地鐵深基坑施工引起的既有建筑物沉降分析
摘 要 上海地區處于淤泥質軟土地質條件下。軌道交通8號線延吉中路站在施工過程中,臨近的延吉七村6號樓產生了較大差異沉降。通過對延吉中路站基坑施工期間各種施工參數及6號樓的沉降規律分析,推斷出較大差異沉降的根本原因是6號樓局部座于低強度、高靈敏度的暗浜之上。提出采用注漿、基礎托換等對策,以控制絕對沉降量和差異沉降。
關鍵詞 不良地質,基礎施工,建筑物沉降
上海軌道交通Ｍ8線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號樓發生了較大差異沉降,并且沉降以較大速率持續發展。對于引起較大差異沉降的原因卻是眾說紛紜。現結合施工工況、房屋基礎情況及地質情況等進行綜合分析,找出引起差異沉降的主要因素,以便對類似工程有目的地制定措施,最終達到保護既有建筑安全的目的。
1 工程概況
1.1 車站概況
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:標準段為14.52ｍ,端頭井為16～17ｍ。該站主要采用明挖順作法施工。圍護結構標準段設計為800ｍｍ厚地下連續墻,兼作使用階段的主體結構側墻。連續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4道?609鋼管支撐;端頭井部分地下連續墻埋深29～30ｍ,采用柔性接頭。
1.2 地質條件
工程范圍內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層灰色粘質粉土夾淤泥質粉質粘土,③層灰色淤泥質粉質粘土,④層灰色淤泥質粘土,⑤-1ａ層灰色粘土,⑤-1ｂ層灰色粉質粘土,⑥層暗綠～草黃色粉質粘土,⑦-1層草黃色砂質粉土,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。
經勘察,6號樓東北部基礎下有一暗浜。暗浜深度為1.10～3.50ｍ,浜內灰色浜填土為含有機質的淤泥質土。另據6號樓竣工圖顯示,該樓建造中未對暗浜進行處理。房屋基礎地質情況見表1。
1.3 6號樓房屋及周邊環境情況
延吉七村6號樓為6層點式住宅樓,長19.60ｍ,南北寬15.64ｍ,為有圈梁的鋼筋混凝土結構,淺埋條形基礎,基礎寬1.0～2.5ｍ,基礎埋深1.8ｍ,于1983年建成。該樓位于基坑8～12軸西側,距基坑7.2ｍ。據調查,房屋建成后到該車站施工前,6號樓的整體沉降量已有20～30ｃｍ。
延吉七村6號樓與基坑平面關系見圖1,基礎形式見圖2。
基坑與6號樓之間7ｍ范圍內布置多條市政管線,管線埋深在1.5～3.3ｍ之間,由于場地狹窄,管線間凈距較小,最大不到0.5ｍ。管線布置情況見圖3。
2 6號樓沉降情況及原因分析
2.1 沉降情況
6號樓沉降歷史曲線見圖4。各階段沉降速率及累計沉降見表2。從沉降曲線可以明顯看出,施工對測點Ｆ39、Ｆ42點的影響較大,絕對沉降量較大,房屋向東偏北方向傾斜;但對Ｆ40、Ｆ41兩點影響卻相對較小,沉降曲線也較平緩。
2.2 原因分析
沉降原因分析從兩個方面考慮:一是施工全過程的直接影響;二是考慮地質等情況的間接影響。建筑物周邊施工時,盡管采取各種擾動小的工藝,但對既有建筑一般均會產生或多或少的影響。而6號樓附近依次進行過管線改移、地下連續墻施工、基坑降水、基坑開挖、結構施工等。現根據各階段工藝情況及其與6號樓的空間關系,以及各階段沉降數據等進行分析,找出主要影響工序和影響因素。
2.2.1 管線施工階段
從管線與6號樓基礎相對關系來看,可以看出基坑與建筑間7.2ｍ范圍內布置多條市政管線,管線埋深在1.5～3.3ｍ之間。特別是雨、污水管溝槽挖深超過3ｍ,距房屋邊線僅4～5ｍ,而房屋基礎埋深僅為1.8ｍ,土體擾動范圍已略超過基礎深度。該段地層在地面下0～3.0ｍ為強度較高的雜填土(Ｐｓ=1.1ＭＰａ)。僅從基礎受力擴散角看,在4～5ｍ外挖3.3ｍ深的溝槽不會對房屋產生直接的、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。若暗浜與管線溝槽相連,由于暗浜淤泥強度極低,流變特性更明顯,也會引起較大沉降。由于施工中未能準確觀察和判斷溝槽開挖時的土體情況,因此難以作出推斷。
管線施工中采用開挖溝槽后插壓槽鋼支護的工藝,有一定支護作用。但從施工順序看,先開挖后插槽鋼的方法,也就是先開挖后支護的方法。與先插壓槽鋼后開挖溝槽的施工順序相比,顯然后者對控制土體位移的效果應更好。
2.2.2 地下連續墻施工階段
對應6號樓位置地下連續墻施工工況見表3。
