黃土地區半鋪蓋法基坑開挖對周邊建筑物的影響分析

吳 明,孫本利 ,王 鑫,尚文彥

(1. 長安大學地質工程系,西安 710054； 2.陜西天地地質有限責任公司,西安 710000)

0 前 言

隨著國家建設力度不斷加大，中國各地地鐵工程紛紛上馬。然而，地鐵車站基坑開挖會對道路交通和周邊建筑物產生不良影響。因此，需要采取特殊的施工工法減少施工對周圍環境的影響[1-7]。其中半鋪蓋法是較為常用的施工措施，因其圍護結構變形小，能夠有效控制周圍土體的變形和地表沉降，保護鄰近建筑物和構筑物，能有效解決明挖法道路封鎖帶來的交通堵塞問題，在地鐵工程施工中廣泛被采用。諸多學者在此方面開展了大量研究，張寧[8]分析了黃地區某地鐵基坑圍護結構的施工性狀，但是未涉及基坑施工對周邊環境的影響。任建喜[9]和劉義[10]對黃土地區的深基坑進行了數值和實測研究，其結果有助于黃土基坑更合理的設計和施工。總體來看，學者們針對黃土地區半鋪蓋法基坑研究案例還是較少。本文以西安地鐵建設中首個采用半鋪蓋法的工程深基坑為例，監測并分析了黃土地區的半鋪蓋法施工地鐵基坑資料，總結了半鋪蓋法基坑開挖對周邊建筑物的影響，為西安深基坑設計與施工提供借鑒。

1 工程概況和場地地質條件

1.1 工程概況

西安地鐵四號線后村車站主體基坑平面尺寸為146.84 m×26.96 m(長×寬)，基坑深度約17.84 m，局部深度18.91m。基坑斷面如圖1所示，基坑圍護采用D1000 mm@1400 mm旋挖樁，設3道內支撐。樁間采用掛鋼筋網噴射混凝土擋土，支護樁嵌固深度為5、6、7 m。第一道支撐為1.2 m×1.4 m(寬×高)(路面鋪蓋)和1.2 m×0.8 m(寬×高)鋼筋混凝土撐，水平間距約6 m；第二、三道支撐為D600 mm×14 mm鋼支撐，預加軸力600 kN和500 kN，水平間距約3 m，支撐軸力約1 944 kN；腰梁采用2I45C組合鋼圍檁。

1.2 場地水文和地質條件

如圖2所示，土層依次為填土類，3-1-1新黃土，3-1-2新黃土，3-2-2層古土壤，4-1-2表示老黃土，4-4粉質黏土，4-7中砂，4-12沖積黏土。潛水賦存于古土壤、黃土和粉質黏土及其砂夾層中。主要含水層為粉質黏土層中砂夾層，該層透水性好，賦水性強。地下水位埋深約19 m。基坑周邊除距離基坑200 m的f9地裂縫外，無不良地質災害。各層土工參數見表1所示。

表1 巖土參數

2 基坑周邊環境介紹

該基坑周邊建筑物有西安金都集團商住樓、百腦匯大廈、西安科技大學沿街宿舍樓、教學樓及試驗樓、西安建筑科技大學商住樓、賽博電腦商城、某軍隊住宅樓，房屋密集。各建筑物具體結構形式統計見表2。影響比較大的建筑物為：西安金都集團距離為19.25 m。車站1號風亭南側圍護結構(主體南端圍護結構)距賽博電腦商城主體結構外墻6 m,車站1號風亭西側圍護結構距西安科技大學宿舍樓主體外墻8 m，車站2號風亭及Ⅳ號出入口南側圍護結構距西安科技大學教學樓及試驗樓外墻6～9 m。對于主要受影響的建筑物做了監測點布置，如圖3所示。

表2 后村站地面建(構)筑物調查情況

3 監測結果分析

圖4為某大學3～6層的磚混結構沉降監測結果。從圖4可以觀察到同一時期內J2點和J13點沉降差值最大，約13.9 mm，傾斜值為0.16‰，小于8‰的標準[11]；磚混結構最終沉降量約為12 mm，大部分區域最終沉降量為8 mm，小于20 mm。

