地鐵深基坑施工鄰近高層建筑物保護(hù)技術(shù)

孫德志，梁 方

1.中鐵六局集團(tuán)海外分公司，北京 100165

2.中鐵六局集團(tuán)北京鐵建公司，北京 100165

0 引言

在城市高速發(fā)展過程中，高層建筑及軌道交通工程大規(guī)模興建。地鐵車站多建于人口稠密、建筑林立的鬧市區(qū)中，且多采用明挖法施工，車站基坑深，且面積大，對(duì)周圍環(huán)境影響范圍較廣，在深基坑開挖中對(duì)鄰近高層建筑物的保護(hù)問題尤為突出。

本文以北京地鐵十號(hào)線二期角門西站東站廳明挖基坑工程為例，詳細(xì)介紹了深基坑開挖中對(duì)鄰近高層建筑物保護(hù)的原則、措施。

1 工程概況

北京地鐵十號(hào)線二期角門西站位于嘉禾路和馬家堡西路交叉路口下，沿嘉禾路東西向布置，與既有北京地鐵四號(hào)線角門西站十字交叉、換乘。車站總長(zhǎng)度207.5m，由東、西兩明挖站廳和中間暗挖隧道組成。中間暗挖隧道全長(zhǎng)35.1m，已于2009年12月順利完工。東站廳位于馬家堡西路東側(cè)，東端接盾構(gòu)區(qū)間，設(shè)盾構(gòu)接收井，西端接車站主體暗挖段。東站廳標(biāo)準(zhǔn)段選用雙柱三層三跨矩形框架結(jié)構(gòu)型式，采用明挖法施工，樁撐支護(hù)。明挖基坑深26.785m，長(zhǎng)86.9m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.3m，盾構(gòu)段寬26.8m。

東站廳周邊環(huán)境：北側(cè)為晨新園住宅小區(qū)，西側(cè)為馬家堡西路及既有地鐵四號(hào)線，西南側(cè)為建工北國高層住宅樓。東站廳基坑工程重點(diǎn)保護(hù)高層建筑物為西南側(cè)鄰近的建工北國住宅樓。

2 鄰近高層建筑物情況

建工北國住宅樓為地上14層，地下2層高層建筑物；基礎(chǔ)埋深7.64m；結(jié)構(gòu)形式為現(xiàn)澆鋼筋混凝土剪力墻，基礎(chǔ)形式為箱型基礎(chǔ)；竣工日期為1999年8月。

評(píng)估報(bào)告表明：建筑物總體狀況良好，除發(fā)現(xiàn)非承重墻、裝飾面層等有開裂現(xiàn)象外，未發(fā)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)存在影響結(jié)構(gòu)安全和使用的嚴(yán)重缺陷和損傷。

東基坑與建工北國關(guān)系：建工北國北側(cè)外墻距離基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平最小距離僅為8.2m，平面位置如圖1所示。

圖1 角門西站東站廳與建工北國平面相對(duì)位置

根據(jù)相關(guān)地鐵風(fēng)險(xiǎn)管理體系文件，建工北國在強(qiáng)烈影響區(qū)內(nèi)，屬一級(jí)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程，因此，在基坑開挖過程中應(yīng)進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。

4 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

本車站施工范圍內(nèi)，表層以厚度不均的人工堆積的房渣土、素填土為主，人工堆積層以下為厚度較厚的新近沉積的粘性土、粉土、砂土及卵礫石層，再以下為第四紀(jì)沉積的粘性土、粉土、砂卵石互層，并以砂土、卵石土為主。車站底板位于粘質(zhì)粉土、粉質(zhì)粘土⑤1層中。

基坑開挖深度范圍涉及兩層潛水：第一層分布在第④層卵石及第④2層細(xì)中砂中，靜止水位標(biāo)高約15.68m～17.80m；第二層分布在第⑤層卵石及第⑤2層細(xì)中砂中，靜止水位標(biāo)高約11.98m～12.75m。

圖2 角門西站東站廳工程、水文地質(zhì)剖面圖

5 高層建筑物保護(hù)方案研究

1）基坑開挖對(duì)鄰近高層建筑影響分析。在開挖卸載過程中的土體應(yīng)力的釋放，使基坑四周一定范圍（一般為基坑開挖深度的1.5倍）的土體內(nèi)力失去平衡而發(fā)生變形,使得基坑周圍土體發(fā)生沉降，會(huì)引起周圍建筑物沉降、差異沉降、側(cè)向位移。

另外，深基坑降水會(huì)引起周圍地面下沉。在某些粘性土中，當(dāng)土的含水量降低時(shí)，土體的體積會(huì)減小，即土體具有失水收縮的性質(zhì)；孔隙水應(yīng)力的減小將引起有效應(yīng)力的增加，降低地下水位后將會(huì)產(chǎn)生新的固結(jié)壓縮量，從而引起地面明顯下沉。

2）摸底調(diào)查建工北國住戶情況，并委托具備資質(zhì)單位進(jìn)行房屋技術(shù)評(píng)估，將評(píng)估報(bào)告結(jié)論作為鄰近建筑物質(zhì)量控制的依據(jù)。評(píng)估報(bào)告結(jié)論主要包括：

