秦繼紅,沈 麒
(中信和業(yè)投資有限公司,北京 100026)
中信大廈位于北京市商務(wù)中心區(qū)核心區(qū),東至金和東路,南鄰規(guī)劃中的綠地,西至金和路,北至光華路,大廈規(guī)劃用地面積11 478m2,總建筑面積43.7萬m2,建筑高度528m,地上108層,地下8層,基礎(chǔ)樁深約100m,為北京最高及最深建筑。大廈于2013年7月30日正式開工建設(shè),2014年4月27日完成結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑,2014年12月10日地下結(jié)構(gòu)封頂,2017年8月18日主體結(jié)構(gòu)封頂,2018年12月20日完工,2019年11月22日大廈全面竣工,是以辦公為主,集會議、觀光及多功能商業(yè)的超高層智能化建筑。
建筑主體結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)筒采用鋼骨勁性混凝土結(jié)構(gòu)(型鋼柱、鋼板剪力墻),外筒采用由混凝土巨型柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的三維巨型框架結(jié)構(gòu),為世界上唯一一幢結(jié)構(gòu)高度>500m、抗震設(shè)防烈度為8度的超高層建筑。
基坑平面尺寸為84.2m×136.1m,最深部位標(biāo)高為-40.000m,其余部位標(biāo)高為-38.350m;采用樁筏基礎(chǔ),共896根鉆孔灌注樁,塔樓下底板厚6.5m,純地下室部分底板厚2.5m,兩部分之間由厚4.5m、寬2.5m底板過渡。
考慮上部結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)和地基(樁與土)共同作用,通過優(yōu)化設(shè)計樁長、樁徑和樁間距,采用長短樁相結(jié)合變剛度調(diào)平理論,塔樓與純地下室之間不設(shè)沉降后澆帶,實現(xiàn)了超高層樁筏基礎(chǔ)設(shè)計的創(chuàng)新。
大廈四面緊鄰CBD核心區(qū)管廊,北側(cè)管廊緊靠光華路,光華路為朝陽區(qū)級主干道,為公交、重型貨運車輛通行的交通要道,路下密集敷設(shè)多條帶水、帶壓管線,周圍超高層結(jié)構(gòu)多,居民住宅樓密集,環(huán)境復(fù)雜?;釉O(shè)計突破性引入雙層地下連續(xù)墻兼具周圍建筑物基礎(chǔ)樁設(shè)計思路,如圖1所示。東、西、南側(cè)采用雙層地下連續(xù)墻,外側(cè)地下連續(xù)墻作為止水帷幕,內(nèi)側(cè)地下連續(xù)墻作為擋土結(jié)構(gòu)兼具隔斷貯存的承壓水作用,北側(cè)單排地下連續(xù)墻作為擋土和止水雙重功效結(jié)構(gòu)。
圖1 基坑支護(hù)設(shè)計
監(jiān)測內(nèi)容包括:①沉降監(jiān)測 主體沉降;②周邊管廊結(jié)構(gòu)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測 管廊結(jié)構(gòu)沉降、維護(hù)結(jié)構(gòu)位移、錨桿軸力、護(hù)坡樁鋼筋應(yīng)力;③基礎(chǔ)監(jiān)測 基底孔隙水壓力、基底樁土壓力、結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力。
監(jiān)測點位按均勻全涵蓋的基本原則,布置在基礎(chǔ)四角、巨柱角點、核心筒中點、閥板變厚處、塔樓與純地下室交接處等重點觀測受力區(qū)域及荷載差異部位。
監(jiān)測點位數(shù)量為:主體沉降57個,周邊管廊結(jié)構(gòu)沉降42個,圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移8個,錨桿軸力18個,護(hù)坡樁鋼筋應(yīng)力6個,孔隙水壓力7個,樁間土壓力17個,樁頂壓力17個,底板鋼筋應(yīng)力27處。
