鬧市區(qū)歷史保護(hù)建筑改建工程中的等厚度水泥土地下連續(xù)墻全過(guò)程施工監(jiān)控與分析

李 兵 李鑫奎 趙一鳴 施 臻

1. 上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080；3. 上海建筑工程逆作法工程技術(shù)研究中心 上海 200080

隨著我國(guó)沿海城市工程建設(shè)的快速發(fā)展，等厚度水泥土地下連續(xù)墻（TRD）工法應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛。目前，TRD工法在城市深基坑工程施工中的應(yīng)用越來(lái)越多，TRD在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)鄰近土體產(chǎn)生一定程度的擾動(dòng)影響，即會(huì)造成周邊建筑結(jié)構(gòu)的受力重分布現(xiàn)象，因此對(duì)周邊建筑的環(huán)境監(jiān)控及微變形控制是非常重要的。王剛[1]、李星等[2]、王衛(wèi)東等[3]對(duì)TRD工法在深基坑圍護(hù)施工技術(shù)中的應(yīng)用作出了針對(duì)性的介紹、科學(xué)研究、工程實(shí)踐應(yīng)用總結(jié)，并在TRD施工時(shí)對(duì)周邊建筑的安全穩(wěn)定性作出了一定的環(huán)境影響分析和變形控制措施。我國(guó)現(xiàn)階段，結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用于大型的重要保護(hù)性建筑工程、橋梁工程、市政工程等。尤其對(duì)建筑結(jié)構(gòu)在施工全過(guò)程中內(nèi)力、變形等受力狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控是非常重要的，對(duì)于較危險(xiǎn)工況的施工監(jiān)測(cè)更是很有必要的，它能為建筑改造、施工全過(guò)程中的原有結(jié)構(gòu)安全起到保駕護(hù)航的作用[4-5]。

本文基于上海南京東路179號(hào)街坊項(xiàng)目新康大樓工程，采用無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和有限元方法對(duì)新康大樓TRD施工全過(guò)程中外墻保護(hù)所用的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)應(yīng)用，并著重分析了TRD施工對(duì)保護(hù)外墻的鋼桁架結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性的影響。此結(jié)論將為今后類(lèi)似保護(hù)建筑TRD施工提供一定的應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)。

1 工程概況

上海市南京東路179號(hào)街坊項(xiàng)目新康大樓外墻保護(hù)工程，位于黃浦區(qū)江西中路264號(hào)，該建筑于1916～1921年間建造完成，為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，是一座重要的歷史保護(hù)建筑，其占地面積約1 154 m2，總建筑面積約10 433.38 m2。現(xiàn)階段，采用鋼桁架結(jié)構(gòu)對(duì)該歷史性混凝土結(jié)構(gòu)的外墻進(jìn)行加固保護(hù)，同時(shí)對(duì)內(nèi)側(cè)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除、新建等全施工改造，并開(kāi)挖5層地下室，后期采用逆作法施工開(kāi)挖此深基坑，開(kāi)挖前在原新康大樓結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)進(jìn)行內(nèi)外2道TRD施工，以達(dá)到后期施工過(guò)程中保證該外墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性的目的。

2 TRD施工全過(guò)程監(jiān)控分析

根據(jù)TRD施工進(jìn)度計(jì)劃，2017年10月—2018年4月期間，新康大樓內(nèi)側(cè)的雙層TRD施工工作已順利完成。在TRD施工全過(guò)程中，對(duì)新康大樓保護(hù)外墻的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了自動(dòng)化監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集頻率為5 min采集1次。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方案布置的情況：共設(shè)有11套靜力水準(zhǔn)儀（CJ01～CJ11），用于實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形；應(yīng)力計(jì)34支（YB01～YB34），用于實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)鋼桁架結(jié)構(gòu)內(nèi)力；18套高精度傾角儀（QX01～QX18），用于實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)鋼桁架的面內(nèi)與面外傾斜變形；并配合人工定期復(fù)核自動(dòng)化數(shù)據(jù)，確保自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（圖1）。

圖1 新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)施工監(jiān)控測(cè)點(diǎn)布置

2.1 仿真模擬及理論分析

在TRD施工前，通過(guò)有限元方法對(duì)新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的變形及內(nèi)力情況進(jìn)行了比較分析。考慮分段支座位移影響后結(jié)構(gòu)最大位移為26.9 mm，位移角為1/1 312，發(fā)生在西側(cè)原結(jié)構(gòu)柱頂位置，較初始狀態(tài)略有增大，在TRD施工期間或后期深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)密切注意采取相關(guān)措施控制頂部結(jié)構(gòu)位移。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件驗(yàn)算均滿足強(qiáng)度要求，絕大部分構(gòu)件應(yīng)力比均在0.6以下。

