地铁车站基坑施工对邻近建筑物影响的研究

2016-12-18施振丁

四川水泥 2016年3期

关键词：观测点深基坑车站

施振丁

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京 101100)

地铁车站基坑施工对邻近建筑物影响的研究

施振丁

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京 101100)

为确保地铁车站深基坑施工期间邻近建筑物的安全性和正常使用的要求，根据既有建筑物基础类型、结构形式、建造时期和使用情况，确定既有建筑物基础的剩余变位能力，可通过不断调整设计方案及施工方案直至满足其安全性为止，以保证建筑物在地铁车站施工期间建筑物的正常使用。

地铁车站；深基坑；建筑物；剩余变形；安全评估

1 施工前既有建筑物安全性评估

内容包括:①建筑物现状调查；②地基基础工作状态；③根据建筑物的类型测算主体结构倾斜、柱基相对沉降差等；④提出既有建构筑物的剩余变形能力；⑤核查建筑物结构尺寸；⑥混凝土外观、表面裂缝分布、混凝土强度、混凝土碳化深度等；⑦建筑物结构安全性计算分析；⑧车站深基坑建设对建筑物的影响评估。

2 工程实例

2.1 工程概况

车站为地下二层岛式车站，总长167.8m，深基坑采用明挖顺筑法，地势西高东低，小里程侧端头井覆土厚度 3.88m，底板埋深 20.05m，大里程侧端头井覆土厚度3.2m，底板埋深17.47m，标高约10.6m，深基坑标准段宽度18.30m；出入口均采用明挖法施工，基坑深度分别为10.3m和13.5m。

该车站位于两条重要交通路交叉口，主要建筑物有某小区 4#楼、计划生育委员会、高架桥桥墩等。其中某小区 4#楼北侧距离车站主体结构围护桩 4.67m，西侧距离车站主体结构围护桩 6.0m。

2.2 建筑物柱基的沉降和沉降差

由表1和表2可见，建筑物在使用期间柱基间均出现了不同程度的沉降，施工前建筑物相邻柱基的沉降差最大值为1.32‰L，最小值为0.07‰L，均未超出《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2011)关于同类建筑相邻柱基的沉降差的限值 2‰L。

2.3 计算模型

工程实例利用有限差分软件 FLAC-3D5.0对施工过程进行模拟分析，计算施工引起既有建筑物柱基的变形值。为满足计算精度要求，FLAC平面计计算模型尺度为X×Y×Z=300m×180m×30m，计算网格约35万个六面体单元，模型保证整体内单元尺寸能合理过渡以精确反映人工开挖扰动对地基的影响。采用改变等代层的参数来模拟建筑物基础，在基础上施加均布荷载来模拟房屋，偏安全考虑，每层以 10kPa的均布荷载作为框架结构的正常使用荷载，以均布竖向荷载的形式用于基础上进行计算。

2.4 计算结果

2.4.1 分析

根据现场施工过程将基坑开挖的关键过程分为:①初始地应力模拟；②围护结构施工；③基坑第1层土开挖；④设置第1层混凝土支撑；⑤第2层土开挖；⑥设置第2层钢支撑；⑦以此类推，设置第4层钢支撑，开挖至基底；⑧拆除最下一层钢支撑。为了解地铁车站深基坑施工对邻近建筑物的影响，基坑施工模拟过程中在其基础上共布设了8个沉降观测点。各测点在五层开挖和拆除最下一层钢支撑工况下的累计沉降量见图2。

由图1可知，邻近建筑物的变形场受到地铁车站基坑开挖的影响，地铁车站基坑开挖越深，邻近建筑物的变形越明显，地铁车站基坑开挖引起邻近建筑物的变形表现为竖向沉降和向基坑内侧移动。深基坑开挖至坑底时，引起相邻建筑物构的最大竖向位移为8.87mm，发生在观测点S1处；建筑物最大沉降发生在基坑最下一层钢支撑拆除时，最大竖向位移为9.82mm，发生在建筑物离深基坑最近处，即观测点S1处，最小沉降量为3.56mm，发生在建筑物离深基坑最远处，即观测点S8处。

2.4.2 安全评估

为评价建筑物在地铁深基坑施工期间的安全，由建筑物施工前后的相对沉降和沉降差变化值得出施工后建筑物纵横向相邻柱基的相对沉降和沉降差，具体结果详见表3和表4。

2.5 既有建筑物变形监测及控制效果分析

2.5.1 监测方案

监测项目主要包括建筑物柱基沉降、建筑物柱基水平位移、建筑物整体倾斜等。主要监测项目控制值依据前文所述的既有建筑物变形控制标准。

2.5.2 既有建筑物变形控制分析

由图3可见，在各施工阶段下，建筑物监测点的沉降值逐步增加，随着与基坑距离的增加而其增加量减小。建筑物最大沉降发生在基坑最下一层钢支撑拆除时，最大沉降量为10.78mm，发生在建筑物离深基坑最近处即S1处，比计算值大8.7%；最小沉降量为2.59mm，发生在S8处，比计算值小，比计算值小27%；总体上，监测值与计算值基本一致，偏差在15%以内，说明FLAC－3D模型是基本准确的，所选计算参数是合理的。同时，该建筑物在施工过程中和施工结束后，梁板柱均未出现异常情况，在地铁车站深基坑施工期间建筑物能正常使用和运行。