既有建筑安全性的檢測與評估
——以安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓為例

陳東生 （安徽建工檢測科技集團有限公司，安徽 合肥 230031）

1 工程概況

地鐵隧道施工中經(jīng)常遇到的問題是相鄰建筑物的不均勻沉降，其造成的社會危害和安全影響會帶來不可估量的損失[1]。例如：北京地鐵10 號線地鐵隧道施工曾導致周邊部分道路塌陷和人員遇難情況[2]；上海地鐵4 號線施工導致地面大范圍塌陷，3 棟建筑物發(fā)生嚴重傾斜[3]；南京地鐵隧道施工造成漢中路地面塌陷，致使天然氣管道斷裂爆燃，將路面炸出大坑[4]。

由于軌道交通施工會引起附近建筑物沉降，本研究以安徽國際五金機電商貿(mào)城E 區(qū)2#為研究對象，探究地鐵軌道交通6 號線一期工程對既有建筑物安全性的影響。通過建筑地基分析房屋傾斜程度和監(jiān)測沉降數(shù)據(jù)，對房屋承重結構、穩(wěn)定性、耐久性和損傷結構進行檢測，同時進行驗算分析和評估，采用數(shù)值模擬的方法對既有建筑物風險等級劃分及評定，最后給出相應的評估結論和意見[5]。

1.1 工程概述

安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓是由合肥市明利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司負責投資和建設，安徽華盛國際建筑（中美合資）設計工程咨詢有限公司設計的，工程于2008 年建成并投入使用至今。該工程是地上一層的框架結構，位于合肥市當涂路與淝河路交口，設計尺寸為91．4m×7．5m（685．5 m2）。2020 年6月，中鐵第一勘察設計院集團有限公司委托檢測站對該工程進行檢測、評估，排除軌道交通6 號線一期工程對既有建筑周邊范圍影響，確保結構安全使用[6]。

1.2 既有建筑物結構設計概況

該構筑物主體為地上的一層框架結構，設計的使用年限是50年，一層4．5m層高，埋深約為2．0m。建筑物外立面現(xiàn)狀見圖1。

圖1 安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓外立面現(xiàn)狀

1.3 軌道交通區(qū)間工程概況

朱崗站～伊寧路站線路出朱崗站后，向東沿太湖路穿過銅陵路高架橋，后向東南方向偏轉(zhuǎn)，下穿海頓學校，側(cè)穿安徽國強鋼材交易中心，沿堯渡河路地下敷設，進入伊寧路站。

區(qū)間隧道采用雙洞雙線圓形斷面，凈空直徑為5500mm。區(qū)間沿線左側(cè)環(huán)境風險源主要有建筑有碧湖云溪步行街商鋪、銅陵路高架、碧湖云溪小區(qū)怡湖園6#樓、海頓學校、五金機電商貿(mào)城，右側(cè)主要建筑有綠地·海頓公寓一期工程2#樓、安徽國強鋼材交易中心、五金機電商貿(mào)城。區(qū)間周邊環(huán)境風險源平面示意圖見圖2。

圖2 區(qū)間沿線環(huán)境風險源平面示意圖

1.4 建筑物與區(qū)間工程相對位置關系

軌道線隧道正穿安徽國際五金機電商貿(mào)城E 區(qū)2#樓，建筑物采用柱下獨立基礎，基礎埋深約為2．00m，基礎底距隧道拱頂約為14．94m。本區(qū)間隧道埋深15．60～20．40m，隧道穿越的地層主要為黏土層、E1dn5-1-1 全風化砂質(zhì)泥巖層、E1dn5-2-1 全風化泥質(zhì)砂巖層。隧道與建筑物相對位置關系平面示意圖見圖3，建筑物基礎與隧道相對位置關系剖面示意圖見圖4。

