逆作法基坑围护的变形及邻近建筑沉降实测

1、vol. 24 no. 1 文章编号文章编号 :10012831x(2004) 0120044204 1 工程概况 2 地质状况 3 围护设计 收稿日期收稿日期 袁聚云 (1960修改稿修改稿)江苏无锡人 ,博士 ,教授 ,从事岩土工程教学与科研工作 。 、 ) - - 第 24 卷 第 1 期 2004 年 3 月 地 下 空 间 underground space mar. 2004 逆作法基坑围护的变形及邻近建筑沉降实测分析 袁聚云 , 吴 权 , 艾智勇 (同济大学地下建筑与工程系) 摘摘 要要 :通过对上海兴业大厦深基坑工程在施工过程中引起的围护变形及邻近建筑物沉 降实测分析 ,发现

2、逆作法基坑楼板支撑体系具有很强的抗变形能力 ;而且地下一层楼板形成之 后 ,邻近建筑物沉降已基本稳定 ,故能很好满足软土地区基坑开挖变形要求 。发现邻近建筑物 沉降中有相当部分产生于地下连续墙成槽阶段 ,所以特别强调先于地下连续墙成槽施工树根 桩及深层搅拌桩等隔离措施的必要性 。此外还讨论了邻近建筑物沉降受自身基础类型的影响 以及施工局部超载可能引起围护结构不利变形等问题 。 关键词关键词 : 深基坑 ; 逆作法 ; 隔离措施 ; 沉降控制 ;实测分析 中图分类号中图分类号 : tu473. 2 文献标识码文献标识码 :a 基砖木结构 ,整体刚度较差 。通过对受保护建筑的 结构受力分析 ,认为

3、其允许沉降应控制在 20mm 以 兴业大厦地下三层 地上主楼十九层 ,裙房十 内 ,最大不超过 30mm ,由此可见该基坑施工的变形 层 ,为钢筋混凝土框剪结构 。工程位于上海市四川 控制要求是相当高的 。 中路和汉口路交界处 ,基坑面积 84m 82m ,开挖深 度 12. 414. 4m 。工程紧邻多幢上海市优秀近代 保护建筑 ,如西北侧的华东设计院大楼 ,西南侧的 建筑场地地貌形态单一 ,地形平坦。基坑深度范 交通银行大楼 ,南侧的三井洋行大楼等 ( 见图 1) 。 围内均为饱和粘性土 ,含水量高 ,孔隙比大 ,呈流塑 华东设计院大楼与交通银行大楼均为梁板式片筏 软塑状态 ,承载力低。场

4、地浅部地下水属潜水类型 , 基础上的钢筋混凝土框架结构 ,其中交通银行大楼 受大气降水和地表径流补给 ,地下水位埋深在 0. 35 基础下是 3. 667. 32m 的木桩 ;三井洋行大楼为条 0. 70m 之间 ,各土层主要物理力学指标见表 1 。 各土层主要物理力学指标各土层主要物理力学指标 表表 1 厚度 重度 含水量 孔隙比 粘聚力 内摩擦角 土层 土层名称 (m) ( kn/ m3 ) w ( %) e c ( kpa) ( 粘土 0. 701. 10 18. 5 36. 9 1. 02 16 11. 4 淤泥质粉质粘土 4. 006. 40 18. 1 39. 1 1. 09 8

5、15. 3 夹砂质粉土 淤泥质粘土 7. 4010. 60 17. 1 50. 3 1. 41 10 9. 0 1 - 1 粉质粘土夹粘土 3. 007. 20 18. 2 37. 7 1. 07 9 13. 7 1 - 2 粉质粘土夹粘质粉土21. 829. 00 18. 4 33. 5 0. 98 9 18. 3 基坑围护选用变形较小的地下连续墙结构 (两墙合 一) ,并且结合逆作法工艺 ,以地下室楼板作开挖支 由于该基坑施工的变形控制要求相当高 ,所以 撑 ,充分发挥楼板刚度无限大的特点 ,最大程度地 1995-2004 tsinghua tongfang optical disc co

