地铁深基坑施工引起的既有建筑物沉降分析
摘 要 上海地区处于淤泥质软土地质条件下。轨道交通8号线延吉中路站在施工过程中,临近的延吉七村6号楼产生了较大差异沉降。通过对延吉中路站基坑施工期间各种施工参数及6号楼的沉降规律分析,推断出较大差异沉降的根本原因是6号楼局部座于低强度、高灵敏度的暗浜之上。提出采用注浆、基础托换等对策,以控制绝对沉降量和差异沉降。
关键词 不良地质,基础施工,建筑物沉降
上海轨道交通Ｍ8线延吉中路站深基坑施工期间(2003年6月—9月),临近的延吉七村6号楼发生了较大差异沉降,并且沉降以较大速率持续发展。对于引起较大差异沉降的原因却是众说纷纭。现结合施工工况、房屋基础情况及地质情况等进行综合分析,找出引起差异沉降的主要因素,以便对类似工程有目的地制定措施,最终达到保护既有建筑安全的目的。
1 工程概况
1.1 车站概况
延吉中路站是地下二层岛式中间折返站,外轮廓尺寸为475.4ｍ×19.2ｍ,站中心覆土厚约2.5ｍ。底板埋深:标准段为14.52ｍ,端头井为16～17ｍ。该站主要采用明挖顺作法施工。围护结构标准段设计为800ｍｍ厚地下连续墙,兼作使用阶段的主体结构侧墙。连续墙间采用十字钢板止水接头,墙趾埋深26.5～27.5ｍ,沿深度方向设4道?609钢管支撑;端头井部分地下连续墙埋深29～30ｍ,采用柔性接头。
1.2 地质条件
工程范围内自上而下主要的土层分布依次为:①-1层杂填土,①-2层黄色素填土,②-1层褐黄色粘土,②-3ａ层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土,③层灰色淤泥质粉质粘土,④层灰色淤泥质粘土,⑤-1ａ层灰色粘土,⑤-1ｂ层灰色粉质粘土,⑥层暗绿～草黄色粉质粘土,⑦-1层草黄色砂质粉土,⑦-2层灰色粉砂。
地下水位埋深一般为0.5～0.7ｍ。⑦层砂性土顶面埋深位于地面下29ｍ,含承压水,其水头埋深为地表下4.9ｍ。
经勘察,6号楼东北部基础下有一暗浜。暗浜深度为1.10～3.50ｍ,浜内灰色浜填土为含有机质的淤泥质土。另据6号楼竣工图显示,该楼建造中未对暗浜进行处理。房屋基础地质情况见表1。
1.3 6号楼房屋及周边环境情况
延吉七村6号楼为6层点式住宅楼,长19.60ｍ,南北宽15.64ｍ,为有圈梁的钢筋混凝土结构,浅埋条形基础,基础宽1.0～2.5ｍ,基础埋深1.8ｍ,于1983年建成。该楼位于基坑8～12轴西侧,距基坑7.2ｍ。据调查,房屋建成后到该车站施工前,6号楼的整体沉降量已有20～30ｃｍ。
延吉七村6号楼与基坑平面关系见图1,基础形式见图2。
基坑与6号楼之间7ｍ范围内布置多条市政管线,管线埋深在1.5～3.3ｍ之间,由于场地狭窄,管线间净距较小,最大不到0.5ｍ。管线布置情况见图3。
2 6号楼沉降情况及原因分析
2.1 沉降情况
6号楼沉降历史曲线见图4。各阶段沉降速率及累计沉降见表2。从沉降曲线可以明显看出,施工对测点Ｆ39、Ｆ42点的影响较大,绝对沉降量较大,房屋向东偏北方向倾斜;但对Ｆ40、Ｆ41两点影响却相对较小,沉降曲线也较平缓。
2.2 原因分析
沉降原因分析从两个方面考虑:一是施工全过程的直接影响;二是考虑地质等情况的间接影响。建筑物周边施工时,尽管采取各种扰动小的工艺,但对既有建筑一般均会产生或多或少的影响。而6号楼附近依次进行过管线改移、地下连续墙施工、基坑降水、基坑开挖、结构施工等。现根据各阶段工艺情况及其与6号楼的空间关系,以及各阶段沉降数据等进行分析,找出主要影响工序和影响因素。
2.2.1 管线施工阶段
从管线与6号楼基础相对关系来看,可以看出基坑与建筑间7.2ｍ范围内布置多条市政管线,管线埋深在1.5～3.3ｍ之间。特别是雨、污水管沟槽挖深超过3ｍ,距房屋边线仅4～5ｍ,而房屋基础埋深仅为1.8ｍ,土体扰动范围已略超过基础深度。该段地层在地面下0～3.0ｍ为强度较高的杂填土(Ｐｓ=1.1ＭＰａ)。仅从基础受力扩散角看,在4～5ｍ外挖3.3ｍ深的沟槽不会对房屋产生直接的、较大的影响。但特别要注意的是,该地段局部也有浜填土(Ｐｓ=0.02ＭＰａ)存在。若暗浜与管线沟槽相连,由于暗浜淤泥强度极低,流变特性更明显,也会引起较大沉降。由于施工中未能准确观察和判断沟槽开挖时的土体情况,因此难以作出推断。
管线施工中采用开挖沟槽后插压槽钢支护的工艺,有一定支护作用。但从施工顺序看,先开挖后插槽钢的方法,也就是先开挖后支护的方法。与先插压槽钢后开挖沟槽的施工顺序相比,显然后者对控制土体位移的效果应更好。