表3 地下連續墻施工情況一覽表(2003年)
從表3可以看出,對應6號樓位置連續墻基本集中在6月15日—6月25日完成(除ＤＸＱ2-7在7月4日完成);從砼充盈系數和坍孔情況可以看出該段連續墻成槽情況良好,無較大坍孔現象。
但從沉降歷史曲線看,地下連續墻施工期間Ｆ39、Ｆ42沉降速率分別達到0.69ｍｍ/ｄ、0.78ｍｍ/ｄ。由此可明顯看出,地下連續墻施工與這兩點沉降有直接關系。
同期Ｆ40、Ｆ41點及3、5號樓沉降均非常微小。
2.2.3 地基加固及降水階段
基坑內雙液注漿加固對連續墻會產生一定的側壓力。但由于連續墻形成的帷幕作用,注漿作業基本不會對坑外土體產生擾動。
從Ｆ39、Ｆ42點沉降歷史曲線可以看出,自7月19日降水開始至7月29日基坑開挖產生的沉降曲線,與6月25日至7月19日的沉降曲線并無拐點,沉降速率基本一致。為此,結合坑外水位、孔隙水壓力基本正常的情況(見圖5、圖6),可以基本判斷基坑降水未對建筑物產生直接的影響。這一點也可以從基坑開挖后地墻基本無滲漏得到印證。
本階段Ｆ39、Ｆ42點沉降速率分別為0.30ｍ/ｄ、0.25ｍｍ/ｄ,相比連續墻施工階段明顯降低。一現象更印證了前面得出的連續墻施工對Ｆ39、42點沉降產生了直接影響的結論。
同期Ｆ40、Ｆ41點及3、5號樓沉降均非常微小。
2.2.4 基坑土方開挖階段
8月20日連續墻水平位移見圖7。其中Ｃ03測斜孔位于端頭井,最大位移35.92ｍｍ;Ｃ05距離6號樓較近,最大位移6.4ｍｍ。就變形值看,基坑開挖階段變形控制較正常(根據以往基坑施工情況,地下連續墻水平位移40ｍｍ左右比較正常)。
雖然端頭井距6號樓有50ｍ之遠,土坡坡頂在6號樓中部對應位置,對應該建筑位置開挖深度并不深,且相應位置Ｃ05測斜孔水平位移也不大(6.4ｍｍ),但土方開挖期間Ｆ39、Ｆ42點沉降速率分別達到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,基坑土方開挖與這兩點的沉降有直接關系。
同期Ｆ40、Ｆ41點及3、5號樓沉降均相對較小。
2.2.5 墊層、結構施工
端頭井墊層澆注后,Ｆ39、Ｆ42點沉降速率分別為0.50ｍｍ/ｄ、0.52ｍｍ/ｄ,與基坑開挖階段比略有降低,但從數值看仍不算小。
2.2.6 綜合分析
綜合各階段施工情況看,延吉七村3、5、6號樓除5號樓基礎下有250ｍｍ×250ｍｍ×7000ｍｍ方樁外,基礎形式均相同,但6號樓的沉降最明顯,反應最劇烈。雖然6號樓距基坑開挖段較近,但絕對距離并不算很近(離端頭井50ｍ),且基坑開挖前的地下連續墻施工、地基加固及基坑降水期間,其反應也較3、5號樓大得多(此階段無論管線、地墻、加固、降水施工對3、5、6號樓影響條件均相同)。6號樓4個測點中,Ｆ39、Ｆ42又比Ｆ40、Ｆ41敏感得多。就此基本可以推測有其它因素對Ｆ39、Ｆ42點的沉降起了較大影響作用。
結合地質補堪報告,在6號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號點位置對應。含有機質的灰黑色浜填土強度極低,Ｐｓ僅為0.02ＭＰａ,靈敏度又很高,且有很強的流變特性。據此判斷,各階段施工除了對周圍地層產生擾動外,也引起了浜填土的高敏感度反應,致使6號樓有暗浜存在的39號點沉降最大,整棟建筑發生不均勻沉降。
3 結論及建議
根據以上分析,基坑開挖是引起差異沉降的誘因,而根本原因是房屋基礎下暗浜的存在,解決差異沉降,就必須從暗浜著手。為此建議如下:
(1)選用一種對暗浜淤泥有改良加固作用、同時在加固時又不至于引起過大附加沉降的工藝;或者先估算此種附加沉降值,當預測最終差異沉降不超限時,也可實施此種工藝。
(2)在差異沉降較大時,可考慮在沉降小的一側房屋基礎下取土,對房屋進行糾偏。取土工藝要可控,避免糾偏過度。
(3)對房屋加固處理一般采用注漿、基礎托換等方法。這些工藝控制要非常精細,否則適得其反,需要有經驗、高素質的施工隊伍來實施。
(4)采取加固措施時,必須做到信息化施工,監測數據及時反饋。并根據監測數據相應調整施工參數。
(5)其它類似建筑物應進行事前地質補勘,對有類似暗浜存在的,應根據暗浜范圍、深度、建筑基礎情況等綜合考慮,對存在隱患的建筑物在施工前應實施預加固處理。
參考文獻
1 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊.北京:中國建筑工業出版社,1997
2 楊國偉.深基坑及其鄰近建筑保護研究[學位論文].上海:同濟大學,2000(收稿日期:2004-03-09)