6、., ltd. all rights reserved. 45 、 、 、 p p p 、 512 、 2004 年第 1 期 袁聚云等 :逆作法基坑围护的变形及邻近建筑沉降实测分析 减少围护结构的变形 ,从而降低开挖时对邻近建筑 物的沉降影响 。具体设计为 : 西侧 ( 华东院和交行 1000mm ,深 30m ;东 北侧墙厚 800mm ,深 26m ( 见图 1) 。另外还作了如下的加固措施 : 侧) 墙厚 1000mm ,深 32m ; 南侧 ( 三井洋行侧) 墙厚 图 1 兴业大厦基坑与相邻建筑物平面位置图 (1) 西侧和南侧坑外 ,紧邻地下连续墙墙背作 两排700 的深层搅拌桩 (

7、长 18m ,水泥掺量 12 %) , 并在此深搅桩外作一排拱形布置的树根桩 ( 桩径 300 ,桩长 18m) 。 (2) 北侧和东侧坑外 ,紧邻地下连续墙墙背作 一排700 的深层搅拌桩 (长 18m ,水泥掺量 12 %) 。 (3) 绕坑内四周 ,为增加土体被动抗力 ,同样采 用深层搅拌桩进行土体加固 。加固宽度 6. 2m ; 加 固深度内的水泥掺量 , 坑底至坑底下 5m 为 12 % , 坑底以上至地下连续墙顶为 7 % 。 4 施工要求 不同的基坑施工方法 ,对基坑围扩结构变形及 邻近建筑物沉降会产生不同的影响 ,有时甚至是决 定性的 ,所以合理安排施工方法非常重要 ,施工要

8、求主要强调以下几点 : (1) 围护结构的施筑 ,在西侧和南侧邻近保护 建筑物处应严格先进行树根桩及深层搅拌桩等隔 离屏障的施工 ,完成隔离屏障后再进行地下连续墙 施工 ,之后才是钻孔灌注桩工程桩施工 。随后的实 测发现 ,地下连续墙成槽施工对邻近建筑的沉降影 响较大 ,所以隔离屏障措施是完全必要的 。 (3) 基坑开挖应分层分条块间隔进行 ,避免先 开挖西 南两侧 。 5 围护结构变形与相邻建筑物沉降 本次研究以基坑开挖至设计坑底标高部位最 不利工况时的监测数据为依据 ,从以下几个方面进 行分析探讨 : 5. 1 不同围护设计强度的变形比较不同围护设计强度的变形比较 该基坑西 南侧邻近重点保

9、护建筑 ,变形控制 要求 高 , 故 在 设 计 时 墙 厚 比 另 外 两 侧 墙 厚 要 大 200mm ,再加上前期施工形成的两排深层搅拌桩和 一排拱形布置的树根桩 ,因此总体上其围护强度要 比其它两侧高 。图 2 是四侧墙体 p9 、7 、1 、4 测点 的挠度比较 (测点位置见图 1) ,可以看出 ,西 南两 侧尽管承受较大建筑物附加荷载 ,其墙体挠度变形 还是要小于另外两侧 ;特别是西侧 p9 点 ,最大位移 (14. 4mm) 还不到东侧 p4 点最大位移 ( 29. 5mm) 的 一半 ;除去施工中的一些不确定因素 ,可以认为提 高设计强度对减小围护变形是非常有效的 。另外 还

10、可以发现墙体最大变形深度均集中于开挖面附 近 ,符合一般的基坑特征 。 (2) 地下连续墙具体施工时 ,西 南侧应适当缩 东侧围护墙体变形特征分析东侧围护墙体变形特征分析 小槽段划分宽度 ,加快施工速度 ,并提高泥浆比重 , 该基坑东侧围护墙体的变形特征 , 如图 3 所 尽可能减少槽壁扰动 。 示 。由图可见 ,三个测点的实际墙体变形并非想象 1995-2004 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 46 2 1 p3 、 地 下 空 间 第 24 卷 图 3 基坑东侧围护段墙体变形 图 2 基坑四侧围护墙

11、体水平位移 中的中间凸出 ,两端收进的拱线形 ,而是由南向北 逐渐增大 ,北端 p3 点最大挠度为 33. 5mm ,超出中 间 p4 点最大挠度值 29 , 5mm ( 设计计算值为 29. 7mm) ,同样也超出了最大变形规定值 ( 30mm) 。该 基坑属于支撑良好的逆作法基坑 ,理应不该有此异 常情况 ,这可能与施工动荷载有关 ,由于 p3 点正好 处于车辆频繁进出路段 ,土方开挖与楼板混凝土浇 捣时均有重型车辆停靠碾压 ;同时逆作法工艺使得 出土和楼板成形历时较长 ;长时间相对集中的超 载 ,形成了对 p3 点的附加变形 。故基坑的设计与 施工安排应对诸多不利因素予以充分考虑 ,并对