大廈沉降及基礎(chǔ)監(jiān)測自底板施工完成后開始,關(guān)鍵部位沉降監(jiān)測自基礎(chǔ)墊層開始,開始時間非同步,監(jiān)測終止暫定竣工后5年且各項監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定。
2.3.1沉降觀測頻率及周期
1)施工階段 主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次,裝修階段2~3月測量1次。
2)使用階段 第1年每2個月測量1次,第2,3年每3個月測量1次,第4年直至穩(wěn)定每6個月測量1次。
2.3.2基礎(chǔ)監(jiān)測頻率及周期
基底孔隙水壓力監(jiān)測頻率為主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次,結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測頻率為主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次且竣工后監(jiān)測頻率與沉降監(jiān)測相同,基底樁土壓力監(jiān)測頻率同沉降監(jiān)測。
1)大廈底板最厚處達(dá)6.5m,基坑最深處標(biāo)高為-40.000m,平面尺寸為 84.2m×136.1m,屬于超深、超大基坑,為確保底板澆筑前基坑整體穩(wěn)定,避免坑底突涌,在基坑墊層、防水施工完成后立即在中心點、角部支撐及塔式起重機等關(guān)鍵部位布設(shè)11個沉降監(jiān)測點。
2)大廈北側(cè)管廊緊臨市政主要干道,路下密集敷設(shè)多條帶水、帶壓管線,基坑側(cè)壁為由護(hù)坡樁及錨桿組成的直立形復(fù)合支護(hù)。為防止邊坡坍塌現(xiàn)象的發(fā)生,需密切監(jiān)測基坑邊坡穩(wěn)定情況,針對邊坡出現(xiàn)的情況采取對應(yīng)有效措施,確保道路安全。因此,在光華路上布設(shè)28個沉降監(jiān)測點,并在北側(cè)基坑側(cè)壁上布置6個位移監(jiān)測點和19個軸力監(jiān)測點。
3)大廈四周為CBD核心區(qū)一體化管廊,與大廈主體結(jié)構(gòu)相互獨立,管廊基坑深27m,大廈基坑最深為40m,為防止坑邊管廊結(jié)構(gòu)傾覆并解決兩者間的變形差異對后續(xù)結(jié)構(gòu)、裝飾、機電管線對接帶來的影響,掌握兩者沉降差異,在四周管廊處布置22個沉降觀測點。
2012年7月21日北京特大暴雨后,北側(cè)基坑側(cè)壁出現(xiàn)局部樁間土被掏空、樁后土體滲水的現(xiàn)象,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù),基坑施工影響范圍內(nèi)監(jiān)測的大廈變形未受到降雨明顯影響,整體較為平穩(wěn)。出于安全考慮,暴雨后對局部樁間進(jìn)行注漿及掛網(wǎng)錨噴處理,并增加2個軸力監(jiān)測點。
2013年9月17日大廈北側(cè)基坑邊坡路面出現(xiàn)顯著裂縫,地面呈明顯凹陷,立即組織在相應(yīng)路面處增設(shè)8個監(jiān)測點,加強沉降監(jiān)測及安全巡視,并對裂縫明顯部位進(jìn)行灌漿處理。
2014年1月大廈北側(cè)基坑邊坡下方埋設(shè)的天然氣管線累計沉降量達(dá)11.06mm,超過控制值10mm,出現(xiàn)橙色預(yù)警,存在較大安全隱患。由于前期在管線運行過程中,出現(xiàn)過帶水管線局部損傷造成的管線滲漏并導(dǎo)致路面凹陷的情況,現(xiàn)場決定對天然氣管線進(jìn)行斷氣處理,并對該部位持續(xù)監(jiān)測直至變形穩(wěn)定。
2014年3月中信大廈基坑開挖至-38.000m,受土壓力卸除及地下水壓力綜合作用,現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)基坑回彈量發(fā)展較快,局部地表出現(xiàn)隆起。為確保基坑安全,采取以下措施,以避免基坑地下水突涌和基坑坍塌的安全風(fēng)險。
1)監(jiān)測頻率變更為同點同測、每日加密觀測。
2)在現(xiàn)場增設(shè)2口承壓水觀測井和1口降壓井,配備充足的潛水泵,抽水泄壓。
