欒桂漢，張若弛，李 釗，徐曉攀，李 欣

（1.奧來(lái)國(guó)信（北京）檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，北京 100121；2.北京市建設(shè)工程質(zhì)量第二檢測(cè)所有限公司，北京 100045；3.濟(jì)南市城鄉(xiāng)規(guī)劃編制研究中心，山東 濟(jì)南 250099）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，城市面貌日新月異，高樓大廈如雨后春筍般地拔地而起，深基坑工程發(fā)展迅速。在國(guó)內(nèi)如北京上海等特大型城市，建設(shè)土地日益稀缺，市區(qū)內(nèi)建（構(gòu)）筑物日益密集，高層建筑和超高層建筑日益增多，建（構(gòu)）筑物間的凈距日益縮小。因此，在工程設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，需要考慮新建（構(gòu)）筑物的施工對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響，保證周圍建（構(gòu)）筑物的安全和正常使用，深基坑工程對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響尤為顯著。

在深基坑工程的施工過(guò)程中，基坑監(jiān)測(cè)是整個(gè)施工過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)于保證整個(gè)基坑以及周邊建（構(gòu)）筑物的安全有重要的意義，目前國(guó)內(nèi)施工企業(yè)對(duì)基坑監(jiān)測(cè)都比較重視。但是，目前在進(jìn)行深基坑施工過(guò)程時(shí)，很少有單位對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在深基坑施工過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生鄰近建（構(gòu)）筑物發(fā)生開(kāi)裂、變形等現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜和坍塌，尤其是與鄰近建（構(gòu)）筑物距離較近或鄰近建（構(gòu)）筑物年代較為久遠(yuǎn)，抵抗變形能力較差時(shí)［1，2］。

本文通過(guò)在某一實(shí)際深基坑工程施工過(guò)程中對(duì)鄰近框架結(jié)構(gòu)的梁柱構(gòu)件的表面應(yīng)變以及框架填充墻體的裂縫寬度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總結(jié)歸納深基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑影響的一般性的規(guī)律，供相關(guān)工程人員參考。

1 工程概況

某科研樓主樓地上 13 層，地下 3 層，建筑高度 60 m，東側(cè)裙房為地上 3 層，建筑高度 14.95 m，下設(shè)整體地下車庫(kù)。車庫(kù)地下 3 層；外圍設(shè) 2 層純地下車庫(kù)，上覆土厚約 0.6 m。整個(gè)建筑的平面輪廓如圖 1 所示。本工程主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，在橫向布置屈曲約束支撐（BRB），局部采用型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)，利用型鋼混凝土梁進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換。本工程采用梁板式筏形基礎(chǔ)，采用結(jié)構(gòu)自重平衡式抗浮，基礎(chǔ)埋深約 15.55 m，開(kāi)挖面積約 11 090 m2。

圖1 某科研樓項(xiàng)目平面輪廓圖

在該工程西側(cè)距離基坑邊緣 4 m 處為一混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓。該辦公樓地上 5 層，無(wú)地下室，平面沿東西方向大致呈矩形布置，建筑物長(zhǎng)度為 66 m，寬度為29.4 m，首層層高 3 900 mm，2～4 層層高 3 600 mm，5 層層高 3 490 mm，結(jié)構(gòu)形式為框架結(jié)構(gòu)，建筑平面示意圖如圖 2 所示。該建筑填充墻體采用 200 mm 厚加氣混凝土砌塊砌筑，填充墻體和主體框架之間設(shè)置了拉結(jié)鋼筋。本工程采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，持力層為層輕亞黏土，基礎(chǔ)埋深為 3.9 m。

圖2 西側(cè)辦公樓平面軸網(wǎng)示意圖（單位：mm）

根據(jù)本工程的巖土工程勘察報(bào)告可知，場(chǎng)地（48 m）深度范圍內(nèi)的地層劃分為人工填土層、新近沉積層、一般第四紀(jì)沉積土層三大類，并按地層巖性和物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)一步劃分為 8 個(gè)大層，按照自上而下的順序分別為：①黏質(zhì)粉土填土②黏質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土③粉質(zhì)黏土④細(xì)砂、粉砂⑤卵石、圓礫⑥粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土⑦卵石、圓礫⑧卵石、圓礫。在勘查范圍內(nèi)，實(shí)際測(cè)量到 2 層地下水，地下水類型為上層滯水及第四系地層中的孔隙潛水。其中上層滯水的埋深為 5.36～10.30 m，潛水的埋深為 18.22～18.40 m。

