天津高層建筑建設對周邊土層影響監測工程實例

羅立紅，萬廣欣，牛 毅，邵 興

（1.天津市地質環境監測總站,天津 300191;2.天津市地質調查研究院，天津 300191）

0 引言

近年來天津新建高層建筑深基坑開挖、地鐵車站和區間段盾構隧道施工、南水北調引水隧道工程和合流污水管道的施工等，這些地下工程的施工常會引發地面沉降，給社會發展、城市建設、環境保護和人民生活帶來危害。

高層建筑建設引發的地面沉降研究較多，國內外的學者研究集中在高層建筑施工期間的基坑降水階段及模型研究[1～3]，對高層建筑主體建設及建成后臨近土層的壓縮變形量及對周邊土層影響實測成果尚不多見。本文通過對高層建筑密集區布設監測點，監測建設中期及后期，在建建筑體對周邊土層影響。

1 監測區選取及監測點布設

1.1 監測區選址

為監測高層建筑荷載對地面沉降的影響，在選擇監測區時主要考慮以下幾方面：

（1）監測區盡量遠離地下水開采漏斗區，最好為城市供水管網供水區。

（2）監測區內高層比較密集，且能代表新型商業區的基本特征。

（3）建筑場地類型多樣、建設時間差較大、存在空曠的未開發場地，這些條件主要為對比分析相似地質條件的地質體上不同荷載下土層固結變形特點。

（4）監測標志點埋設后不易被破壞，保證監測點數據的連續性。

本次主要選取天津濱海新區某開發區進行監測研究，該開發區為現代產業服務區，包含20余棟國際甲級商務樓宇，該監測區目前處于建設中期，核心區已竣工塔樓10余棟，正在施工項目有6處，包括高層建筑、廣場、地下交通，其中高層建筑均為20～30層左右，地下室1～2層。因此，該建設區域具備現代都市高層建筑群的建設特點，可以作為典型商務建設區進行監測。

1.2 監測點布設

圖1 監測點布置圖

監測區面積2km2，包括在建工程1區和2區，重點監測在建工程2區（圖1）。在建工程2區主要由4座20層左右塔樓、一座3層裙房、一座2層裙房組成，建筑基礎為整體澆注；在建工程1區建設規模為2區的一半。本次主要監測地下室及主體塔樓施工過程對周邊土層影響。本次監測網布設既包含平面水準點監測，又包含垂向分層標監測，監測成果全面立體。水準點布設、分層標埋設特點，詳述如下：

（1）水準點布設特點

1）監測點主要為設在路肩的道路水準點，部分為埋石點及墻體點。選埋點在里程碑或道路上的固定方位物附近；

2）垂直于工程建設區方向和平行工程建設區方向均布設監測點。垂直于工程建設區方向布設密集度大且不均勻，在臨近工程區監測點布置密些，遠離工程區布置監測點稀疏些，基本能控制在建建筑影響程度由近及遠逐漸減弱的變化趨勢；平行于工程區方向，主要集中在兩個工程區之間布設；

3）監測點的密度足夠。本次布設水準點間距最小為53m，最大間距446m（14號點與19號點之間因修路及熱水管道施工等原因導致部分路段封閉），平均間距200m左右。基本能全面控制監測區內部小范圍地表形變量。

（2）分層標孔埋設特點

1）分層標孔均埋設于施工場地圍擋內，其中一組埋設于工程降水帷幕旁，另有一組距帷幕垂直距離20m左右；基本能說明距建筑體不同距離分層沉降量差異性。

2）主要監測深度分別為71m、39m、27.5m、16m；16～27.5m之間為淤泥質軟土段，27.5～39m主要樁基持力層段，39～71m主要樁基影響帶，基本能反映建筑物建設對不同深度土層的影響，埋設深度比較合理。

2 監測點成果分析

1.1 監測點整體成果

（1）監測點平面成果分析

監測點監測周期為1月/次，以11月份監測成果為例（圖2），圖中顯示沉降最大的區域主要分布于在建工程區周圍，且距在建工程越遠其沉降越小；監測點基本覆蓋了整個監測區，能反映監測區內不同區域變化情況。

其中23監測點位于在建工程2區300m左右，該點11月份月沉降速率變形量為所有監測點最大；單點沉降變化趨勢來看，23號監測點11月份較其它月份沉降明顯增大。經調查得知距此點20m左右正在開挖基坑，開工時間為2011年10月。在已建成的監測網中，能夠體現突發建設對周圍監測點影響，由此，可以看出本次監測網布設是成功的。

圖2 監測區平面及立體圖

（2）監測點立體成果分析

水準點主要反映建筑荷載建設過程對周邊土層影響深度內變形量總和，如果想了解不同深度土層壓縮量，還需要分層標監測數據分析。本次分層標監測數據顯示（表1），1.2～16m，16～39m內壓縮變形量占總變形量90%以上。

