地鐵基坑施工對近接老舊房屋影響研究及保護措施探討

顧浩磊 鄧向振

1.南京地鐵建設有限責任公司 江蘇 南京 210000

2.中國建筑第八工程局有限公司 江蘇 南京 210000

1 引言

隨著城市化進程的加快，城市人口越來越多，交通擁堵日益嚴重，因此，開發利用城市地下空間成為解決城市發展與用地緊缺之間矛盾的主要手段。

我國是世界第一人口大國，全國各地尚存的老舊房屋眾多。隨著城市建設規模的增大，一些地鐵施工難免要經過這些結構穩定性欠佳的老舊房屋，施工建設過程中不僅容易引發各類地質環境問題，還將直接對鄰近房屋的結構安全帶來危害。雖然地鐵施工過程中會采用一些加固措施對近接老舊房屋的結構進行保護，但是由于老舊房屋建造年代久遠，基礎型式較為簡單，且缺乏適當的維護，造成此類房屋抵抗外部荷載的能力顯著降低。長期處于施工環境下，周邊地表不出現不均勻沉降，將會導致房屋傾斜、主要受力構件出現裂縫等情況，極易影響老舊房屋的服役性能。

2 房屋破壞等級劃分

目前，國內外對房屋的類型以及沉降和傾斜等破壞屬性提出了多種不同的分級標準及評估方法，包括地震災害對建筑物破壞分類、《危險房屋鑒定標準》JGJ125-2016、BRE提出的建筑物破壞分類，如表1所示。

表1 房屋破壞等級劃分比較

房屋安全鑒定單位通常采用房屋完損等級來評價房屋的破壞情況，并根據房屋的結構、構件等完好或損壞程度，將房屋劃分為完好房、基本完好房、一般損壞房、嚴重損壞房和危險房五個等級[2]。

3 房屋保護措施

對近接老舊房屋保護是地鐵基坑施工全過程的重要步驟之一，是確保房屋安全運行，使工程順利施工的重要手段。一般施工前先對現況房屋的建筑類型、位置、建造年代等進行初步調查，據此設計最為合理的保護措施。同時在施工過程中對房屋進行實時監測，根據監測數據值及時調整施工進度，確保近接老舊房屋安全。

3.1 房屋加固

仇偉[1]根據工程實例，通過對老舊房屋的地基基礎、上部承重結構及圍護結構進行調查與檢測，再對房屋的承載能力進行驗算，確定房屋施工前狀態，據此提出采用高延性混凝土雙面加固砌體受壓構件的加固方案，加固施工完成后，對加固效果進行檢驗，結果表明此加固方案可以有效解決砌體構件承載力不足的問題。鄭翔等[2]對基坑施工期間內鄰近地表及建筑物的沉降進行監測和分析，并根據監測數據和周邊環境實際情況，提出在車站基坑中，通過設置鋼支撐軸力伺服系統的措施，減小相應區段鄰近房屋的沉降變形，達到保護房屋的目的。劉鳳洲等[3]利用基坑施工各階段的監測數據，重點分析了施工對鄰近房屋的影響，結果表明，圍護結構成槽澆筑階段對周邊房屋沉降影響較大，均值超過了基坑開挖階段房屋產生的沉降值，據此提出提高泥漿比重、控制泥漿液面高度、縮短澆筑時間等方案，控制因圍護結構成槽澆筑施工對周邊房屋引起的沉降。

根據以上實際工程案例可知，房屋加固措施需根據房屋現狀及工程實際確定，且加固后能有效保護房屋變形，確保施工順利進行和房屋安全。

3.2 數值模擬

數值模擬是研究基坑施工對周邊環境影響的重要手段，通過數值模擬的方法，可以在工程施工之前，對工區周邊環境影響進行預測分析。模擬分析施工方案的合理性，為周邊環境保護方案的設計提供參考依據。

孔令華等[4]采用MIDAS GTS有限元軟件模擬施工過程，得出老舊房屋模擬位移與實測位移相近的結果，確認模擬結果的可靠性，通過預測老舊房屋在施工過程中的變形，提出采用基坑支護和分層開挖的方法，控制老舊房屋在施工過程中的變形，保護房屋安全。李鵬宇[5]采用FLAC 3D軟件建立模型，模擬深基坑開挖對鄰近房屋的影響，結果發現，基坑施工會使鄰近房屋及周邊地面產生了差異沉降，將直接導致房屋出現裂縫、傾斜等危害，據此提出了控制施工進度和加強監測的建議，對周邊房屋的沉降變形進行控制[3]。

由此可知，數值模擬在基坑開挖對近接老舊房屋影響問題上應用十分普遍，通過采用數值模擬的方法，可以較好的模擬施工對周邊環境的影響程度，為周邊老舊房屋的保護提供參考依據。

4 實際工程保護案例

以南京市號線白云亭站深基坑工程為例。車站西側為白云小區、陸軍干休所等；車站東側為桃園世紀住宅樓等。其中有7棟為樁基礎房屋，占比達到70%，且建造時間均在1984年～1994年，其結構型式大多為框架結構、框架結構與磚混結構結合或砌體結構。另有1棟淺基礎和2棟條形基礎房屋，占比為30%，建造時間在1984年～1988年之間，其結構型式為磚混結構和框架結構。周邊老舊房屋與基坑的位置關系詳細情況如圖1所示。

圖1 基坑與老舊房屋平面位置關系圖

基于工程實際情況及對周邊老舊房屋的基本情況，選取建造時間最久遠且基礎形式較為簡單的熱河南路59號樓展開施工前檢測。

該建筑建成于1984年，為一幢六層砌體結構建筑，墻體采用240mm厚燒結普通磚、水泥混合砂漿砌筑，樓（屋）面板采用預制鋼筋混凝土空心板，不上人平屋面，其外墻及樓梯間四角均設置有鋼筋混凝土構造柱，樓屋面處設有封閉圈梁。

