地铁深基坑施工引起建筑物沉降的原因分析.docx
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地铁深基坑施工引起建筑物沉降的原因分析
地铁深基坑施工引起建筑物沉降的原因分析
上海地区处于淤泥质软土地质条件下。
轨道交通8号线延吉中路站在施工过程中,临近的延吉七村6号楼产生了较大差异沉降。
通过对延吉中路站基坑施工期间各种施工参数及6号楼的沉降规律分析,推断出较大差异沉降的根本原因是6号楼局部座于低强度、高灵敏度的暗浜之上。
提出采用注浆、基础托换等对策,以控制绝对沉降量和差异沉降。
关键词不良地质,基础施工,建筑物沉降
上海轨道交通M8线延吉中路站深基坑施工期间(2003年6月一9月),临近的延吉七村6号楼发生了较大差异沉降,并且沉降以较大速率持续发展。
对于引起较大差异沉降的原因却是众说纷纭。
现结合施工工况、房屋基础情况及地质情况等进行综合分析,找出引起差异沉降的主要因素,以便对类似工程有目的地制定措施,最终达到保护既有建筑安全的目的。
1工程概况
1.1车站概况
延吉中路站是地下二层岛式中间折返站,外轮廓尺寸为475.4mX19.2m,站中心覆土厚约2.5m。
底板埋深:
标准段为14.52m,端头井为16〜17m。
该站主要采用明挖顺作法施工。
围护结构标准段设计为800mm厚地下连续墙,兼作使用阶段的主体结构侧墙。
连续墙间采用十字钢板止水接头,墙趾埋深26.5〜27.5m,沿深度方向设4道609钢管支撑;端头井部分地下连续墙埋深29〜30m,采用柔性接头。
1.2地质条件
工程范围内自上而下主要的土层分布依次为:
①-1层杂填土,①-2层黄色素填土,②-1层褐黄色粘土,②-3a层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土,③层灰色淤泥质粉质粘土,④层灰色淤泥质粘土,⑤-1a层灰色粘土,⑤-1b层灰色粉质粘土,⑥层暗绿〜草黄色粉质粘土,⑦-1层草黄色砂质粉土,⑦-2层灰色粉砂。
地下水位埋深一般为0.5〜0.7m。
⑦层砂性土顶面埋深位于地面下29m,含承压水,其水头埋深为地表下4.9m。
经勘察,6号楼东北部基础下有一暗浜。
暗浜深度为1.10〜3.50m,浜内灰色浜填土
为含有机质的淤泥质土。
另据6号楼竣工图显示,该楼建造中未对暗浜进行处理。
房屋
基础地质情况见表10
表16号楼基础地质情况表
上肚编号
土出名称
圮底深度/m
用度丿ni
髀力竝探須(凤“MPh
O*1
杂填土
0.5*1<20
—】認。
0.00
①.2
黄殂朵填上
1,10~2待0
Q+6*1M
L,14
①-3
捉色浜填土
3*50
150
(1.02
©-1
端黄色粘丄
3.00-3.£0
0.6-1
0.64
②.3&
上夹淤泥庾
粉质粘上
—8<40
4,0-4.9
1^8~1加
粉顷粘土
#,50~9.60
1-2.0
Q-5H-0^2
粉區粘上
1&,0-17<0
6J-7.4
0,43-0.e
妙la
庆色粘上
1.36号楼房屋及周边环境情况
延吉七村6号楼为6层点式住宅楼,长19.60m,南北宽15.64m,为有圈梁的钢筋混凝土结构,浅埋条形基础,基础宽1.0〜2.5m,基础埋深1.8m,于1983年建成。
该楼位于基坑8〜12轴西侧,距基坑7.2mo据调查,房屋建成后到该车站施工前,6号楼的整体沉降量已有20〜30emo
延吉七村6号楼与基坑平面关系见图1,基础形式见图2
图5!
延占七村G号楼别基础人样图
注;图屮尺寸除标高以m计外+其余均以mm计.