1.2 單點成果分析

（1）水準點成果分析

具體到各監測點的沉降變化各具特色，主要選取06、37、33、12、23五個監測點分別說明其監測成果及可能影響因素。

表1 F2分層標組沉降監測成果

1）監測點06、37位于在建工程1、2區項目附近，監測時間為自地下室澆注施工至塔樓主體施工完成。由圖3可知兩監測點均在7、8月份沉降量出現正值，9～11月份為沉降，1～2月出現反彈。兩個監測點距在建工程均在4m左右，6～11月份累計沉降量差1mm，2012年1～2月份兩監測點沉降反彈差較大。對于累計沉降量來說，6～11月份在建工程累計沉降最大影響量在15mm左右。

2）監測點33位于2011年12月竣工的項目附近，該項目于2011年5月已基本完成塔樓施工工序，監測期間主要進入工程后期外延裝飾階段。2012年1月，該點被破壞。

圖4顯示的33號監測點沉降變化規律與06號監測點有相似之處，最大的差異點在2011年11月沉降為正值，分析原因與施工后期沉降反彈有一定關系。

12號監測點周圍建筑物均為2010年以前建設。圖4顯示的12號監測點沉降變化規律與33號監測點有相似之處，各月沉降量略有差別。這兩個監測點成果在一定程度上反映出建筑物建設后期與建設后3～5年對周圍環境影響相似。

圖3 06、37號監測點沉降變化直方圖

圖4 33、12號監測點沉降變化曲線

3）2011年6至9月23號監測點沉降量與37號監測點有相似之處，然而，自2011年10月以后該點變形量均為負值且每月變形量相近，主要受周邊基坑開挖影響（圖5）。

圖5 23號監測點沉降變化直方圖

圖6 F2分層標組各監測層沉降變化曲線

（2）分層標成果

以F2分層標監測成果為例（表1），本次主要分析分層標建成后的初步成果，由圖6顯示F2C3層為變化最穩定，F2C1，F2C3數據在某些時間段變化規律相似，但在11月與次年2月份F2C1，F2C3監測數據差異較大。據9個月的監測數據顯示，0～71m范圍內沉降變形最大的層位為1.2～16m，次之為16～39m。結合地層條件及建筑場地情況分析，0～16m沉降主要原因為場地內工程材料堆積，16～39m沉降主要原因為欠固結軟土在附加荷載（上部堆積物及高層建筑荷載）作用下壓密沉降。F2標組沉降量較塘沽開發區一大街分層標監測數據大，這也體顯了高層建筑建設具有加劇周圍土體固結的作用。

3 監測工程創新點

天津在地面沉降監測及研究方面有著悠久的歷史和豐富的經驗，近年來隨著國家對地面沉降工作的重視，先后新建臨港工業區分層標組、漢沽分層標組，分層標施工技術也在逐步提高，本次分層標施工在前人經驗基礎上又有所改進與創新。本次監測工程主要創新點體現在以下兩個方面：

（1）首次對高層建筑群建設引起沉降進行平面及垂向監測

本次監測區內選埋變形觀測點對平面沉降進行監測，同時通過建立分層標組對垂向變形進行監測，對建筑物建設期間引起的沉降變形更直觀立體化。這種在在高層建筑群密集區埋設分層標組及監測點，監測高層建筑對地面沉降的影響，在天津地區首次應用。為查明高層建筑對地面沉降的影響，提供監測數據，也為其它高層建筑群建設控制地面沉降工作提供借鑒依據。

（2）分層標監測技術創新

首先，目前監測采用一孔單標沉降儀占用場地較大，而磁環感應式分層沉降儀監測數據精度較低。本次施工橫向油壓分層標組監測精度達0.01mm，分層標標底結構由縱向轉為橫向，從而實現了一個標孔內放4個不同層位標組，即節約占地又能達到高精度分層監測變形量的目的。

其次，施工過程采用油壓打開標底橫向伸縮裝置，標桿作為油壓管路；標桿與標桿、保護管與保護管之間用絲扣連接，為保證管的密封性，連接時涂抹防滲膠或密封蠟。打壓前灌入液壓油，為防止產生氣堵，工程施工過程中還采取了一些防范措施，為本次施工順利完成打下良好基礎。

4 結論

（1）水分層標組的聯合監測方式，更能全面反映高層建筑影響程度及主要影響深度，本次監測時間較短，長期監測其規律性變化會更顯著些。

（2）高層建筑一般坐落于經濟高度發展地段，土地利用率高，一旦地面沉降發生其經濟損失較大，需要建立一些長期監測設施。目前在同樣的監測精度條件下，一孔一標占地面積大，一孔多標分層標組有更廣泛的應用前景。

（3）本次建立的高層密集建筑監測系統布設方法對城市建設預防沉降災害起到積極的作用，可以在其它工程建設區推廣應用。

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