中信大廈沉降觀測及基礎(chǔ)監(jiān)測方案

秦繼紅，沈 麒

(中信和業(yè)投資有限公司，北京 100026)

1 工程概況

中信大廈位于北京市商務(wù)中心區(qū)核心區(qū)，東至金和東路，南鄰規(guī)劃中的綠地，西至金和路，北至光華路，大廈規(guī)劃用地面積11 478m2，總建筑面積43.7萬m2，建筑高度528m，地上108層，地下8層，基礎(chǔ)樁深約100m，為北京最高及最深建筑。大廈于2013年7月30日正式開工建設(shè)，2014年4月27日完成結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑，2014年12月10日地下結(jié)構(gòu)封頂，2017年8月18日主體結(jié)構(gòu)封頂，2018年12月20日完工，2019年11月22日大廈全面竣工，是以辦公為主，集會議、觀光及多功能商業(yè)的超高層智能化建筑。

1.1 結(jié)構(gòu)形式

建筑主體結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)筒采用鋼骨勁性混凝土結(jié)構(gòu)(型鋼柱、鋼板剪力墻)，外筒采用由混凝土巨型柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的三維巨型框架結(jié)構(gòu)，為世界上唯一一幢結(jié)構(gòu)高度>500m、抗震設(shè)防烈度為8度的超高層建筑。

1.2 基礎(chǔ)形式

基坑平面尺寸為84.2m×136.1m，最深部位標高為-40.000m，其余部位標高為-38.350m；采用樁筏基礎(chǔ)，共896根鉆孔灌注樁，塔樓下底板厚6.5m，純地下室部分底板厚2.5m，兩部分之間由厚4.5m、寬2.5m底板過渡。

考慮上部結(jié)構(gòu)、筏板基礎(chǔ)和地基(樁與土)共同作用，通過優(yōu)化設(shè)計樁長、樁徑和樁間距，采用長短樁相結(jié)合變剛度調(diào)平理論，塔樓與純地下室之間不設(shè)沉降后澆帶，實現(xiàn)了超高層樁筏基礎(chǔ)設(shè)計的創(chuàng)新。

1.3 周邊概況

大廈四面緊鄰CBD核心區(qū)管廊，北側(cè)管廊緊靠光華路，光華路為朝陽區(qū)級主干道，為公交、重型貨運車輛通行的交通要道，路下密集敷設(shè)多條帶水、帶壓管線，周圍超高層結(jié)構(gòu)多，居民住宅樓密集，環(huán)境復(fù)雜。基坑設(shè)計突破性引入雙層地下連續(xù)墻兼具周圍建筑物基礎(chǔ)樁設(shè)計思路，如圖1所示。東、西、南側(cè)采用雙層地下連續(xù)墻，外側(cè)地下連續(xù)墻作為止水帷幕，內(nèi)側(cè)地下連續(xù)墻作為擋土結(jié)構(gòu)兼具隔斷貯存的承壓水作用，北側(cè)單排地下連續(xù)墻作為擋土和止水雙重功效結(jié)構(gòu)。

圖1 基坑支護設(shè)計

2 監(jiān)測方案

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

監(jiān)測內(nèi)容包括：①沉降監(jiān)測 主體沉降；②周邊管廊結(jié)構(gòu)及圍護結(jié)構(gòu)監(jiān)測 管廊結(jié)構(gòu)沉降、維護結(jié)構(gòu)位移、錨桿軸力、護坡樁鋼筋應(yīng)力；③基礎(chǔ)監(jiān)測 基底孔隙水壓力、基底樁土壓力、結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力。

2.2 監(jiān)測點位

監(jiān)測點位按均勻全涵蓋的基本原則，布置在基礎(chǔ)四角、巨柱角點、核心筒中點、閥板變厚處、塔樓與純地下室交接處等重點觀測受力區(qū)域及荷載差異部位。

監(jiān)測點位數(shù)量為：主體沉降57個，周邊管廊結(jié)構(gòu)沉降42個，圍護結(jié)構(gòu)位移8個，錨桿軸力18個，護坡樁鋼筋應(yīng)力6個，孔隙水壓力7個，樁間土壓力17個，樁頂壓力17個，底板鋼筋應(yīng)力27處。