圖5為電腦城沉降監測結果。從圖5可以看到建筑物最終沉降量約為14 mm，小于20 mm，J15和J17點的同時期沉降量差值最大，約為10.45 mm，建筑物傾斜為0.6‰。

圖6為某車庫沉降監測結果，從圖中可以看出車庫最終沉降量為9.1 mm，同時期沉降差值最大點為J28和J27，最大差值為11.24 mm，傾斜值為0.4‰。

根據GB 5007-2011《建筑地基基礎設計規范》[11]，砌體結構主要由局部和整體傾斜控制，高層框架由整體傾斜、相鄰柱沉降差和總體沉降控制。某大學多層磚混結構傾斜值為0.16‰小于規范[11]8‰的標準；某電腦城和某商住大樓屬于高層框架結構，整體傾斜分別為0.6‰和0.4‰，均小于規范限值。其中2棟建筑物相鄰柱沉降差均滿足要求。3棟建筑物最終沉降量均小于20 mm。

從理論上分析，該車站基坑的施做圍護樁、降水及開挖對周圍建筑物的影響，可分為3類。鉆孔灌注樁圍護結構施工過程中產生的土體損失引起的相鄰地面沉降；長時間、大幅度降低地下水可能引起地面沉降，引起鄰近建(構)筑物的變形及開裂；基坑開挖時產生的不平衡力導致周圍土體及圍護墻向開挖區發生側移動、地面沉降及坑底隆起，從而引起緊鄰建(構)筑物的側移、沉降或傾斜。根據土力學理論分析，該車站基坑周邊降水以及土方開挖為影響周邊建筑物沉降的“源頭”。一般分析基坑開挖對周邊建筑物影響時，應提出施工期間的控制標準。而且要從建筑的允許變形中扣除已有變形值及后期變形值來合理確定。即：

ξ2≤ξ0-(ξ1+ξ3)

(1)

公式(1)中：ξ0為建筑物的地基變形允許值；ξ1為建筑物的已有變形值；ξ2為施工期間建筑物的地基變形控制值；ξ3為建筑物后期的地基變形值(最小取0)。

實際施工前，對該3棟進行了調查，但是沒有取得相應的前期沉降資料(即ξ1)。建筑調查中觀察到2棟高層裂縫較多，但多為裝飾層及填充結構處理不當產生的裂縫，并不影響結構的正常使用，建議加強電梯間及屋頂電梯機房等裂縫的監測工作，并認定其為次要保護對象。某大學磚混凝土多層主體結構抗變形能力差，墻體有裂縫且分布較多，認定為主要保護對象。

通過最后竣工后的效果來看，不論該基坑周邊3棟建筑的基礎型式為剛度較大的復合地基+筏板基礎，或為剛度較小的條形基礎，其由基坑開挖引起的沉降差約11 mm，傾斜值最大為0.6‰，均處于規范規定的變形限值范圍內。施工中沒有產生不良現象，交通主干道通暢，說明黃土地區半鋪蓋法基坑是可行的，對于控制基坑周邊變形是合適的。

4 結 論

通過黃土地區半鋪蓋法基坑施工引起的周邊建筑物沉降監測總結分析，形成結論如下：

(1)半鋪蓋法深基坑施工期間對于道路交通影響較小。

(2)該工法施工時引起的周邊環境擾動較弱。本文監測的案例中不管是剛度大的筏基,還是剛度小的條形基礎，其施工后的沉降差和傾斜均遠小于規范的限值。

(3)當需要保證道路交通時，黃土地層中也可以采用該方法進行地鐵車站的基坑施工。

(4) 建議基坑開挖前應對周邊建筑物進行詳細的調查，盡可能的收集建筑物的已有變形量資料，為基坑施工對周邊環境影響提供準確判斷依據。