該科研樓的基坑開(kāi)挖深度為 15.55 m，開(kāi)挖面積約 11 090 m2，屬超大深基坑工程，在基坑周邊分布有辦公樓、住宅樓、鍋爐房以及部分未探明具體位置的管線等構(gòu)筑物，因此，為了保證基坑自身的施工安全和周邊構(gòu)筑物的安全，本工程基坑采用“局部土釘墻+護(hù)坡樁+錨桿”的支護(hù)方式，共設(shè)置 3 個(gè)支護(hù)剖面，基坑側(cè)壁等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)γ0=1.1?；游鱾?cè)圍護(hù)樁長(zhǎng)為 19.8 m，嵌固深度為 4.75 m，樁徑 0.8 m，樁間距為1.6 m，設(shè)置 4 道預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿標(biāo)高分別為-3.5、-7.0、-10.0、-13.0 m，錨桿直徑均為 150 mm，總長(zhǎng)分別為 25.0、23.0、21.0、19.0 m，錨桿鎖定值分別為 540、540、530、475 kN。

在基坑施工過(guò)程中采取坑外降水坑內(nèi)疏干的方式對(duì)地下水進(jìn)行控制，并對(duì)基坑施工進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

在該項(xiàng)目基坑施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)基坑西側(cè)辦公樓部分填充墻體出現(xiàn)嚴(yán)重開(kāi)裂，墻體裂縫均為斜向裂縫，開(kāi)裂的墻體包括縱墻和橫墻，開(kāi)裂現(xiàn)狀如圖 3 所示。

圖3 西側(cè)辦公樓填充墻體開(kāi)裂現(xiàn)狀

現(xiàn)場(chǎng)查看，墻體裂縫主要集中在辦公樓東側(cè)三跨范圍內(nèi)，向西逐漸減弱，8 軸以西各跨基本未出現(xiàn)墻體開(kāi)裂現(xiàn)象，1～5 層各層的填充墻體均出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，填充墻體的裂縫寬度范圍為 0.02～0.48 mm。

2 監(jiān)測(cè)方法及設(shè)備

為了保證基坑西側(cè)辦公樓的安全，業(yè)主單位對(duì)該辦公樓進(jìn)行了結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。為達(dá)到對(duì)本項(xiàng)目實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證結(jié)構(gòu)的時(shí)刻安全，同時(shí)方便監(jiān)測(cè)人員及時(shí)有效地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行了解、分析及處理，本項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)采集數(shù)據(jù)采用長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)距離傳輸，同時(shí)能夠通過(guò)無(wú)線模塊對(duì)采集模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行異地的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在遠(yuǎn)程控制端可以設(shè)置報(bào)警值，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，遠(yuǎn)程控制服務(wù)器會(huì)進(jìn)行報(bào)警。在本工程的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，由于填充墻體為非結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，參考委托單位和使用單位的要求并結(jié)合相關(guān)規(guī)程，填充墻體裂縫的報(bào)警值設(shè)置為 2 mm?；炷翍?yīng)變的報(bào)警值參考 GB 50010-2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（2016 年版）設(shè)置為 0.02。

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，采用表面式振弦傳感器測(cè)量裂縫的寬度和混凝土構(gòu)件的表面應(yīng)變［3］。表面式振弦傳感器內(nèi)置溫度傳感器，可以根據(jù)環(huán)境的不同自動(dòng)對(duì)應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度修正。

本次現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作選用分布式全自動(dòng)多點(diǎn)綜合靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）、采集單元、系統(tǒng)軟件等組成，系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)，每個(gè)采集單元可接入 8～64 個(gè)傳感器，上機(jī)位與采集單元的數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，傳輸不受距離限制。

在本工程的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況，分別在結(jié)構(gòu)東側(cè)靠近基坑的三跨范圍內(nèi)（8 軸至 11 軸范圍內(nèi)）開(kāi)裂的填充墻體及其附近的框架梁柱表面安裝裂縫傳感器和應(yīng)變傳感器，其中裂縫傳感器安裝在裂縫寬度較大位置處，傳感器的方向垂直裂縫的方向；應(yīng)變傳感器安裝在混凝土構(gòu)件的表面應(yīng)變或應(yīng)力變化較大的部位，主要是混凝土柱頂部平行于結(jié)構(gòu)橫向的表面和縱向混凝土梁靠近梁柱節(jié)點(diǎn)部位的頂部或底部［4］。

