鬧市區歷史保護建筑改建工程中的等厚度水泥土地下連續墻全過程施工監控與分析

李 兵 李鑫奎 趙一鳴 施 臻

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工二建集團有限公司 上海 200080；3. 上海建筑工程逆作法工程技術研究中心 上海 200080

隨著我國沿海城市工程建設的快速發展，等厚度水泥土地下連續墻（TRD）工法應用變得越來越廣泛。目前，TRD工法在城市深基坑工程施工中的應用越來越多，TRD在施工過程中會對鄰近土體產生一定程度的擾動影響，即會造成周邊建筑結構的受力重分布現象，因此對周邊建筑的環境監控及微變形控制是非常重要的。王剛[1]、李星等[2]、王衛東等[3]對TRD工法在深基坑圍護施工技術中的應用作出了針對性的介紹、科學研究、工程實踐應用總結，并在TRD施工時對周邊建筑的安全穩定性作出了一定的環境影響分析和變形控制措施。我國現階段，結構監測主要應用于大型的重要保護性建筑工程、橋梁工程、市政工程等。尤其對建筑結構在施工全過程中內力、變形等受力狀態的實時監控是非常重要的，對于較危險工況的施工監測更是很有必要的，它能為建筑改造、施工全過程中的原有結構安全起到保駕護航的作用[4-5]。

本文基于上海南京東路179號街坊項目新康大樓工程，采用無線自動化監測技術和有限元方法對新康大樓TRD施工全過程中外墻保護所用的鋼桁架結構沉降變形、傾斜變形、結構應力等參數進行了施工監測應用，并著重分析了TRD施工對保護外墻的鋼桁架結構安全性、穩定性的影響。此結論將為今后類似保護建筑TRD施工提供一定的應用指導意見。

1 工程概況

上海市南京東路179號街坊項目新康大樓外墻保護工程，位于黃浦區江西中路264號，該建筑于1916～1921年間建造完成，為鋼筋混凝土框架結構，是一座重要的歷史保護建筑，其占地面積約1 154 m2，總建筑面積約10 433.38 m2。現階段，采用鋼桁架結構對該歷史性混凝土結構的外墻進行加固保護，同時對內側建筑結構進行拆除、新建等全施工改造，并開挖5層地下室，后期采用逆作法施工開挖此深基坑，開挖前在原新康大樓結構內側進行內外2道TRD施工，以達到后期施工過程中保證該外墻結構的穩定性、安全性的目的。

2 TRD施工全過程監控分析

根據TRD施工進度計劃，2017年10月—2018年4月期間，新康大樓內側的雙層TRD施工工作已順利完成。在TRD施工全過程中，對新康大樓保護外墻的鋼桁架結構沉降變形、傾斜變形、應力應變進行了自動化監測工作，監測數據采集頻率為5 min采集1次。根據施工現場監測方案布置的情況：共設有11套靜力水準儀（CJ01～CJ11），用于實時自動化監測鋼桁架結構沉降變形；應力計34支（YB01～YB34），用于實時自動化監測鋼桁架結構內力；18套高精度傾角儀（QX01～QX18），用于實時自動化監測鋼桁架的面內與面外傾斜變形；并配合人工定期復核自動化數據，確保自動化監測數據的準確性（圖1）。

圖1 新康大樓鋼桁架結構施工監控測點布置

2.1 仿真模擬及理論分析

在TRD施工前，通過有限元方法對新康大樓鋼桁架結構的變形及內力情況進行了比較分析。考慮分段支座位移影響后結構最大位移為26.9 mm，位移角為1/1 312，發生在西側原結構柱頂位置，較初始狀態略有增大，在TRD施工期間或后期深基坑開挖過程中，應密切注意采取相關措施控制頂部結構位移。鋼結構構件驗算均滿足強度要求，絕大部分構件應力比均在0.6以下。

在考慮施工對結構整體穩定性影響的前提下，采取施工過程監測同時進行的方式，通過實時監測沉降變形、傾斜變形、結構應力等，來確保整個鋼桁架的結構安全與穩定。通過有限元理論計算及設計提供的規范要求，最終確定了沉降變形、傾斜變形、結構應力的預警值和報警值，從而為后期全面施工過程中的安全監測提供了安全警戒數據。

2.2 沉降變形監測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結構的沉降變形時程線數據（圖2）可知，在整個TRD施工期間，鋼桁架整體結構呈現先上浮，后下沉，最終達到穩定狀態的趨勢，尤其在TRD施工至新康大樓內部北側及西側的這段時間，整體鋼桁架結構上浮較為明顯，升幅5～10 mm，即第1道TRD施工、清障對原有結構沉降變形影響較大。而在第1道TRD施工結束，開始進行第2道TRD施工時，鋼桁架整體結構沉降變形較為穩定，即可說明第1道TRD施工后，結構已經有1道安全保障。在TRD工序的每一小段施工時，也是呈現先上浮，停止TRD施工時又出現小幅度下沉的趨勢。沉降差異變形基本在設計控制要求內，個別點差異變形出現預警，但該測點數據已在近3個月內較穩定，變化幅度也較小，從整個沉降變形變化曲線亦可說明目前整個新康大樓鋼桁架結構沉降變形數據基本是穩定的。

圖2 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的沉降變形時程線

2.3 傾斜變形監測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結構的傾斜變形時程線數據（圖3）可知，鋼桁架結構不同傾斜監測點的累計傾角及傾斜率增量變化較為穩定，且均在設計的預警和報警控制要求內。面內、面外的傾角變化均較小；換算成傾斜率數據后經對比可知，面內、面外對應的累計傾斜率數據發展相對也較為穩定，基本保持在設計控制要求的范圍內，其中個別傾斜測點數據有時超過0.2%，傾斜數據單點不作報警處理，僅供趨勢分析用，TRD施工完成后，面外自動化傾斜率最大為0.197%，發生在QX03測點處。

圖3 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的傾斜變形時程線

2.4 結構應力監測分析

由TRD施工期間新康大樓鋼桁架結構的應力時程線數據（圖4）可知，鋼桁架和鋼柱上不同應力監測點的累計應力增量變化較為穩定，且均在設計的預警和報警控制要求內。鋼桁架上應力監測點對應的累計應力增量最值情況：最大壓應力為48.63 MPa，發生在YB16測點處；最大拉應力為14.46 MPa，發生在YB03測點處。鋼柱上應力監測點對應的累計應力增量最值情況：最大壓應力為24.32 MPa，發生在YB34測點處；最大拉應力為15.79 MPa，發生在YB31測點處。

圖4 新康大樓鋼桁架TRD施工期間的結構應力時程線

3 結語

通過無線自動化監測技術、有限元方法的有效結合，對南京東路179號街坊項目新康大樓工程TRD施工全過程中外墻保護所用的鋼桁架結構沉降變形、傾斜變形、結構應力等參數進行了施工監測應用，并著重對鋼桁架結構的安全性、穩定性進行了詳細分析。施工中發現：TRD施工對鋼桁架的結構應力、傾斜變形影響不太明顯，應力及傾斜的變化相對較穩定，但對鋼結構沉降變形影響較為敏感，也表現出一定的時程變化規律。在整個TRD施工期間，鋼桁架結構呈現先整體上浮，后整體下沉，最終達到穩定狀態的趨勢；在TRD工序的每一小段施工時，也是呈現先上浮，停止TRD施工后亦出現小幅度下沉的趨勢。此結論可為今后類似保護建筑TRD施工提供一定的參考。