林家楨
(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)
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明挖法施工對(duì)文物級(jí)保護(hù)建筑的影響分析
林家楨
(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300251)
文物級(jí)保護(hù)建筑較一般建筑而言,對(duì)沉降和變形的要求更為嚴(yán)格。明挖法施工地鐵車站時(shí),開(kāi)挖主體結(jié)構(gòu)基坑、附屬結(jié)構(gòu)基坑,必然會(huì)對(duì)建筑的變形、位移產(chǎn)生一定影響,需采取針對(duì)性的保護(hù)措施確保建筑的基礎(chǔ)安全、正常使用。文章依托具體工程,針對(duì)文物級(jí)保護(hù)建筑沉降控制要求,研究確定了明挖基坑過(guò)程中對(duì)文物級(jí)建筑基礎(chǔ)的保護(hù)措施,包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)、信息反饋、預(yù)警機(jī)制、處理措施等。對(duì)類似明挖基坑對(duì)重要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源的工程具有一定的參考價(jià)值。
監(jiān)測(cè); 預(yù)警機(jī)制; 明挖法; 沉降; 變形控制
隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,明挖法施工地鐵車站的應(yīng)用越來(lái)越多。一般情況下地鐵車站位于城市的中心區(qū)域,車站周圍的環(huán)境較為復(fù)雜,基坑開(kāi)挖時(shí)勢(shì)必對(duì)周圍建筑物特別是對(duì)文物建筑產(chǎn)生不利影響。如何通過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)保證建筑物的安全,成為一個(gè)越來(lái)越重要和復(fù)雜的課題。
國(guó)家級(jí)、省級(jí)文物保護(hù)建筑與一般建筑物相比,沉降控制、傾斜控制的要求更為苛刻。因此,有必要針對(duì)性的研究對(duì)文物級(jí)保護(hù)建筑的相關(guān)保護(hù)和控制措施[1-3]。
哈爾濱市兆麟公園站位于友誼路與兆麟公園交口東側(cè),沿友誼路方向布設(shè)。友誼路寬30 m,雙向8車道。該站為地下3層島式站臺(tái)車站,站臺(tái)寬度11 m,車站長(zhǎng)150 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬19.9 m,盾構(gòu)井段寬23.9 m,縱向坡度為2 ‰下坡。車站共設(shè)2座風(fēng)道及3個(gè)出入口,1號(hào)、2號(hào)風(fēng)道均位于兆麟公園內(nèi),1號(hào)、2號(hào)出入口位于友誼路南側(cè)兆麟公園外人行道,3號(hào)出入口預(yù)留,4號(hào)出入口位于井街西側(cè)。車站主體采用明挖法施工,附屬采用明挖法施工。
車站北側(cè)李兆麟將軍墓為省級(jí)文物保護(hù)單位,墓基正方形,磚石水泥結(jié)構(gòu),淺基礎(chǔ)。
基坑開(kāi)挖與文物保護(hù)建筑的平面如圖1、圖2所示。
圖1 文物保護(hù)建筑平面布置
圖2 基坑與文物保護(hù)建筑位置關(guān)系
1.1 控制標(biāo)準(zhǔn)
綜合分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、專家建議以及工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn),參照國(guó)內(nèi)已開(kāi)展過(guò)的地鐵建設(shè)工程所致地面沉降控制標(biāo)準(zhǔn),基于地鐵3號(hào)線二期工程沿線保護(hù)建筑安全穩(wěn)定的沉降控制標(biāo)準(zhǔn)確定為:任意一點(diǎn)文物建筑地基允許最大沉降控制值-5~+5 mm以內(nèi),文物建筑地基沉降差異控制值在5 mm以內(nèi),沉降速率控制在0.2 mm/d以內(nèi),整體傾斜控制在0.0005以內(nèi),水平位移控制在10 mm以內(nèi)[4-5]。
1.2 文物保護(hù)工程措施
為減小施工對(duì)保護(hù)建筑物的影響,設(shè)計(jì)時(shí)有如下針對(duì)性考慮:
(1)對(duì)兆麟公園站的車站站位及1號(hào)出入口、1號(hào)風(fēng)亭位置進(jìn)行反復(fù)核對(duì),通過(guò)采用設(shè)計(jì)規(guī)范極限要求的計(jì)算方法來(lái)確定遠(yuǎn)離文保建筑的極限,以達(dá)到既對(duì)文保建筑的影響切實(shí)降至最低,又滿足地鐵安全可靠、平穩(wěn)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)目前核對(duì)的結(jié)果,涉及李兆麟將軍墓的兆麟公園站的站位及1號(hào)出入口、1號(hào)風(fēng)亭位置已達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)臨界狀態(tài)。