12、受 施工荷载较强和较集中的部位进行额外加固 。 (墙体挠度由南向北依次增大) 5. 3 基坑土体流变性状分析基坑土体流变性状分析 软土地区基坑工程一个很大的特点是具有流 变效应 ,在某一工况下 ,随暴露时间延长 ,围护变形 也会增大 。该基坑处于本次分析工况时 ,因故停 顿二十多天 ,后经各方协调努力迅速复工 ,为此也 就有了分析土体流变的很好机会 。对该阶段 p9 、 p6 、 测点的连续监测结果显示 ( 见图 4) , 各测点 在这一阶段内并未出现明显的增加变形 ,挠度曲线 前后基本一致 ,这说明在该阶段内土体流变对围护 墙体变形影响不大 ,由此可见多层地下室楼板参与 支撑体系后 ,形成了

13、强大的整体刚度 ,有效地抵制 了土体的流变作用 ,为逆作法施工的顺利进行创造 了必要的时间条件 。 图 4 停工阶段围护墙体变形发展 5. 4 邻近建筑物沉降分析邻近建筑物沉降分析 邻近建筑物沉降值及位置分布见图 1 ,可以看 出 ,建筑物沉降趋势基本倾向基坑 ,最大沉降集中 在基坑西南角 基坑南侧中部和三井洋行邻近基坑 部位 。西南角处 , 华东设计院最大沉降为 - 15. 4mm ,位于建筑角点 ; 交通银行最大沉降为 - 19. 0 mm ,同样位于其建筑角点 。三井洋行最大沉降为 - 23. 7mm 。华东设计院和三井洋行最大沉降点沉 1995-2004 tsinghua tongfa

14、ng optical disc co., ltd. all rights reserved. 47 3 表表 2 形。 、 1 2 3 徐至均 1 地下连续墙的设计施工与应用 m中国建筑工业出版社 ,19971 ,20011 2004 年第 1 期 袁聚云等 :逆作法基坑围护的变形及邻近建筑沉降实测分析 降发展过程见表 2 , 从表中可以发现 , 沉降发展过 程与施工阶段密切相关 ,绝大部分沉降量在地下一 层施工结束前已发生 , 累计沉降百分比分别占到 90 %和 86 % , 说明逆作法工艺在完成一定的楼板 支撑后对控制后续施工带来的邻近建筑物沉降是 非常有效的 。从表中还可看出 ,基坑开挖

15、前大部分 沉降已发生 ,各占比例 69 %和 62 % ,这说明逆作法 基坑开挖工艺对沉降的影响是有限的 ,相反 ,在基 坑围护体施工和基坑开挖准备阶段就已产生了较 大的沉降 。华东设计院最大沉降点仅在地下连续 墙施 工 阶 段 就 已 发 生 将 近 一 半 的 沉 降 , 达 到 了 44 % ,三井洋行也有将近三分之一的沉降 。从一般 的地下连续墙成槽工艺来看 ,平衡挖空土体的膨润 土人工泥浆液压 ,特别是掺入重晶石后 ,要远大于 主动土压力 ,加之采用适当长宽比的槽孔具有的拱 效应 ,侧土变形沉降则很小 。究其原因 , 一是该 差 ;二是邻近建筑物所形成的巨大附加荷载 ,促使 变形增大

16、 ,所以在地下连续墙施工前先施筑树根桩 和深搅桩进行隔离是完全必要的 ,即便如此 ,沉降 量还是很大 。再看基坑开挖期引起主要沉降的地 下一层施工阶 段 , 华 东 设 计 院 沉 降 增 加 值 为 3. 2mm ;而三井洋行的沉降增加值为 5. 8mm , 较前者 大 ,而且在后续施工阶段也产生了大于华东设计院 的沉降 ;从建筑自重引起的附加荷载看 ,三井洋行 要小于华东设计院 ,却反而有大的沉降变形 ,主要 原因还在于二者基础类型抗变形能力的差异 ,三井 洋行仅为浅埋条基 ,对地层变形反应敏感 ,而华东 设计院为梁板式片筏基础 ,整体抗变形能力强 ,所 以基础类型的差异可能造成沉降上的迥