2.2.2 地下连续墙施工阶段
对应6号楼位置地下连续墙施工工况见表3。
表3 地下连续墙施工情况一览表(2003年)
从表3可以看出,对应6号楼位置连续墙基本集中在6月15日—6月25日完成(除ＤＸＱ2-7在7月4日完成);从砼充盈系数和坍孔情况可以看出该段连续墙成槽情况良好,无较大坍孔现象。
但从沉降历史曲线看,地下连续墙施工期间Ｆ39、Ｆ42沉降速率分别达到0.69ｍｍ/ｄ、0.78ｍｍ/ｄ。由此可明显看出,地下连续墙施工与这两点沉降有直接关系。
同期Ｆ40、Ｆ41点及3、5号楼沉降均非常微小。
2.2.3 地基加固及降水阶段
基坑内双液注浆加固对连续墙会产生一定的侧压力。但由于连续墙形成的帷幕作用,注浆作业基本不会对坑外土体产生扰动。
从Ｆ39、Ｆ42点沉降历史曲线可以看出,自7月19日降水开始至7月29日基坑开挖产生的沉降曲线,与6月25日至7月19日的沉降曲线并无拐点,沉降速率基本一致。为此,结合坑外水位、孔隙水压力基本正常的情况(见图5、图6),可以基本判断基坑降水未对建筑物产生直接的影响。这一点也可以从基坑开挖后地墙基本无渗漏得到印证。
本阶段Ｆ39、Ｆ42点沉降速率分别为0.30ｍ/ｄ、0.25ｍｍ/ｄ,相比连续墙施工阶段明显降低。一现象更印证了前面得出的连续墙施工对Ｆ39、42点沉降产生了直接影响的结论。
同期Ｆ40、Ｆ41点及3、5号楼沉降均非常微小。
2.2.4 基坑土方开挖阶段
8月20日连续墙水平位移见图7。其中Ｃ03测斜孔位于端头井,最大位移35.92ｍｍ;Ｃ05距离6号楼较近,最大位移6.4ｍｍ。就变形值看,基坑开挖阶段变形控制较正常(根据以往基坑施工情况,地下连续墙水平位移40ｍｍ左右比较正常)。
虽然端头井距6号楼有50ｍ之远,土坡坡顶在6号楼中部对应位置,对应该建筑位置开挖深度并不深,且相应位置Ｃ05测斜孔水平位移也不大(6.4ｍｍ),但土方开挖期间Ｆ39、Ｆ42点沉降速率分别达到0.85ｍｍ/ｄ、0.64ｍｍ/ｄ,较前几阶段都大,影响非常剧烈。由此可以看出,基坑土方开挖与这两点的沉降有直接关系。
同期Ｆ40、Ｆ41点及3、5号楼沉降均相对较小。
2.2.5 垫层、结构施工
端头井垫层浇注后,Ｆ39、Ｆ42点沉降速率分别为0.50ｍｍ/ｄ、0.52ｍｍ/ｄ,与基坑开挖阶段比略有降低,但从数值看仍不算小。
2.2.6 综合分析
综合各阶段施工情况看,延吉七村3、5、6号楼除5号楼基础下有250ｍｍ×250ｍｍ×7000ｍｍ方桩外,基础形式均相同,但6号楼的沉降最明显,反应最剧烈。虽然6号楼距基坑开挖段较近,但绝对距离并不算很近(离端头井50ｍ),且基坑开挖前的地下连续墙施工、地基加固及基坑降水期间,其反应也较3、5号楼大得多(此阶段无论管线、地墙、加固、降水施工对3、5、6号楼影响条件均相同)。6号楼4个测点中,Ｆ39、Ｆ42又比Ｆ40、Ｆ41敏感得多。就此基本可以推测有其它因素对Ｆ39、Ｆ42点的沉降起了较大影响作用。
结合地质补堪报告,在6号楼下局部有暗浜存在,暗浜埋深在地面下1.1～3.5ｍ范围,暗浜位置与沉降最大的Ｆ39号点位置对应。含有机质的灰黑色浜填土强度极低,Ｐｓ仅为0.02ＭＰａ,灵敏度又很高,且有很强的流变特性。据此判断,各阶段施工除了对周围地层产生扰动外,也引起了浜填土的高敏感度反应,致使6号楼有暗浜存在的39号点沉降最大,整栋建筑发生不均匀沉降。
3 结论及建议
根据以上分析,基坑开挖是引起差异沉降的诱因,而根本原因是房屋基础下暗浜的存在,解决差异沉降,就必须从暗浜着手。为此建议如下:
(1)选用一种对暗浜淤泥有改良加固作用、同时在加固时又不至于引起过大附加沉降的工艺;或者先估算此种附加沉降值,当预测最终差异沉降不超限时,也可实施此种工艺。
(2)在差异沉降较大时,可考虑在沉降小的一侧房屋基础下取土,对房屋进行纠偏。取土工艺要可控,避免纠偏过度。
(3)对房屋加固处理一般采用注浆、基础托换等方法。这些工艺控制要非常精细,否则适得其反,需要有经验、高素质的施工队伍来实施。
(4)采取加固措施时,必须做到信息化施工,监测数据及时反馈。并根据监测数据相应调整施工参数。
(5)其它类似建筑物应进行事前地质补勘,对有类似暗浜存在的,应根据暗浜范围、深度、建筑基础情况等综合考虑,对存在隐患的建筑物在施工前应实施预加固处理。
参考文献
1 刘建航,侯学渊.基坑工程手册.北京:中国建筑工业出版社,1997
2 杨国伟.深基坑及其邻近建筑保护研究[学位论文].上海:同济大学,2000(收稿日期:2004-03-09)