2.3 監(jiān)測頻率及周期

大廈沉降及基礎(chǔ)監(jiān)測自底板施工完成后開始，關(guān)鍵部位沉降監(jiān)測自基礎(chǔ)墊層開始，開始時間非同步，監(jiān)測終止暫定竣工后5年且各項監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

2.3.1沉降觀測頻率及周期

1)施工階段 主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次，裝修階段2～3月測量1次。

2)使用階段 第1年每2個月測量1次，第2，3年每3個月測量1次，第4年直至穩(wěn)定每6個月測量1次。

2.3.2基礎(chǔ)監(jiān)測頻率及周期

基底孔隙水壓力監(jiān)測頻率為主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次，結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力監(jiān)測頻率為主體結(jié)構(gòu)每加高3層測量1次且竣工后監(jiān)測頻率與沉降監(jiān)測相同，基底樁土壓力監(jiān)測頻率同沉降監(jiān)測。

3 關(guān)鍵技術(shù)

1)大廈底板最厚處達6.5m，基坑最深處標高為-40.000m，平面尺寸為 84.2m×136.1m，屬于超深、超大基坑，為確保底板澆筑前基坑整體穩(wěn)定，避免坑底突涌，在基坑墊層、防水施工完成后立即在中心點、角部支撐及塔式起重機等關(guān)鍵部位布設(shè)11個沉降監(jiān)測點。

2)大廈北側(cè)管廊緊臨市政主要干道，路下密集敷設(shè)多條帶水、帶壓管線，基坑側(cè)壁為由護坡樁及錨桿組成的直立形復(fù)合支護。為防止邊坡坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，需密切監(jiān)測基坑邊坡穩(wěn)定情況，針對邊坡出現(xiàn)的情況采取對應(yīng)有效措施，確保道路安全。因此，在光華路上布設(shè)28個沉降監(jiān)測點，并在北側(cè)基坑側(cè)壁上布置6個位移監(jiān)測點和19個軸力監(jiān)測點。

3)大廈四周為CBD核心區(qū)一體化管廊，與大廈主體結(jié)構(gòu)相互獨立，管廊基坑深27m，大廈基坑最深為40m，為防止坑邊管廊結(jié)構(gòu)傾覆并解決兩者間的變形差異對后續(xù)結(jié)構(gòu)、裝飾、機電管線對接帶來的影響，掌握兩者沉降差異，在四周管廊處布置22個沉降觀測點。

4 突發(fā)情況處理

4.1 異常天氣

2012年7月21日北京特大暴雨后，北側(cè)基坑側(cè)壁出現(xiàn)局部樁間土被掏空、樁后土體滲水的現(xiàn)象，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，基坑施工影響范圍內(nèi)監(jiān)測的大廈變形未受到降雨明顯影響，整體較為平穩(wěn)。出于安全考慮，暴雨后對局部樁間進行注漿及掛網(wǎng)錨噴處理，并增加2個軸力監(jiān)測點。

4.2 地表裂縫

2013年9月17日大廈北側(cè)基坑邊坡路面出現(xiàn)顯著裂縫，地面呈明顯凹陷，立即組織在相應(yīng)路面處增設(shè)8個監(jiān)測點，加強沉降監(jiān)測及安全巡視，并對裂縫明顯部位進行灌漿處理。

4.3 超預(yù)警值

2014年1月大廈北側(cè)基坑邊坡下方埋設(shè)的天然氣管線累計沉降量達11.06mm，超過控制值10mm，出現(xiàn)橙色預(yù)警，存在較大安全隱患。由于前期在管線運行過程中，出現(xiàn)過帶水管線局部損傷造成的管線滲漏并導(dǎo)致路面凹陷的情況，現(xiàn)場決定對天然氣管線進行斷氣處理，并對該部位持續(xù)監(jiān)測直至變形穩(wěn)定。

4.4 地表隆起

2014年3月中信大廈基坑開挖至-38.000m，受土壓力卸除及地下水壓力綜合作用，現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)基坑回彈量發(fā)展較快，局部地表出現(xiàn)隆起。為確保基坑安全，采取以下措施，以避免基坑地下水突涌和基坑坍塌的安全風險。