由于本次監(jiān)測(cè)開(kāi)始時(shí)基坑已經(jīng)開(kāi)挖完畢，并且開(kāi)始進(jìn)行地下工程施工，無(wú)法確認(rèn)基坑開(kāi)挖以前的原始狀態(tài)，因此在監(jiān)測(cè)過(guò)程中以開(kāi)始監(jiān)測(cè)的狀態(tài)為初始狀態(tài)。在儀器安裝調(diào)試完畢以后，對(duì)所有裂縫安裝傳感器的位置附近的裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量記錄，并對(duì)測(cè)量位置以及裂縫的兩端位置進(jìn)行標(biāo)記。在停止監(jiān)測(cè)時(shí)，對(duì)標(biāo)記位置處的裂縫寬度進(jìn)行測(cè)量。

監(jiān)測(cè)開(kāi)始以前對(duì)墻體裂縫進(jìn)行普查，所有裂縫表面裂茬均無(wú)灰塵，符合新出現(xiàn)裂縫特征。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

本次監(jiān)測(cè)的周期為 6 個(gè)月，每天采集 4 次數(shù)據(jù)，采集間隔為 6 h。為了便于比較和分析，對(duì)每天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)選取 0∶00、6∶00、12∶00 和 18∶00 采集的數(shù)據(jù)。

在本文中選取在監(jiān)測(cè)前后數(shù)據(jù)變化幅度較大的 9 個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行比較分析，包含 3 個(gè)裂縫寬度測(cè)點(diǎn)、3 個(gè)混凝土柱應(yīng)變測(cè)點(diǎn)和 3 個(gè)混凝土梁應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。各測(cè)點(diǎn)的具體位置如表 1 所示。

表1 測(cè)點(diǎn)詳細(xì)情況表

上述各測(cè)點(diǎn)在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)如圖 4～12所示。

圖4 4 層墻 1/10 軸×H 軸-G 軸裂縫寬度數(shù)據(jù)

圖5 5 層墻 F 軸×1/10 軸-11 軸裂縫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖6 5 層墻 F 軸×9 軸-10 軸裂縫寬度數(shù)據(jù)

圖7 1 層梁 H 軸×10 軸-1/10 軸表面應(yīng)變數(shù)據(jù)

圖8 4 層梁 H 軸×10 軸-1/10 軸表面應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖9 5 層梁 F 軸×10 軸-11 軸表面應(yīng)變數(shù)據(jù)

圖10 2 層柱 11 軸×F 軸表面應(yīng)變數(shù)據(jù)

圖11 5 層柱 11 軸×F 軸表面應(yīng)變數(shù)據(jù)

圖12 4 層柱 10 軸×G 軸表面應(yīng)變數(shù)據(jù)

在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，對(duì)填充墻體的裂縫發(fā)展進(jìn)行觀測(cè)，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，未發(fā)現(xiàn)墻體裂縫向兩端繼續(xù)發(fā)展，裂縫長(zhǎng)度基本保持穩(wěn)定；未發(fā)現(xiàn)新出現(xiàn)的墻體裂縫。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

對(duì)上述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，可以看出在基坑開(kāi)挖完畢到主體結(jié)構(gòu)封頂?shù)倪^(guò)程中，監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的填充墻體表面的裂縫寬度以及梁柱混凝土構(gòu)件的表面應(yīng)變均在持續(xù)變化，但是變化幅度較小，而且從整個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)程可以發(fā)現(xiàn)，混凝土構(gòu)件的表面應(yīng)變的變化趨勢(shì)大致是呈線形的，監(jiān)測(cè)后期基本趨于穩(wěn)定，整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)構(gòu)件表面應(yīng)變出現(xiàn)較大的跳躍；填充墻體表面的裂縫的寬度數(shù)據(jù)存在波動(dòng)，有明顯的波峰和波谷，波動(dòng)幅度較大，裂縫寬度的變化幅度不超過(guò) 4 mm。

