地鐵車站基坑施工對鄰近建筑物的影響及對策

陳用偉

(廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010)

隨著我國各大、中城市地鐵建設(shè)的迅速發(fā)展，在地鐵施工中經(jīng)常遇到地鐵車站距離既有的建筑物非常近的情況，這些地面交通更為擁擠的已建成區(qū)，建筑物老舊且密集，因此，在地鐵車站深基坑施工中保證周邊近距離建構(gòu)筑安全和有效控制建筑物基礎(chǔ)沉降、變形十分重要。筆者結(jié)合深圳地鐵2號線燕南站地質(zhì)情況、周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)方案、施工過程控制及周邊沉降監(jiān)測結(jié)果等方面進(jìn)行綜合分析，提出應(yīng)對措施，為類似工程項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)、施工參考。

1 工程概況

深圳地鐵2號線燕南站設(shè)于振華路與燕南路交叉路口的西側(cè)，車站呈東西走向，于2008年初土建開工建設(shè)，2011年6月份開通運(yùn)營，建設(shè)過程基本順利，運(yùn)營情況良好。本站為地下2層8 m無柱島式車站，共設(shè)置了的3個(gè)出入口，2組風(fēng)亭。主體結(jié)構(gòu)基坑深約18.5 m，其中東端頭2號風(fēng)亭組由負(fù)2層接出，深約18 m。基坑兩側(cè)建筑物均建于上世紀(jì)80年代，基礎(chǔ)資料、平面位置詳見圖1，剖面關(guān)系詳見圖2。

圖1 建筑物基礎(chǔ)形式及平面位置

圖2 橫剖面關(guān)系圖

2 地質(zhì)水文情況

本站主要地質(zhì)情況從上到下依次為素填土、粉質(zhì)黏土、中砂、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖，基底主要位于全、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。各土層富水性及透水性詳見表1。

表1 各巖土層富水性、透水性及滲透系數(shù)

3 設(shè)計(jì)方案及施工過程

根據(jù)深圳地區(qū)及類似工程經(jīng)驗(yàn)，周邊建筑物環(huán)境復(fù)雜，圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用剛度及止水措施均較好的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，墻底主要落于強(qiáng)風(fēng)化帶，嵌固深度取5.5～6.0 m;支撐體系豎向采用4道支撐，除第1道采用砼支撐外，其余均采用鋼支撐。通過計(jì)算，結(jié)果均能滿足規(guī)范要求，計(jì)算過程此處不再贅述。

承包商在施工過程中，共設(shè)置12個(gè)降水井(間距20 m)，因基坑由中間向兩端采用臺階式開挖，為便于大型挖掘機(jī)作業(yè)，鋼支撐架設(shè)一般滯后3～4 d。設(shè)計(jì)要求地下水位應(yīng)降至基坑底以下0.5 m，因此現(xiàn)場采取自動抽水裝置，即降水井內(nèi)上升至指定高度便自動抽水，因此未對日抽水量及總排水量作完整記錄。從開挖情況看，地下連續(xù)墻自身及接頭防水效果較好。

當(dāng)基坑開挖至－11 m標(biāo)高時(shí)，周邊建筑物產(chǎn)生了較大的不均勻沉降，部分框架填充墻及臺階開裂，坑外地下水位急劇下降，由－3.2 m(常水位)降至－6.5 m。2009年10月15日，承包商組織專家評審，評審結(jié)論指出:根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場查看情況，主體結(jié)構(gòu)不存在即時(shí)風(fēng)險(xiǎn)，基坑是安全的，但需加強(qiáng)監(jiān)測建筑物水平位移、地下水位情況及結(jié)構(gòu)裂縫情況，應(yīng)盡快封閉底板。

2009年12月1日，隨著基坑的開挖，中聯(lián)電子大廈與家樂大廈的不均勻沉降值已經(jīng)超出了預(yù)警值，墻體裂縫加大，詳見圖3，個(gè)別房間墻柱脫離，詳見圖4。