基坑与6号楼之间7m范围内布置多条市政管线,管线埋深在1.5〜3.3m之间,由于场地狭窄,管线间净距较小,最大不到0.5m。
管线布置情况见图3
蛀潭乜山X计
图3延占屮路车站北段管线布置图
26号楼沉降情况及原因分析
2.1沉降情况
6号楼沉降历史曲线见图4。
各阶段沉降速率及累计沉降见表2。
从沉降曲线可以明显看出,施工对测点F39、F42点的影响较大,绝对沉降量较大,房屋向东偏北方向倾斜;但对F40、F41两点影响却相对较小,沉降曲线也较平缓。
-50
图46弓楼沉降历史[111^6(2003年)
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2.2原因分析
沉降原因分析从两个方面考虑:
一是施工全过程的直接影响;二是考虑地质等情况的间接影响。
建筑物周边施工时,尽管采取各种扰动小的工艺,但对既有建筑一般均会产生或多或少的影响。
而6号楼附近依次进行过管线改移、地下连续墙施工、基坑降水、基坑开挖、结构施工等。
现根据各阶段工艺情况及其与6号楼的空间关系,以及各阶段沉降数据等进行分析,找出主要影响工序和影响因素。
2.2.1管线施工阶段
从管线与6号楼基础相对关系来看,可以看出基坑与建筑间7.2m范围内布置多条市政管线,管线埋深在1.5〜3.3m之间。
特别是雨、污水管沟槽挖深超过3m,距房屋边线仅4〜5m,而房屋基础埋深仅为1.8m,土体扰动范围已略超过基础深度。
该段地层在地面下0〜3.0m为强度较高的杂填土(Ps=1.1MPa)。
仅从基础受力扩散角看,在4〜5m外挖3.3m深的沟槽不会对房屋产生直接的、较大的影响。
但特别要注意的是,该地段局部也有浜填土(Ps=0.02MPa)存在。
若暗浜与管线沟槽相连,由于暗浜淤泥强度极低,流变特性更明显,也会引起较大沉降。
由于施工中未能准确观察和判断沟槽开挖时的土体情况,因此难以作出推断。
管线施工中采用开挖沟槽后插压槽钢支护的工艺,有一定支护作用。
但从施工顺序看,先开挖后插槽钢的方法,也就是先开挖后支护的方法。
与先插压槽钢后开挖沟槽的施工顺序相比,显然后者对控制土体位移的效果应更好。
2.2.2地下连续墙施工阶段
对应6号楼位置地下连续墙施工工况见表3。
表3地下连续墙施工情况一览表(2003年)
序号连续墙编号连覽f丄雅充轴系戳
DXQ2-56H24U
从表3可以看出对应6号楼位置连续墙基本集中在6月15日一6月25日完成(除DXQ2-7在7月4日完成);从砼充盈系数和坍孔情况可以看出该段连续墙成槽情况良好,无较大坍孔现象。
但从沉降历史曲线看,地下连续墙施工期间F39、F42沉降速率分别达到0.69mm/d、0.78mm/d。
由此可明显看出,地下连续墙施工与这两点沉降有直接关系。
同期F40、F41点及3、5号楼沉降均非常微小。
2.2.3地基加固及降水阶段
基坑内双液注浆加固对连续墙会产生一定的侧压力。
但由于连续墙形成的帷幕作用,注浆作业基本不会对坑外土体产生扰动。
从F39、F42点沉降历史曲线可以看出,自7月19日降水开始至7月29日基坑开挖产生的沉降曲线,与6月25日至7月19日的沉降曲线并无拐点,沉降速率基本一致。
为此,结合坑外水位、孔隙水压力基本正常的情况(见图5、图6),可以基本判断基坑降水未对建筑物产生直接的影响。
这一点也可以从基坑开挖后地墙基本无渗漏得到印证。
本阶段F39、F42点沉降速率分别为0.30m/d、0.25mm/d,相比连续墙施工阶段明显降低。
一现象更印证了前面得出的连续墙施工对F39、42点沉降产生了直接影响的结论。
同期F40、F41点及3、5号楼沉降均非常微小
50.0