圖3 建筑物與隧道相對位置關系平面示意圖

圖4 建筑物與隧道相對位置關系剖面示意圖

2 安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓檢測過程

城市軌道交通影響范圍內(nèi)既有建筑的檢測較一般城市老舊建筑的檢測相對更加嚴格，對檢測的科學性要求也更高。檢測過程不僅需要對房屋的結構穩(wěn)定性等指標進行評估，更需要為后續(xù)房屋病害處理提供理論和數(shù)據(jù)指導意義[7]。

2.1 檢測依據(jù)和目的

該高架橋梁的檢測標準執(zhí)行國家和行業(yè)現(xiàn)行法規(guī)、政策以及標準。為了針對既有建筑的安全性、穩(wěn)定性進行分析和預測，需要先通過現(xiàn)狀調(diào)查、結構安全性、實地檢測來鑒定房屋現(xiàn)狀使用情況，并基于此為依據(jù)計算分析。最后綜合上述因素對既有建筑現(xiàn)狀并做出評估，分析既有房屋結構的安全性，如若房屋安全性得不到滿足時，需要重新對軌道方案重新計算分析，對建筑加固或拆除，并再次迭代優(yōu)化，直至滿足安全性為止。并對既有房屋風險等級評定及劃分，結合隧道后續(xù)施工情況，給出工程的風險等級，并對既有房屋使用狀態(tài)進行最終評判并提出相關建議[8]。

2.2 檢測方法

基于對委托方和項目方提供的既有構筑物工程資料調(diào)查，對房屋歷史和現(xiàn)狀進行深入了解，通過工程地質(zhì)概況分析巖土成因、性質(zhì)和特征，并結合當?shù)厮乃麠l件進行綜合考察。

2.3 檢測結果

該工程由中美合資安徽華盛國際建筑設計工程咨詢有限公司設計，合肥市明利房地產(chǎn)開發(fā)有限公司投資建設，工程于2008 年建成并投入使用至今，部分設計圖紙資料齊全。

南淝河兩岸低階地區(qū)的水文地質(zhì)條件較差，含水層較厚，土壤主要為粉土、粉細砂，因此土壤滲透系數(shù)大，易受上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙水的影響。合肥市軌道交通6 號線工程以地下形式穿過的南淝河對區(qū)間隧道會產(chǎn)生一定的影響。沿線地下水水質(zhì)良好，地下水對混凝土結構略有腐蝕性。因建筑地基長期處于地下水中，因此混凝土結構中鋼筋也容易受到腐蝕，尤其是在干濕交替條件下，地下水對混凝土結構中鋼筋腐蝕性會加強。

建筑整體的承載狀態(tài)良好，各觀測點的傾斜率均符合規(guī)定標準，在檢測中未發(fā)現(xiàn)主體構筑物和地基中因鋼筋銹蝕引起的順筋裂縫、保護層剝落等異常現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫、其他異常變形和明顯外觀質(zhì)量缺陷等現(xiàn)象。

3 安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓的安全評估

3.1 既有結構安全性驗算、評估與分析

驗算依據(jù)與參數(shù)來源于2010 版的中國建研院研制的PKPM 計算程序，并嚴格按照國家現(xiàn)行規(guī)范及現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)對上部承重結構進行復核[9]。上部承重結構構件承載力驗算根據(jù)現(xiàn)場實測結果，經(jīng)結構復核得出主體結構構件，滿足規(guī)范承載力的要求[10]。

現(xiàn)用三維數(shù)值模擬分析合肥地鐵6號線朱崗站～伊寧路站區(qū)間隧道盾構施工對安徽國際五金機電商貿(mào)城E區(qū)2#樓的影響。本次數(shù)值模擬計算采用PLAXIS 3D 軟件進行計算。模型長寬高為400m×190m×65m，使結構到模型邊緣的距離大于25m，采用15 節(jié)點三角形單元進行劃分。

圖5-圖8 給出了不同工況下土體的沉降云圖。計算表明，盾構產(chǎn)生的地層損失使得隧道底部產(chǎn)生了隆起，隧道頂部產(chǎn)生沉降。在隧道軸線附近的土體豎向沉降較大，遠離軸線位置的土體豎向沉降相對較小。