在考慮施工對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性影響的前提下，采取施工過(guò)程監(jiān)測(cè)同時(shí)進(jìn)行的方式，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等，來(lái)確保整個(gè)鋼桁架的結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定。通過(guò)有限元理論計(jì)算及設(shè)計(jì)提供的規(guī)范要求，最終確定了沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力的預(yù)警值和報(bào)警值，從而為后期全面施工過(guò)程中的安全監(jiān)測(cè)提供了安全警戒數(shù)據(jù)。

2.2 沉降變形監(jiān)測(cè)分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的沉降變形時(shí)程線數(shù)據(jù)（圖2）可知，在整個(gè)TRD施工期間，鋼桁架整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)先上浮，后下沉，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，尤其在TRD施工至新康大樓內(nèi)部北側(cè)及西側(cè)的這段時(shí)間，整體鋼桁架結(jié)構(gòu)上浮較為明顯，升幅5～10 mm，即第1道TRD施工、清障對(duì)原有結(jié)構(gòu)沉降變形影響較大。而在第1道TRD施工結(jié)束，開(kāi)始進(jìn)行第2道TRD施工時(shí)，鋼桁架整體結(jié)構(gòu)沉降變形較為穩(wěn)定，即可說(shuō)明第1道TRD施工后，結(jié)構(gòu)已經(jīng)有1道安全保障。在TRD工序的每一小段施工時(shí)，也是呈現(xiàn)先上浮，停止TRD施工時(shí)又出現(xiàn)小幅度下沉的趨勢(shì)。沉降差異變形基本在設(shè)計(jì)控制要求內(nèi)，個(gè)別點(diǎn)差異變形出現(xiàn)預(yù)警，但該測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)已在近3個(gè)月內(nèi)較穩(wěn)定，變化幅度也較小，從整個(gè)沉降變形變化曲線亦可說(shuō)明目前整個(gè)新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形數(shù)據(jù)基本是穩(wěn)定的。

圖2 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的沉降變形時(shí)程線

2.3 傾斜變形監(jiān)測(cè)分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的傾斜變形時(shí)程線數(shù)據(jù)（圖3）可知，鋼桁架結(jié)構(gòu)不同傾斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)傾角及傾斜率增量變化較為穩(wěn)定，且均在設(shè)計(jì)的預(yù)警和報(bào)警控制要求內(nèi)。面內(nèi)、面外的傾角變化均較小；換算成傾斜率數(shù)據(jù)后經(jīng)對(duì)比可知，面內(nèi)、面外對(duì)應(yīng)的累計(jì)傾斜率數(shù)據(jù)發(fā)展相對(duì)也較為穩(wěn)定，基本保持在設(shè)計(jì)控制要求的范圍內(nèi)，其中個(gè)別傾斜測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)有時(shí)超過(guò)0.2%，傾斜數(shù)據(jù)單點(diǎn)不作報(bào)警處理，僅供趨勢(shì)分析用，TRD施工完成后，面外自動(dòng)化傾斜率最大為0.197%，發(fā)生在QX03測(cè)點(diǎn)處。

圖3 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的傾斜變形時(shí)程線

2.4 結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)力時(shí)程線數(shù)據(jù)（圖4）可知，鋼桁架和鋼柱上不同應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)應(yīng)力增量變化較為穩(wěn)定，且均在設(shè)計(jì)的預(yù)警和報(bào)警控制要求內(nèi)。鋼桁架上應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累計(jì)應(yīng)力增量最值情況：最大壓應(yīng)力為48.63 MPa，發(fā)生在YB16測(cè)點(diǎn)處；最大拉應(yīng)力為14.46 MPa，發(fā)生在YB03測(cè)點(diǎn)處。鋼柱上應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的累計(jì)應(yīng)力增量最值情況：最大壓應(yīng)力為24.32 MPa，發(fā)生在YB34測(cè)點(diǎn)處；最大拉應(yīng)力為15.79 MPa，發(fā)生在YB31測(cè)點(diǎn)處。

圖4 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的結(jié)構(gòu)應(yīng)力時(shí)程線

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)無(wú)線自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)、有限元方法的有效結(jié)合，對(duì)南京東路179號(hào)街坊項(xiàng)目新康大樓工程TRD施工全過(guò)程中外墻保護(hù)所用的鋼桁架結(jié)構(gòu)沉降變形、傾斜變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行了施工監(jiān)測(cè)應(yīng)用，并著重對(duì)鋼桁架結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析。施工中發(fā)現(xiàn)：TRD施工對(duì)鋼桁架的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、傾斜變形影響不太明顯，應(yīng)力及傾斜的變化相對(duì)較穩(wěn)定，但對(duì)鋼結(jié)構(gòu)沉降變形影響較為敏感，也表現(xiàn)出一定的時(shí)程變化規(guī)律。在整個(gè)TRD施工期間，鋼桁架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)先整體上浮，后整體下沉，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)；在TRD工序的每一小段施工時(shí)，也是呈現(xiàn)先上浮，停止TRD施工后亦出現(xiàn)小幅度下沉的趨勢(shì)。此結(jié)論可為今后類(lèi)似保護(hù)建筑TRD施工提供一定的參考。