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查檢測(cè)表明，該建筑物結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀良好，現(xiàn)狀測(cè)量分析表明，目前建工北國住宅樓地基基礎(chǔ)累計(jì)總沉降量約40mm；該棟建筑物地基基礎(chǔ)已發(fā)生的整體傾斜均很小（最大處1/1063）；

（2）地鐵車站施工過程中對(duì)建工北國住宅樓的地基基礎(chǔ)變形控制標(biāo)準(zhǔn)為：基坑施工過程中對(duì)建筑物地基基礎(chǔ)產(chǎn)生的基礎(chǔ)兩端點(diǎn)的沉降差與其距離的比值小于0.001。即建筑物北側(cè)外墻最大附加沉降量應(yīng)小于15mm；

（3）建工北國住宅樓緊臨地鐵車站深基坑，其天然地基沉降對(duì)車站基坑開挖及降水均為敏感，建議加強(qiáng)該地段支護(hù)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格限制支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形，并嚴(yán)格控制降水速率及水土流失。

3）對(duì)鄰近高層建筑采取保護(hù)措施

（1）從引起變形的“源頭”采取措施減小基坑變形

鉆孔灌注樁施工中采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁、提高泥漿頁面高度等措施提高灌注樁成孔質(zhì)量、控制孔壁坍塌，減小周圍土體變形；基坑降水系統(tǒng)布置和施工時(shí)，降水井布置適當(dāng)遠(yuǎn)離建筑物，隨開挖深度逐漸降低水頭，以盡量減少建筑物下地下水位變化幅度；基坑開挖嚴(yán)格遵循“先撐后挖、及時(shí)支撐、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則，開挖方法、支撐、拆撐順序與設(shè)計(jì)工況保持一致，鋼支撐應(yīng)按設(shè)計(jì)軸力的40%～60%及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力。

（2）從提高基坑周邊環(huán)境抵抗變形能力采取措施

對(duì)建工北國及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間土體進(jìn)行注漿加固；注漿加固深度一般從建筑物基礎(chǔ)下方延伸至滑動(dòng)面以下，具體范圍如圖3所示。

注漿加固采用袖閥管施工工藝，選用?56PVC管，注漿材料均采用P.O42.5普通硅酸鹽水泥與TGRM特種水泥混合漿液，鉆孔設(shè)備選用履帶式多功能地質(zhì)鉆機(jī)或ZGY1500型液壓鉆機(jī)。

值得注意的是，注漿加固時(shí)，過大的注漿壓力會(huì)使地面或建筑物隆起，注漿同時(shí)也會(huì)破壞土的微觀結(jié)構(gòu)，使土的抗剪強(qiáng)度降低，因此在施工過程中要嚴(yán)格控制注漿壓力和注漿量。

為保證注漿效果，注漿結(jié)束后，必須對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，確認(rèn)已達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，方可結(jié)束注漿，否則必須進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。本工程采取分析法進(jìn)行注漿效果檢查，即對(duì)注漿記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，檢查每孔壓力流量是否達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，有無漏漿，串漿情況，從而反算漿液擴(kuò)散范圍；檢查本循環(huán)所有注漿孔是否都按規(guī)定進(jìn)行了注漿，有無漏注或無法注漿的檢查，判定注漿效果。

（3）信息化施工控制措施

基坑開挖及注漿加固過程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)基坑自身及鄰近高層建筑物的監(jiān)控量測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)反饋。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：建筑物沉降、傾斜、裂縫；圍護(hù)樁頂水平位移、豎向位移、變形；支撐軸力；地下水位；周圍地表沉降。

根據(jù)實(shí)施監(jiān)測(cè)的建工北國的沉降情況，必要時(shí)跟蹤注漿，實(shí)時(shí)調(diào)整注漿位置、注漿壓力及注漿量，起到動(dòng)態(tài)控制建筑物沉降的作用。

6 施工過程跟蹤監(jiān)控量測(cè)情況

土方開挖期間，對(duì)建工北國進(jìn)行布點(diǎn)觀測(cè)。收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：隨著基坑土方開挖的逐步加深建工北國的沉降量及傾斜率呈現(xiàn)逐步加大的趨勢(shì)，但均未超過設(shè)計(jì)預(yù)警值，進(jìn)而說明對(duì)建工北國預(yù)先采取的保護(hù)措施是行之有效的。

圖3 土體注漿加固范圍示意圖

表1 東基坑開挖階段建工北國沉降量觀測(cè)結(jié)果

表2 東基坑開挖階段建工北國傾斜率觀測(cè)結(jié)果

7 結(jié)論

深基坑工程施工不當(dāng)對(duì)鄰近高層建筑物等造成的損傷或破壞性影響，不僅會(huì)引起重大的經(jīng)濟(jì)損失，更將造成嚴(yán)重的社會(huì)影響，并且不可挽回。在施工早期采用注漿加固的方法進(jìn)行處理，效果明顯、安全可靠，以較小的代價(jià)取得可靠的安全度，能夠達(dá)到事半功倍的效果。本文總結(jié)了實(shí)際工程中的經(jīng)驗(yàn)，為類似工程的順利進(jìn)行提供了技術(shù)支持和指導(dǎo)。

[1]劉國斌，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2]地鐵暗挖隧道注漿施工技術(shù)規(guī)程(DBJ01-96-2004）.