圖3 墻體裂縫

圖4 墻柱脫離

承包商再一次組織專家咨詢，專家組認(rèn)為該樓暫未達(dá)到危樓標(biāo)準(zhǔn)，可觀察使用;同時(shí)，建議承包商采取加固措施或其他安全補(bǔ)救措施。承包商于是立即組織對沉降較為嚴(yán)重的中聯(lián)電子大廈基礎(chǔ)進(jìn)行袖閥管注漿措施，改善地基土層參數(shù)，同時(shí)在坑外采取回灌措施。

2010年2月2日，基坑開挖至基底，開始施作土建接地、底板墊層及防水等工作，因持續(xù)時(shí)間過長，降水井也在持續(xù)工作。在坑外采取了主動回灌措施，地下水位基本趨于穩(wěn)定，但建筑物變形已經(jīng)嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)安全，尤其是中聯(lián)電子大廈不均勻沉降、開裂已接近危房標(biāo)準(zhǔn)，專家建議加大對基坑變形、地下水位情況及建筑物傾斜的監(jiān)測頻率，架設(shè)鋼支撐時(shí)嚴(yán)禁超挖，加快基坑封底進(jìn)度，準(zhǔn)備好應(yīng)急疏散方案。此時(shí)中聯(lián)電子大廈最大沉降點(diǎn)已達(dá)到156 mm，不均勻沉降達(dá)0.008 L，大于規(guī)范要求的0.002 L;家樂大廈最終累計(jì)沉降達(dá)68 mm，不均勻沉降達(dá)0.004 L，大于規(guī)范要求的0.002 L。

中聯(lián)電子大廈與家樂大廈的建筑層數(shù)、樁基形式及離車站基坑的距離基本相近，但沉降相差較大，承包商通過大量走訪，提供一條重要信息，即中聯(lián)電子大廈未建成之前，原地貌為一河塘，在上世紀(jì)80年代進(jìn)行回填并在上方新建大樓。因此，各方推測該建筑物樁側(cè)可能存在軟弱土層，因周邊地層失水、樁周土重新固結(jié)，從而導(dǎo)致沉降較為嚴(yán)重。因未收集到確鑿資料，僅為設(shè)計(jì)、施工在沉降判斷方面提供了一定的參考。

因中聯(lián)電子大廈已被列入華強(qiáng)北片區(qū)舊城改造范圍，樓內(nèi)約60%到期租戶已陸續(xù)搬離，承包商準(zhǔn)備了應(yīng)急預(yù)案，與剩余租戶做好了充分的思想溝通，并隨時(shí)公布沉降情況，確保住戶享有高度知情權(quán)，以穩(wěn)定人心，一旦出現(xiàn)異常沉降速率，立即組織人員疏散。

最終，承包商通過加大人力、物力投入，夜以繼日地趕工，及時(shí)對底板進(jìn)行封閉，基坑兩側(cè)建筑物基本趨于穩(wěn)定，最終各測點(diǎn)沉降量詳見表2～表3。

表2 中聯(lián)電子大廈2010年3月28日沉降觀測記錄

表3 家樂大廈2010年3月28日沉降觀測記錄

由圖5可知，建筑物沉降與坑外地下水位下降有著一定的關(guān)系，雖然2009年12月開始采用了地下水主動回灌措施，但效果不太理想，直至2010年2月中旬封閉底板后，建筑物沉降才趨于穩(wěn)定。