1)監(jiān)測頻率變更為同點同測、每日加密觀測。

2)在現(xiàn)場增設(shè)2口承壓水觀測井和1口降壓井，配備充足的潛水泵，抽水泄壓。

3)同時加快施工速度，調(diào)整原底板整體澆筑方案，先分區(qū)域分階段進行東、西兩側(cè)2.5m厚底板混凝土澆筑，后整體澆筑主體6.5m厚大底板。

針對各種突發(fā)情況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可能原因，及時制定恰當?shù)目刂拼胧员苊庠斐蔀?zāi)難性后果。實踐證明，嚴謹方案及嚴密監(jiān)測，在大廈建設(shè)過程中發(fā)揮了積極作用。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 結(jié)構(gòu)沉降

2014年4月27日結(jié)構(gòu)底板混凝土澆筑完成后開始布設(shè)沉降監(jiān)測點，2019年12月5日為最近的1次監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果如圖2所示。

圖2 主體結(jié)構(gòu)沉降時程曲線

5.1.1主體結(jié)構(gòu)沉降

經(jīng)設(shè)計院三維數(shù)值計算分析得出大廈最大沉降為93.73mm。截至2019年12月實測，大廈最大沉降量為102.67mm，近1年已趨于穩(wěn)定。由圖2可知，主體結(jié)構(gòu)北側(cè)、東側(cè)沉降量大于南側(cè)和西側(cè)，這是由于東側(cè)相鄰在施建筑物較西側(cè)地塊在施建筑物層數(shù)高，荷載大；南側(cè)中央綠地位置現(xiàn)狀為基坑，受基坑開挖土體卸載影響，南側(cè)沉降量小于北側(cè)。

5.1.2主體結(jié)構(gòu)與周邊管廊差異沉降

大廈四面緊鄰CBD核心區(qū)管廊，結(jié)構(gòu)北側(cè)外墻與管廊結(jié)構(gòu)共用外墻。由于基坑較深，在工程施工過程中需持續(xù)監(jiān)測主體結(jié)構(gòu)與周邊管廊結(jié)構(gòu)的差異沉降，以確保管廊結(jié)構(gòu)安全，為后續(xù)工程實施提供數(shù)據(jù)。

由于中信大廈地塊南移，北管廊開始施工時間較其他3側(cè)晚，監(jiān)測開始時間存在差異，管廊沉降監(jiān)測于2018年3月停止。四周管廊與大廈沉降觀測數(shù)據(jù)進行比對得出差異沉降時程曲線：西側(cè)管廊與大廈差異沉降為5.92mm，如圖3a所示；東側(cè)差異沉降為13.65mm，如圖3b所示；南側(cè)差異沉降為6.89mm，如圖3c所示；北側(cè)差異沉降為9.14mm，如圖3d所示。

圖3 沉降差時程曲線

5.2 基礎(chǔ)應(yīng)力

5.2.1樁間土、樁頂土壓力

根據(jù)樁間土和樁頂土壓力分布，發(fā)現(xiàn)樁間土壓力最大值為89.3kPa，在場地內(nèi)分布較穩(wěn)定，隨部位變化不大。樁頂土壓力最大值為5 194.0kPa，基本為由中心向四周減少分布的特點。

5.2.2結(jié)構(gòu)底板鋼筋應(yīng)力

根據(jù)大廈底板鋼筋應(yīng)力分布監(jiān)測點數(shù)據(jù)可知，核心筒中心區(qū)域板底鋼筋應(yīng)力最大值為186.2kN，隨著大廈結(jié)構(gòu)封頂后，主要荷載趨于穩(wěn)定，底板鋼筋應(yīng)力已逐漸趨于穩(wěn)定。

6 結(jié)語

對于超深、超大基坑及周邊環(huán)境復(fù)雜的超高層大廈，高效及時的沉降及基礎(chǔ)監(jiān)測為控制超高層建筑整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，通過分析數(shù)據(jù)變化趨勢，引導(dǎo)工程施工順利進行，避免因沉降造成建筑物主體結(jié)構(gòu)破壞，保證結(jié)構(gòu)安全和工程質(zhì)量。若出現(xiàn)安全和質(zhì)量問題，將造成災(zāi)難性后果，其數(shù)據(jù)成果將作為地基基礎(chǔ)設(shè)計驗證、施工動態(tài)完善的直接依據(jù)。