層在地面下0～3.0ｍ為強(qiáng)度較高的雜填土(Ｐｓ=1.1ＭＰａ)。僅從基礎(chǔ)受力擴(kuò)散角看,在4～5ｍ外挖3.3ｍ深的溝槽不會(huì)對(duì)房屋產(chǎn)生直接的、較大的影響。但特別要注意的是,該地段局部也有浜填土(Ｐｓ=0.02ＭＰａ)存在。若暗浜與管線(xiàn)溝槽相連,由于暗浜淤泥強(qiáng)度極低,流變特性更明顯,也會(huì)引起較大沉降。由于施工中未能準(zhǔn)確觀(guān)察和判斷溝槽開(kāi)挖時(shí)的土體情況,因此難以作出推斷?！　?BR> 管線(xiàn)施工中采用開(kāi)挖溝槽后插壓槽鋼支護(hù)的工藝,有一定支護(hù)作用。但從施工順序看,先開(kāi)挖后插槽鋼的方法,也就是先開(kāi)挖后支護(hù)的方法。與先插壓槽鋼后開(kāi)挖溝槽的施工順序相比,顯然后者對(duì)控制土體位移的效果應(yīng)更好。
2.2.2　地下連續(xù)墻施工階段
對(duì)應(yīng)6號(hào)樓位置地下連續(xù)墻施工工況見(jiàn)表3。
表3　地下連續(xù)墻施工情況一覽表(2003年)

　　從表3可以看出,對(duì)應(yīng)6號(hào)樓位置連續(xù)墻基本集中在6月15日—6月25日完成(除ＤＸＱ2-7在7月4日完成);從砼充盈系數(shù)和坍孔情況可以看出該段連續(xù)墻成槽情況良好,無(wú)較大坍孔現(xiàn)象。
但從沉降歷史曲線(xiàn)看,地下連續(xù)墻施工期間Ｆ39、Ｆ42沉降速率分別達(dá)到0.69ｍｍ/ｄ、0.78ｍｍ/ｄ。由此可明顯看出,地下連續(xù)墻施工與這兩點(diǎn)沉降有直接關(guān)系。
同期Ｆ40、Ｆ41點(diǎn)及3、5號(hào)樓沉降均非常微小。
2.2.3　地基加固及降水階段
基坑內(nèi)雙液注漿加固對(duì)連續(xù)墻會(huì)產(chǎn)生一定的側(cè)壓力。但由于連續(xù)墻形成的帷幕作用,注漿作業(yè)基本不會(huì)對(duì)坑外土體產(chǎn)生擾動(dòng)。
從Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)沉降歷史曲線(xiàn)可以看出,自7月19日降水開(kāi)始至7月29日基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的沉降曲線(xiàn),與6月25日至7月19日的沉降曲線(xiàn)并無(wú)拐點(diǎn),沉降速率基本一致。為此,結(jié)合坑外水位、孔隙水壓力基本正常的情況(見(jiàn)圖5、圖6),可以基本判斷基坑降水未對(duì)建筑物產(chǎn)生直接的影響。這一點(diǎn)也可以從基坑開(kāi)挖后地墻基本無(wú)滲漏得到印證。
本階段Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)沉降速率分別為0.30ｍ/ｄ、0.25ｍｍ/ｄ,相比連續(xù)墻施工階段明顯降低。一現(xiàn)象更印證了前面得出的連續(xù)墻施工對(duì)Ｆ39、42點(diǎn)沉降產(chǎn)生了直接影響的結(jié)論。
同期Ｆ40、Ｆ41點(diǎn)及3、5號(hào)樓沉降均非常微小。

2.2.4　基坑土方開(kāi)挖階段　　
8月20日連續(xù)墻水平位移見(jiàn)圖7。其中Ｃ03測(cè)斜孔位于端頭井,最大位移35.92ｍｍ;Ｃ05距離6號(hào)樓較近,最大位移6.4ｍｍ。就變形值看,基坑開(kāi)挖階段變形控制較正常(根據(jù)以往基坑施工情況,地下連續(xù)墻水平位移40ｍｍ左右比較正常)。
　 雖然端頭井距6號(hào)樓有50ｍ之遠(yuǎn),土坡坡頂在6號(hào)樓中部對(duì)應(yīng)位置,對(duì)應(yīng)該建筑位置開(kāi)挖深度并不深,且相應(yīng)位置Ｃ05測(cè)斜孔水平位移也不大(6.4ｍｍ),但土方開(kāi)挖期間Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)沉降速率分別達(dá)到0.85ｍｍ/ｄ、0.64ｍｍ/ｄ,較前幾階段都大,影響非常劇烈。由此可以看出,基坑土方開(kāi)挖與這兩點(diǎn)的沉降有直接關(guān)系。