(2)兆麟公園站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了1 000 mm厚地下連續(xù)墻,豎向設(shè)置6道支撐加1道倒撐,其中第1道支撐采用混凝土支撐,其余5道支撐為φ609鋼管支撐。1號(hào)風(fēng)亭采用了800 mm厚地下連續(xù)墻,豎向設(shè)置4道支撐加1道倒撐,5道支撐均為φ609鋼管支撐。圍護(hù)支撐體系整體剛度大、穩(wěn)定性好。同時(shí)減小基坑分段開(kāi)挖長(zhǎng)度,嚴(yán)格遵循先撐后挖的施工順序及時(shí)澆筑底板,可大大減少車站基坑開(kāi)挖對(duì)建筑物的影響。
考慮到對(duì)文保建筑的保護(hù)除從地鐵自身角度控制外,也要從文保建筑本體予以考慮。為此,制定了專項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案及應(yīng)急預(yù)案,通過(guò)信息化施工實(shí)際控制周邊地層穩(wěn)定和文保建筑在施工過(guò)程中的安全穩(wěn)定。
(3)為了避免震動(dòng)過(guò)大對(duì)周邊文保建筑產(chǎn)生損害性影響,確定不使用打樁機(jī)、風(fēng)鎬等震動(dòng)較大的機(jī)械設(shè)備,圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用成槽機(jī)、銑槽機(jī)等震動(dòng)較小機(jī)械進(jìn)行施工。嚴(yán)格控制在破除路面基層、拆除地下既有不明結(jié)構(gòu)時(shí)的震動(dòng)對(duì)周邊文保建筑物的影響,通過(guò)調(diào)整工序、控制振動(dòng)頻率等措施將對(duì)文保建筑物的影響降至最低。同時(shí),制定嚴(yán)密的監(jiān)測(cè)、應(yīng)急方案,重點(diǎn)對(duì)文保建筑沉降、傾斜、裂縫及震動(dòng)損壞及時(shí)觀測(cè)和控制。
1.3 文物監(jiān)測(cè)及風(fēng)險(xiǎn)管理
在地鐵3號(hào)線二期工程的各個(gè)階段均須對(duì)所涉及的文物保護(hù)單位和車站基坑制定完善的監(jiān)測(cè)方案,重點(diǎn)監(jiān)測(cè)其沉降、傾斜、裂縫發(fā)展等情況,并制定預(yù)警值、報(bào)警值和控制值,及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息,同時(shí)制定施工應(yīng)急預(yù)案,做到信息化施工。
地鐵3號(hào)線二期工程采用信息化設(shè)計(jì)和施工?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是監(jiān)視周圍地層穩(wěn)定、判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理、施工方法是否正確的重要手段,監(jiān)控量測(cè)工作必須按要求貫穿地鐵建設(shè)和運(yùn)營(yíng)全過(guò)程。主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括:基坑及地表沉降;文物建筑沉降、傾斜、裂縫。
2.1 模型參數(shù)
本次車站施工對(duì)保護(hù)建筑物影響分析采用的計(jì)算軟件為MIDAS-GTS NX,采用的土的本構(gòu)模型為修正摩爾庫(kù)倫模型。
2.2 計(jì)算模型
對(duì)于李兆麟將軍墓,主要的影響因素為兆麟公園站主體基坑及1號(hào)出入口、1號(hào)風(fēng)亭基坑施工。兆麟公園站為地下3層島式車站,車站長(zhǎng)150 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬19.9 m,盾構(gòu)井段寬23.9 m,標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約24.92 m。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻,豎向設(shè)置6道支撐加1道倒撐,第1道內(nèi)支撐為鋼筋混凝土支撐,其余支撐為φ609鋼管支撐。1號(hào)出入口基坑寬約8.9 m,深約11.4 m。1號(hào)出入口圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用600 mm厚地下連續(xù)墻,豎向設(shè)置2道φ609鋼管支撐。1號(hào)風(fēng)亭基坑寬約15.5 m,深約19.0 m,其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻,豎向設(shè)置4道支撐加1道倒撐,均為φ609鋼管支撐。施工影響分析及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3~圖5。