3)同時加快施工速度,調(diào)整原底板整體澆筑方案,先分區(qū)域分階段進(jìn)行東、西兩側(cè)2.5m厚底板混凝土澆筑,后整體澆筑主體6.5m厚大底板。
針對各種突發(fā)情況,根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可能原因,及時制定恰當(dāng)?shù)目刂拼胧?,以避免造成?zāi)難性后果。實踐證明,嚴(yán)謹(jǐn)方案及嚴(yán)密監(jiān)測,在大廈建設(shè)過程中發(fā)揮了積極作用。
2014年4月27日結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑完成后開始布設(shè)沉降監(jiān)測點,2019年12月5日為最近的1次監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。
圖2 主體結(jié)構(gòu)沉降時程曲線
5.1.1主體結(jié)構(gòu)沉降
經(jīng)設(shè)計院三維數(shù)值計算分析得出大廈最大沉降為93.73mm。截至2019年12月實測,大廈最大沉降量為102.67mm,近1年已趨于穩(wěn)定。由圖2可知,主體結(jié)構(gòu)北側(cè)、東側(cè)沉降量大于南側(cè)和西側(cè),這是由于東側(cè)相鄰在施建筑物較西側(cè)地塊在施建筑物層數(shù)高,荷載大;南側(cè)中央綠地位置現(xiàn)狀為基坑,受基坑開挖土體卸載影響,南側(cè)沉降量小于北側(cè)。
5.1.2主體結(jié)構(gòu)與周邊管廊差異沉降
大廈四面緊鄰CBD核心區(qū)管廊,結(jié)構(gòu)北側(cè)外墻與管廊結(jié)構(gòu)共用外墻。由于基坑較深,在工程施工過程中需持續(xù)監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)與周邊管廊結(jié)構(gòu)的差異沉降,以確保管廊結(jié)構(gòu)安全,為后續(xù)工程實施提供數(shù)據(jù)。
由于中信大廈地塊南移,北管廊開始施工時間較其他3側(cè)晚,監(jiān)測開始時間存在差異,管廊沉降監(jiān)測于2018年3月停止。四周管廊與大廈沉降觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行比對得出差異沉降時程曲線:西側(cè)管廊與大廈差異沉降為5.92mm,如圖3a所示;東側(cè)差異沉降為13.65mm,如圖3b所示;南側(cè)差異沉降為6.89mm,如圖3c所示;北側(cè)差異沉降為9.14mm,如圖3d所示。
圖3 沉降差時程曲線
5.2.1樁間土、樁頂土壓力
根據(jù)樁間土和樁頂土壓力分布,發(fā)現(xiàn)樁間土壓力最大值為89.3kPa,在場地內(nèi)分布較穩(wěn)定,隨部位變化不大。樁頂土壓力最大值為5 194.0kPa,基本為由中心向四周減少分布的特點。
5.2.2結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力
根據(jù)大廈底板鋼筋應(yīng)力分布監(jiān)測點數(shù)據(jù)可知,核心筒中心區(qū)域板底鋼筋應(yīng)力最大值為186.2kN,隨著大廈結(jié)構(gòu)封頂后,主要荷載趨于穩(wěn)定,底板鋼筋應(yīng)力已逐漸趨于穩(wěn)定。
對于超深、超大基坑及周邊環(huán)境復(fù)雜的超高層大廈,高效及時的沉降及基礎(chǔ)監(jiān)測為控制超高層建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一,通過分析數(shù)據(jù)變化趨勢,引導(dǎo)工程施工順利進(jìn)行,避免因沉降造成建筑物主體結(jié)構(gòu)破壞,保證結(jié)構(gòu)安全和工程質(zhì)量。若出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題,將造成災(zāi)難性后果,其數(shù)據(jù)成果將作為地基基礎(chǔ)設(shè)計驗證、施工動態(tài)完善的直接依據(jù)。