吳 明,孫本利 ,王 鑫,尚文彥

(1. 長安大學(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

隨著國家建設(shè)力度不斷加大，中國各地地鐵工程紛紛上馬。然而，地鐵車站基坑開挖會對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的交通堵塞問題，在地鐵工程施工中廣泛被采用。諸多學(xué)者在此方面開展了大量研究，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周邊環(huán)境的影響。任建喜[9]和劉義[10]對黃土地區(qū)的深基坑進(jìn)行了數(shù)值和實測研究，其結(jié)果有助于黃土基坑更合理的設(shè)計和施工?？傮w來看，學(xué)者們針對黃土地區(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)中首個采用半鋪蓋法的工程深基坑為例，監(jiān)測并分析了黃土地區(qū)的半鋪蓋法施工地鐵基坑資料，總結(jié)了半鋪蓋法基坑開挖對周邊建筑物的影響，為西安深基坑設(shè)計與施工提供借鑒。

1 工程概況和場地地質(zhì)條件

1.1 工程概況

西安地鐵四號線后村車站主體基坑平面尺寸為146.84 m×26.96 m(長×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。地下水位埋深約19 m?；又苓叧嚯x基坑200 m的f9地裂縫外，無不良地質(zhì)災(zāi)害。各層土工參數(shù)見表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)樓及試驗樓、西安建筑科技大學(xué)商住樓、賽博電腦商城、某軍隊住宅樓，房屋密集。各建筑物具體結(jié)構(gòu)形式統(tǒng)計見表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號風(fēng)亭及Ⅳ號出入口南側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)距西安科技大學(xué)教學(xué)樓及試驗樓外墻6～9 m。對于主要受影響的建筑物做了監(jiān)測點布置，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)測結(jié)果。從圖4可以觀察到同一時期內(nèi)J2點和J13點沉降差值最大，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點的同時期沉降量差值最大，約為10.45 mm，建筑物傾斜為0.6‰。

圖6為某車庫沉降監(jiān)測結(jié)果，從圖中可以看出車庫最終沉降量為9.1 mm，同時期沉降差值最大點為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、降水及開挖對周圍建筑物的影響，可分為3類。鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中產(chǎn)生的土體損失引起的相鄰地面沉降；長時間、大幅度降低地下水可能引起地面沉降，引起鄰近建(構(gòu))筑物的變形及開裂；基坑開挖時產(chǎn)生的不平衡力導(dǎo)致周圍土體及圍護(hù)墻向開挖區(qū)發(fā)生側(cè)移動、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挖為影響周邊建筑物沉降的“源頭”。一般分析基坑開挖對周邊建筑物影響時，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)。

實際施工前，對該3棟進(jìn)行了調(diào)查，但是沒有取得相應(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，建議加強電梯間及屋頂電梯機房等裂縫的監(jiān)測工作，并認(rèn)定其為次要保護(hù)對象。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)對象。

通過最后竣工后的效果來看，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)，或為剛度較小的條形基礎(chǔ)，其由基坑開挖引起的沉降差約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)。施工中沒有產(chǎn)生不良現(xiàn)象，交通主干道通暢，說明黃土地區(qū)半鋪蓋法基坑是可行的，對于控制基坑周邊變形是合適的。

4 結(jié) 論

通過黃土地區(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于道路交通影響較小。

(2)該工法施工時引起的周邊環(huán)境擾動較弱。本文監(jiān)測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，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) 建議基坑開挖前應(yīng)對周邊建筑物進(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，為基坑施工對周邊環(huán)境影響提供準(zhǔn)確判斷依據(jù)。