圖3 模型概況
圖4 主體基坑開(kāi)挖后墓碑沉降
圖5 附屬基坑開(kāi)挖后墓碑沉降
2.3 計(jì)算結(jié)果分析及結(jié)論
經(jīng)分析計(jì)算,基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工對(duì)建筑物影響較小,引起的最大沉降累計(jì)值為3.70 mm,沉降差3.70 mm,傾斜0.000 1,水平位移0.2 mm。李兆麟將軍墓的總體沉降、沉降差、傾斜、水平位移均小于控制值,可以保證該建筑的安全。
在施工期間,對(duì)文物級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源沉降進(jìn)行了監(jiān)測(cè),這些數(shù)據(jù)可以有效的反應(yīng)基坑開(kāi)挖對(duì)文物級(jí)保護(hù)建筑的影響,監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖6、圖7。
圖6 高鐵橋墩沉降位移曲線
圖7 鐵路軌道沉降曲線
通過(guò)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,在基坑開(kāi)挖的施工過(guò)程中,文物級(jí)保護(hù)建筑沉降最大值為-2.2 mm,在正常范圍之內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,本次施工采取的保護(hù)措施有效地控制了高鐵橋樁及列車軌道的沉降。
為了保證基坑安全,施工前準(zhǔn)備必需的應(yīng)急材料,作好基坑搶險(xiǎn)加固準(zhǔn)備工作。各相關(guān)方須通力合作,采取有效的維護(hù)及應(yīng)急措施,當(dāng)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)指標(biāo)超限時(shí),應(yīng)立即停止基坑開(kāi)挖作業(yè),并及時(shí)通知有關(guān)人員,提出對(duì)策,采取可靠措施后方可施工。
以下提供主要的安全預(yù)案措施供參考,各項(xiàng)措施應(yīng)根據(jù)需要選用:
(1)施工單位應(yīng)有基坑開(kāi)挖應(yīng)急方案,基坑開(kāi)挖期間應(yīng)配備必要的設(shè)備及材料,例如挖機(jī)、注漿機(jī)、水泵、砂包、水泥、速凝劑及鋼管等。
我很小很小的時(shí)候,在澡盆里洗澡,洗完了,澡盆被端走,地上有一個(gè)圓圓的水印,我就指著水印說(shuō):“太陽(yáng)!太陽(yáng)!”據(jù)說(shuō)我當(dāng)時(shí)這樣說(shuō)的時(shí)候,是十分激動(dòng)的。夏天,我赤著腳在地上走,腳上有水,地上就有腳印,我又指著腳印說(shuō):“小船!小船!”看來(lái)我小時(shí)候是有些想象力的,而我現(xiàn)在想象力要比那時(shí)糟得多。
(2)應(yīng)備一定數(shù)量的基坑搶險(xiǎn)人員,指揮人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)值班。
(3)圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移過(guò)大時(shí),在基坑內(nèi)圍護(hù)墻前堆碼砂石袋,增設(shè)內(nèi)支撐。
(4)鋼支撐軸力過(guò)大時(shí),增設(shè)內(nèi)支撐。
(5)鋼立柱軸力過(guò)大時(shí),增設(shè)臨時(shí)腳架,對(duì)鋼立柱進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。
本文通過(guò)數(shù)值模擬分析及對(duì)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析,總結(jié)了基坑開(kāi)挖對(duì)建筑物的影響規(guī)律和建議措施,主要有以下幾點(diǎn):
(2)應(yīng)重視數(shù)值模擬對(duì)實(shí)際施工的有利指導(dǎo),可以有針對(duì)性的對(duì)建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè),如出現(xiàn)變形過(guò)大等情況可及時(shí)采取措施。
(3)施工前應(yīng)提供詳細(xì)的應(yīng)急加固方案,保證施工時(shí)對(duì)文物級(jí)建筑物的時(shí)刻保護(hù)。
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林家楨(1988~),男,碩士,助理工程師,主要從事隧道及地下工程方面工作。
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[定稿日期]2016-10-26