圖5 地下水位下降與建筑沉降相對關(guān)系

隨著主體結(jié)構(gòu)的順利封頂，本站最大的施工難點(diǎn)將集中在2號線風(fēng)亭組的基坑開挖，主體結(jié)構(gòu)施工導(dǎo)致中聯(lián)電子大廈的沉降嚴(yán)重，一個(gè)18 m深的基坑又將緊貼著中聯(lián)電子大廈另一側(cè)開挖。此問題已引起了建設(shè)單位的高度重視，通過地鐵公司最高技術(shù)決策層專題討論，同意對2號線風(fēng)亭組基坑支護(hù)方案進(jìn)行變更設(shè)計(jì)。項(xiàng)目組經(jīng)過多輪討論并對所有監(jiān)測成果進(jìn)行分析、研究，對之前的現(xiàn)場施工情況進(jìn)行回顧，推斷建筑物沉降的主要原因有兩個(gè):一是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻底土層屬中等透水性(詳勘報(bào)告結(jié)論)，坑內(nèi)持續(xù)降水對周邊地下水位影響較大;二是由于在鋼支撐架設(shè)過程中，為方便大型挖掘機(jī)施作，土方超挖較嚴(yán)重，鋼支撐的架設(shè)滯后。

鑒于以上分析原因，設(shè)計(jì)人員結(jié)合2號線風(fēng)亭組的地層情況，采取了如下應(yīng)對措施:一是在原先的鉆孔樁+旋噴樁止水帷幕方案的基礎(chǔ)上，在基坑外圍再增加一道密排的旋噴樁止水帷幕，達(dá)到止水效果;二是把豎向的三道鋼支撐全部改為砼支撐，杜絕超挖情況發(fā)生;三是在中聯(lián)電子大廈樁側(cè)提前預(yù)埋袖閥管，結(jié)合后期的施工情況及建筑物變形情況再考慮注漿方案。變更后的方案詳見圖6。

圖6 中聯(lián)電子大廈基礎(chǔ)加固方案

最終在業(yè)主單位的高度重視及承包商的精心組織下，2號風(fēng)亭組基坑工程得以順利完成，且基坑邊上的中聯(lián)電子大廈沉降處于可控范圍，同時(shí)也驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的合理性。

4 結(jié)論及建議

通過對本工程的設(shè)計(jì)、全程施工配合及監(jiān)測成果分析，主要得出以下結(jié)論及建議:

1)不管圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌固層位于多好的地層，都應(yīng)查明該土層的透水性及地下水情況，位于中等透水性地層應(yīng)適當(dāng)加長止水帷幕深度。

2)對于地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)，應(yīng)對墻底沉渣提出明確要求。如墻底地層存在較為破碎的巖屑或礫石，在清孔時(shí)難以處理的情況下，建議在地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)埋注漿管，通過后期二次注漿對墻底沉渣進(jìn)行填充固結(jié)，以達(dá)到止水目的，降低坑外的地下水繞流影響。

3)基坑進(jìn)行坑內(nèi)降水的時(shí)候，應(yīng)時(shí)刻關(guān)注坑外的地下水位情況，應(yīng)作好坑內(nèi)日抽水量統(tǒng)計(jì)，分析坑內(nèi)、外的地下水聯(lián)系情況及地下水位下降與建筑物沉降關(guān)系，便于采用有效措施。

4)通過對大量現(xiàn)場的實(shí)際施工情況摸查，發(fā)現(xiàn)大部分采用鋼支撐支護(hù)的基坑工程為便于大型機(jī)具操作，均存在一定的超挖現(xiàn)象。假如基坑周邊有非常重要的建(構(gòu))筑物或?qū)Τ两捣浅Ｃ舾械闹卮蠊芫€，建議支撐體系采用砼支撐，避免超挖，以降低工程風(fēng)險(xiǎn)。

5)及時(shí)封閉底板對控制周邊建筑物沉降效果顯著。因此，建議在類似工程情況下合理組織工序，投入足夠的設(shè)備、機(jī)具，爭取早日封閉底板。

［1］施仲衡.地下鐵道設(shè)計(jì)與施工［M］.西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社，1997.

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［3］龔曉南.地基處理手冊［M］.2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

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［6］JGJ 123—2000既有建筑地基基礎(chǔ)加固技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［7］中鐵二院工程集團(tuán)有限公司.深圳地鐵2號線燕南站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工圖［G］.深圳，2008.