圖5 左線貫通時土體豎向沉降云圖

圖6 雙線貫通時土體豎向沉降云圖

圖7 雙線貫通時土體橫斷面豎向沉降云圖

圖8 雙線貫通時土體總位移趨勢圖(放大1200倍)

圖9-圖13 給出了不同施工階段既有建筑的豎向沉降與側(cè)向位移分布情況，計算表明，盾構施工使鄰近建筑基礎產(chǎn)生的變形相對較大，而遠離盾構工作面的建筑基礎變形相對較小。

圖9 左線貫通時既有建筑豎向沉降云圖

圖10 雙線貫通時既有建筑豎向沉降云圖

圖11 左線貫通時既有建筑側(cè)向位移云圖

圖12 雙線貫通時既有建筑側(cè)向位移云圖

圖13 雙線貫通時既有建筑總位移趨勢圖(放大1600倍)

圖14 給出了不同施工階段地面橫斷面沉降曲線，可見左線穿越后，左線中心軸正上方地表產(chǎn)生最大豎向沉降-3．69mm；雙線貫通后，在雙線對稱軸正上方地表土體產(chǎn)生最大豎向沉降-7．16mm。

圖14 盾構誘發(fā)地面的沉降曲線

3.2 既有建筑物風險等級劃分及評定

本建筑屬于一般設施，區(qū)間隧道正穿該建筑物，結合建筑物安全現(xiàn)狀、工程地質(zhì)水文地質(zhì)條件、軌道工程施工方法及模擬施工定量分析結果，風險等級評定為Ⅱ級。

4 評判結論及建議

4.1 既有結構安全性評估

被測建筑物外墻頂點側(cè)向位移、基礎最大整體傾斜、相鄰柱基沉降差均未超出同類建筑基礎變形的允許限值，可滿足正常使用條件下安全要求。

4.2 既有建筑物基礎變形能力評價及預測

根據(jù)檢測結果以及數(shù)值模擬計算結果：該既有建筑物最大基礎整體傾斜為0．57‰，模擬施工引起建筑物基礎最大整體傾斜為0．21‰，預測基礎總最大整體傾斜為0．78‰；該建筑物既有最大相鄰柱基沉降差為0．00060L，模擬施工引起最大相鄰柱基沉降差為0．00026L，預測最大相鄰柱基沉降差為0．00086L。兩指標均未超出同類建筑基礎變形的限值(4‰及0．002L)。該建筑物基礎剩余整體傾斜值為3．43‰，剩余相鄰柱基沉降差為0．0014L。

4.3 既有建筑物結構變形的控制指標

綜合上述分析結果及建筑物的現(xiàn)狀情況，區(qū)間隧道盾構施工引起建筑物變形控制指標可按基礎整體傾斜不超過3．43‰、相鄰柱基沉降差不超過0．0014L進行控制。

4.4 既有建筑物使用狀態(tài)綜合評判

綜上所述該工程可滿足正常使用條件下安全要求。隧道盾構施工引起的建筑物基礎預估變形量未超過剩余變形量，風險可控，建筑物無須拆除。該工程風險等級為Ⅱ級，應實施風險防范與監(jiān)測，制定風險處置措施。

4.5 建議

盾構通過前對盾構機進行檢查、維修，施工時需勻速緩慢地不停機推進；

盾構采取“土壓平衡、同步注漿、適當速度勻速通過”的原則制定具體掘進措施和參數(shù)；

在管片上增設注漿孔，根據(jù)地質(zhì)及掘進情況，選擇合適的時機對隧道周邊一定范圍內(nèi)的地層進行注漿；

施工過程中加強動態(tài)監(jiān)測，控制好盾構機姿態(tài)；

合理設置螺旋機轉(zhuǎn)速，維持土倉內(nèi)土壓穩(wěn)定，減少土體應力波動；

施工前應制定詳細施工方案，盾構施工過程中，進行系統(tǒng)、全面地監(jiān)控測量，實行信息化施工；

實施合理有效的減振措施，降低軌道交通投入運營后對周邊房屋產(chǎn)生的噪聲、振動等影響。