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-50,0—100.0-150,0-200卫卜-250.0--300.0'--350.0J-4WKU—
07-18
㈣5SVW观测井水位变化曲线ffl(200»年)
图6SY3扎昵水爪力变化曲线(2008年)
224基坑土方开挖阶段
8月20日连续墙水平位移见图7。
其中C03测斜孔位于端头井,最大位移35.92mm;C05距离6号楼较近,最大位移6.4mm。
就变形值看,基坑开挖阶段变形控制较正常(根据以往基坑施工情况,地下连续墙水平位移40mm左右比较正常)。
虽然端头井距6号楼有50m之远,土坡坡顶在6号楼中部对应位置,对应该建筑位置开挖深度并不深,且相应位置C05测斜孔水平位移也不大(6.4mm),但土方开挖期间F39、F42点沉降速率分别达到0.85mm/d、0.64mm/d,较前几阶段都大,影响非常剧烈。
由此可以看出,基坑土方开挖与这两点的沉降有直接关系。
IVXVD
图7地下连续墙水平位移曲线(8月汕LU
同期F40、F41点及3、5号楼沉降均相对较小。
225垫层、结构施工
端头井垫层浇注后,F39、F42点沉降速率分别为0.50mm/d、0.52mm/d,与基坑开挖阶段比略有降低,但从数值看仍不算小。
2.2.6综合分析
综合各阶段施工情况看,延吉七村3、5、6号楼除5号楼基础下有250mm>250mm>7000mm方桩外,基础形式均相同,但6号楼的沉降最明显,反应最剧烈。
虽然6号楼距基坑开挖段较近,但绝对距离并不算很近(离端头井50m),且基坑开挖前的地下连续墙施工、地基加固及基坑降水期间,其反应也较3、5号楼大得多(此阶段无论管线、地墙、加固、降水施工对3、5、6号楼影响条件均相同)。
6号楼4个测点中,F39、F42又比F40、F41敏感得多。
就此基本可以推测有其它因素对F39、F42点的沉
降起了较大影响作用。
结合地质补堪报告,在6号楼下局部有暗浜存在,暗浜埋深在地面下1.1〜3.5m范围,暗浜位置与沉降最大的F39号点位置对应。
含有机质的灰黑色浜填土强度极低,Ps
仅为0.02MPa,灵敏度又很高,且有很强的流变特性。
据此判断,各阶段施工除了对周围地层产生扰动外,也引起了浜填土的高敏感度反应,致使6号楼有暗浜存在的39号点沉降最大,整栋建筑发生不均匀沉降。
3结论及建议
根据以上分析,基坑开挖是引起差异沉降的诱因,而根本原因是房屋基础下暗浜的存在,解决差异沉降,就必须从暗浜着手。
为此建议如下:
(1)选用一种对暗浜淤泥有改良加固作用、同时在加固时又不至于引起过大附加沉降的工艺;或者先估算此种附加沉降值,当预测最终差异沉降不超限时,也可实施此种工艺。
(2)在差异沉降较大时,可考虑在沉降小的一侧房屋基础下取土,对房屋进行纠偏。
取土工艺要可控,避免纠偏过度。
(3)对房屋加固处理一般采用注浆、基础托换等方法。
这些工艺控制要非常精细,否则
适得其反,需要有经验、高素质的施工队伍来实施。
(4)采取加固措施时,必须做到信息化施工,监测数据及时反馈。
并根据监测数据相应调整施工参数。
(5)其它类似建筑物应进行事前地质补勘,对有类似暗浜存在的,应根据暗浜范围、深度、建筑基础情况等综合考虑,对存在隐患的建筑物在施工前应实施预加固处理。
参考文献
1刘建航,侯学渊.基坑工程手册.北京:
中国建筑工业出版社,1997
2杨国伟.深基坑及其邻近建筑保护研究[学位论文].上海:
同济大学,2000(收稿日期:
2004-03-09)
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