17、异 ,因此对 变形抵抗较弱的基础应采取预先加固措施 ,事实上 三井洋行的最大沉降 ( - 23. 7mm) 已超出允许沉降 ( - 20mm) 。 地区土质软弱 ,多呈流塑软塑状态 ,变形抵抗力 临近建筑物最大沉降点临近建筑物最大沉降点沉降发展过程沉降发展过程 建筑物 华东设计院 三井洋行 地下连续 墙完成 - 6. 8mm - 5. 6mm 累计沉降 百分比 44 % 24 % 工程桩 完成 - 9. 0mm - 9. 5mm 基坑开 挖前 - 10. 7mm - 14. 6mm 累计沉降 百分比 69 % 62 % 地下一层 施工结束 - 13. 9mm - 20. 4mm 累计沉降 百分

18、比 90 % 86 % 目前工况 - 15. 4mm - 23. 7mm 6 结论 (1) 对于有邻近建筑物的基坑部位应适当提高 围护设计强度 ,并采取一定的隔离屏障措施 ,如树 根桩 深层搅拌桩等 ,从而能有效减少围护结构变 (2) 施工动载因素对墙体变形影响较大 ,在设 计施工时应予重视 。 (3) 逆作法基坑在形成地下室楼板支撑后具有 很强的抗土体流变能力 ,在以变形为主要控制条件 的基坑工程中是一种理想的设计选择 。 (4) 逆作法基坑的临近建筑物沉降主要发生在 地下一层楼板形成之前 ; 在软土地区 ,有很大部分 沉降是在地下连续墙成槽时产生的 ,所以在地下连 续墙施工之前 ,对土体预

19、先加固隔离是必要的 。 (5) 邻近建筑物沉降大小与建筑物本身基础类 型密切相关 ,对于浅埋及整体性较差的基础 ,应充 分考虑其不利状况 ,必要时采取基础加固措施 。 致谢 :本文援引了上海岩土工程勘察设计研究 院、上海市建筑科学研究院房屋质量检测站提供的 部分监测资料 ,并得到了业主方的大力支持 ,特此 感谢 。 参考文献参考文献 : 1995-2004 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 139 tan xiao2long et al sis for position control during sh

20、ield tunneling. keywords shield tunneling ; position control ; hysteresis effect ; mechanical model of motion keywords underground engineering ; anti2floating measure ; design 2 analysis on deformation of foundation pit enclosure and settlement of neighboring building in case of top uan j u2yuan et

21、al down technology y abstract based on analysis of deformation of enclosure and settlement of neighboring building during construction of abstractmeasures accordingundergroundcharacteristicsmeasurement meaningfulanti2 top2down technology has the ability against deformation. after formation of floor

22、in underground first story , the settle2 during excavation in soft soil region. it is found that a great part of settlement of neighboring building was formed dur2 s measured data project evaluation and construction technology for viaduct under existed r w abstract the mentioned viaduct is situated

23、at k18 + 326. 7 of zegan railway , where the bearing capacity of the undergroundquitecontinuousdeep foundationconstruction2down technologykeepisolationinfluenceoverloadingneighboring constructionanalysisdis2 chongqing wu xiang2chao et al tion analysis , the result can serve as guidance for design an

24、d construction of the project . 1995-2004 tsinghua tongfang optical disc co., ltd. all rights reserved. 2004. no. 1 contents and abstracts jection of ground geology , investigation with instrument in tunnel and prediction with record of working faces. some satisfactory results were gained which play

25、 active role in ensuring the safety and working schedule of the work. keywords tunnel ; fault ; geological disaster ; forecast a study on hysteresis effect of shield control in construction of shield tunnel abstract it is an important task to control the position of shield mechanism during tunneling

26、. based on analysis of loading state of shield machine during shield tunneling , with introducing the mechanical model of movement of the deep foundation pit of xinye building , shanghai , it is found that the supporting system of floor of foundation pit with ment of the neighboring building tends to be stable , which can meet the requirement on deformation of foundation pit ing trench cutting for the underground continuous wall , so it is necessary to have isolation measure before trenching of placement of both side