監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)混凝土構(gòu)件外觀現(xiàn)狀進(jìn)行檢查，在整個(gè)監(jiān)測(cè)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)混凝土構(gòu)件表面出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，這與檢測(cè)結(jié)果基本一致。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可知，混凝土梁表面應(yīng)變量大致為 28～55με，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化范圍為 0.84～1.65 N/mm2；混凝土柱表面應(yīng)變量大致為32～43 με，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力變化范圍為 0.96～1.29 N/mm2。

對(duì)整個(gè)時(shí)程進(jìn)行查看，填充墻體表面的裂縫和混凝土構(gòu)件的表面應(yīng)變?cè)卩徑ㄖ氖┕み^(guò)程中不是同步變化的，而梁柱的表面應(yīng)變基本是同步變化的。

對(duì)上述現(xiàn)象進(jìn)行分析，主要原因是框架結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中采用構(gòu)造措施（如拉結(jié)鋼筋等）將填充墻體與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)在一起，但是二者之間并沒(méi)有形成剛性連接，當(dāng)填充墻體周邊的主體結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時(shí)，必然會(huì)引起填充墻體的變形，因此填充墻體變形要滯后于主體結(jié)構(gòu)。由于填充墻體是由砌塊和砂漿砌筑而成，屬于非勻質(zhì)材料，同時(shí)砂漿的強(qiáng)度離散性較大，在實(shí)際工程中可以發(fā)現(xiàn)墻體裂縫有時(shí)與砌塊灰縫重合，有時(shí)砌塊發(fā)生受剪開(kāi)裂。由于砌體材料均為脆性材料，當(dāng)砌體所受剪力達(dá)到砌體的抗剪強(qiáng)度時(shí)，砌體就會(huì)開(kāi)裂，應(yīng)力發(fā)生重分配，墻體達(dá)到新的平衡狀態(tài)。當(dāng)外界產(chǎn)生的應(yīng)力繼續(xù)聚集時(shí)，裂縫兩端未開(kāi)裂的墻體會(huì)繼續(xù)開(kāi)裂，裂縫寬度增大，裂縫長(zhǎng)度向外發(fā)展。

地基變形會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，從而引起上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形和開(kāi)裂，因此，在鄰近基坑施工過(guò)程中，地基出現(xiàn)沉降時(shí)最先受到影響的是相關(guān)范圍內(nèi)的框架柱，框架結(jié)構(gòu)是整體澆筑的，因此混凝土柱和梁表面應(yīng)變基本是同步變化的。

此外，通過(guò)本次監(jiān)測(cè)可以看出，在地下結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中對(duì)周邊結(jié)構(gòu)的影響還繼續(xù)存在，周邊結(jié)構(gòu)的地基變形還在繼續(xù)發(fā)展，只是隨著施工的向上進(jìn)展以及結(jié)構(gòu)出地面以后對(duì)肥槽的回填，周邊結(jié)構(gòu)的地基變形發(fā)展趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論

為了充分了解某一實(shí)際的深基坑工程在施工過(guò)程中對(duì)鄰近建筑物的影響，保證鄰近建筑物的安全使用，對(duì)該建筑進(jìn)行了施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下。

1）在基坑開(kāi)挖完畢至主體結(jié)構(gòu)施工封頂?shù)倪^(guò)程中，深基坑周邊建筑物的地基仍在繼續(xù)發(fā)生變形，變形量很小并逐漸趨于穩(wěn)定；

2）在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，混凝土構(gòu)件表面應(yīng)變大致呈線性變化，填充墻體表面裂縫的寬度變化波動(dòng)較大，這是由于填充墻體的自身受力特點(diǎn)和自身材料特點(diǎn)決定的；

3）框架結(jié)構(gòu)建筑物的地基發(fā)生變形時(shí)，框架柱和框架梁的變化基本是同步的。

為了充分了解和研究深基坑對(duì)周邊建（構(gòu)）筑物的影響，保證鄰近建（構(gòu)）筑物的安全使用，建議在基坑施工以前請(qǐng)有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)周邊建筑進(jìn)行宏觀檢查，重點(diǎn)檢查記錄構(gòu)件表面的裂縫位置、形態(tài)、最大寬度以及兩端端點(diǎn)位置，并留下影像資料；確定沉降觀測(cè)點(diǎn)，做好沉降觀測(cè)，并對(duì)建筑的垂直度進(jìn)行觀測(cè)記錄，在基坑施工過(guò)程中對(duì)基坑及臨近建筑進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)。Q