本次檢測主要包含以下內容：

（1）地基基礎檢查

根據現場實際情況，對熱河南路59號樓具備觀測條件的外墻陽角布置測點，采用高精度全站儀及鋼卷尺進行建筑物整體傾斜檢測。檢測結果顯示，該房屋南北向整體向北傾斜0.07‰，東西向整體向東傾斜+0.17‰。并且該房屋的主要承重構件、墻體及相關連接點也未發現異常，評定該樓棟地基處于非危險狀態。

（2）房屋損傷狀況檢查

依據已有檢測報告及現場檢測結果得知，熱河南路59號樓存在墻體粉刷層開裂、預制板板縫裂開等情況。后經鑿開部分承重砌體構件粉刷層檢查發現，砌體構件所屬環境正常，砌筑砂漿有明顯的風化跡象，風化深度約10～15mm，在可控范圍之內。且樓棟排水正常，無明顯剪切變形跡象[4]。

（3）砂漿抗壓強度檢測

根據現場實際情況，抽取熱河南路59號樓部分砌體構件，利用貫入式砂漿強度檢測儀，采用貫入法檢測其砌筑砂漿的抗壓強度。檢測結果顯示，砂漿抗壓強度的推定值處于4.1MPa～6.0MPa之間，砂漿整體滿足強度要求。

（4）磚抗壓強度檢測

根據現場實際情況，隨機抽取熱河南路59號樓部分砌體結構構件，利用磚回彈儀，采用回彈法對其砌筑所用磚的抗壓強度進行檢測。結果顯示，磚的抗壓強度推定值處于12.63MPa～13.16MPa之間，磚強度推定等級為MU10，未發現磚強度異常變化。

（5）墻體局部傾斜變形檢測

根據規范要求及現場實際情況，抽取熱河南路部分墻體，對其局部傾斜變形進行檢測。檢測結果顯示，部分墻體的局部傾斜變形大于7‰，應當評為危險構件，其余砌體結構構件均為非危險構件。

綜合上述檢測結果，將熱河南路59號樓房屋結構的危險性等級評定為C級，即部分承重結構不能滿足安全使用要求，房屋局部處于危險狀態，構成局部危房。因此應當采取一定的措施對房屋進行保護，以確保房屋安全及施工順利進行。

由于基坑和周邊老舊房屋之間管線較多，對房屋直接采取加固措施會受到眾多因素的干擾，且容易破壞周圍管線。結合實際情況，本工程選用對軟土地基加固處理和支撐伺服軸力系統相結合的方式對周邊老舊房屋進行保護。

4.1 軟土地基加固處理

由于本站底板主要在淤泥質粉質黏土層中。為控制基坑變形和地表沉降，確保周邊老舊房屋安全，對此區段軟土地基采取加固處理措施[5]。

（1）對基底軟土地層，采取三軸攪拌樁抽條加固；

（2）三軸攪拌樁可采用φ850@600矩形布置。攪拌樁水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥。坑內加固基底以下水泥摻入量不小于被加固土重的20%；基底以上水泥摻量為10%。坑外加固（含槽壁加固）水泥摻入量不小于被加固土重的14%。水泥漿水灰比為0.45～0.55；

（3）強加固區加固后，28天土體無側限抗壓強度大于0.8MPa，并且滲透系數小于1×10-6cm/s。

4.2 鋼支撐伺服軸力系統

鋼支撐伺服軸力補償系統能夠對周邊老舊房屋的變形進行控制，確保周邊老舊房屋安全，同時保證了周邊管線不被破壞。

根據實際工程需求，本工程對基坑采用如圖2所示的伺服軸力分段模式。

圖2 鋼支撐伺服軸力系統分段

所采用的方法如下：

（1）通過圍護結構測斜管埋設對圍護結構側向變形展開監測。

（2）通過白云亭站伺服鋼支撐基坑布置地表沉降監測點對坑外地表沉降展開監測。

（3）通過白云亭站伺服鋼支撐基坑預埋墻后土壓力盒對墻后土壓力展開監測，探明基坑開挖過程中非極限狀態下土壓力的荷載分布形式。

（4）通過白云亭站伺服鋼支撐基坑現場實測的手段，探究基坑開挖過程中明確伺服鋼支撐與普通在開挖過程中軸力發展特征。考慮到監測點的相互驗證和綜合分析，軸力監測點位置應選在靠近測斜孔的位置。

（5）通過建立Plaxis 2D模型進行計算分析，結合基坑開挖過程中的監測數據，分析基坑開挖過程中圍護結構變形、地表沉降、土壓力、支撐軸力的發展特征，探究支撐軸力與圍護結構變形間的映射關系，初步建立液壓伺服鋼支撐軸力調整方式。

5 結語與展望

隨著城市交通的不斷完善，地鐵基坑施工引起近接老舊房屋的安全問題層出不窮。本文總結了近年來實際工程中常采用的房屋保護措施，據此提出如下尚需加深研究力度的結論：

（1）對于基坑施工區周邊環境較為復雜的工程，現有的房屋加固措施實施較為困難，房屋的安全性只能通過控制施工和加強監測等方式提升，因此如何直接對房屋采取合理的加固措施值得研究與探討。

（2）對于復雜地質及城市中鄰近建筑群的深基坑，由于影響因素較多，采用數值模擬的方式預測建筑物變形具有一定的局限性，因此施工過程中如何準確地預測和優化周邊環境的變化情況有待進一步研究。

（3）數值模擬雖然可以直觀的表達基坑施工對周邊環境的影響，但如何更加簡單的模擬施工過程、選取本構模型、提升模型結果的準確性等應當深入研究。