同期Ｆ40、Ｆ41點(diǎn)及3、5號(hào)樓沉降均相對(duì)較小。
2.2.5　墊層、結(jié)構(gòu)施工
端頭井墊層澆注后,Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)沉降速率分別為0.50ｍｍ/ｄ、0.52ｍｍ/ｄ,與基坑開(kāi)挖階段比略有降低,但從數(shù)值看仍不算小。
2.2.6　綜合分析
綜合各階段施工情況看,延吉七村3、5、6號(hào)樓除5號(hào)樓基礎(chǔ)下有250ｍｍ×250ｍｍ×7000ｍｍ方樁外,基礎(chǔ)形式均相同,但6號(hào)樓的沉降最明顯,反應(yīng)最劇烈。雖然6號(hào)樓距基坑開(kāi)挖段較近,但絕對(duì)距離并不算很近(離端頭井50ｍ),且基坑開(kāi)挖前的地下連續(xù)墻施工、地基加固及基坑降水期間,其反應(yīng)也較3、5號(hào)樓大得多(此階段無(wú)論管線(xiàn)、地墻、加固、降水施工對(duì)3、5、6號(hào)樓影響條件均相同)。6號(hào)樓4個(gè)測(cè)點(diǎn)中,Ｆ39、Ｆ42又比Ｆ40、Ｆ41敏感得多。就此基本可以推測(cè)有其它因素對(duì)Ｆ39、Ｆ42點(diǎn)的沉降起了較大影響作用。
結(jié)合地質(zhì)補(bǔ)堪報(bào)告,在6號(hào)樓下局部有暗浜存在,暗浜埋深在地面下1.1～3.5ｍ范圍,暗浜位置與沉降最大的Ｆ39號(hào)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)。含有機(jī)質(zhì)的灰黑色浜填土強(qiáng)度極低,Ｐｓ僅為0.02ＭＰａ,靈敏度又很高,且有很強(qiáng)的流變特性。據(jù)此判斷,各階段施工除了對(duì)周?chē)貙赢a(chǎn)生擾動(dòng)外,也引起了浜填土的高敏感度反應(yīng),致使6號(hào)樓有暗浜存在的39號(hào)點(diǎn)沉降最大,整棟建筑發(fā)生不均勻沉降。
3　結(jié)論及建議
根據(jù)以上分析,基坑開(kāi)挖是引起差異沉降的誘因,而根本原因是房屋基礎(chǔ)下暗浜的存在,解決差異沉降,就必須從暗浜著手。為此建議如下:
(1)選用一種對(duì)暗浜淤泥有改良加固作用、同時(shí)在加固時(shí)又不至于引起過(guò)大附加沉降的工藝;或者先估算此種附加沉降值,當(dāng)預(yù)測(cè)最終差異沉降不超限時(shí),也可實(shí)施此種工藝。
(2)在差異沉降較大時(shí),可考慮在沉降小的一側(cè)房屋基礎(chǔ)下取土,對(duì)房屋進(jìn)行糾偏。取土工藝要可控,避免糾偏過(guò)度。
(3)對(duì)房屋加固處理一般采用注漿、基礎(chǔ)托換等方法。這些工藝控制要非常精細(xì),否則適得其反,需要有經(jīng)驗(yàn)、高素質(zhì)的施工隊(duì)伍來(lái)實(shí)施。
(4)采取加固措施時(shí),必須做到信息化施工,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋。并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相應(yīng)調(diào)整施工參數(shù)。
(5)其它類(lèi)似建筑物應(yīng)進(jìn)行事前地質(zhì)補(bǔ)勘,對(duì)有類(lèi)似暗浜存在的,應(yīng)根據(jù)暗浜范圍、深度、建筑基礎(chǔ)情況等綜合考慮,對(duì)存在隱患的建筑物在施工前應(yīng)實(shí)施預(yù)加固處理。

參考文獻(xiàn)

1　劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè).北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997
2　楊國(guó)偉.深基坑及其鄰近建筑保護(hù)研究[學(xué)位論文].上海:同濟(jì)大學(xué),2000(收稿日期:2004-03-09)