高架桥受基坑工程施工影响的监测与安全评价

谢锡康，贺跃光，高久平，吴盛才

(1.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410114;2.湖南省交通科学研究院，湖南长沙 410015;3.中国水电工程顾问集团公司中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014)

地铁基坑工程施工期间，其周边建筑物安全处于受控状态［1］。当存在不安全因素时，通过监测，可及时掌握其变形演变过程和发展趋势［2］，了解地层及支护结构动态变化，把握施工过程中结构安全状态，采取工程措施控制周边地表下沉。在排险抢险工作中，监测信息还可验证方案的有效性，因此对建筑物进行监测是最有效方法［3，4］。而根据监测数据对邻近基坑高架桥进行安全评价，是保证基坑施工安全，也是保证高架桥安全的重要手段［5］。

1 高架桥监测

某地铁基坑北侧高架桥宽20m，双向4车道，车流量大。该基坑标准段总宽18.5m，站总长267m，标准段基坑深约16m，端头井部分基坑深约18m。基坑设计变形控制保护等级为一级，采用明挖顺筑法施工。支护结构采用地下连续墙，围护结构设置3道φ609钢支撑，轨排井段设置4道钢支撑;车站北端离高架桥桥基较近，为降低基坑开挖对高架桥的影响，采用3道钢筋混凝土斜撑。为反馈基坑开挖对周边环境影响，对高架桥设计专项监测方案。

1.1 沉降监测

1.1.1 监测点布设

沉降监测工作基点成组埋设，设在离基坑100m外，或3倍基坑深度外，埋设3个，以检核其稳定性。高架桥沉降监测点钻孔埋设≥φ14mm的“L”型标志，并用水泥砂浆固定，监测点离地面20～50cm，监测布点如图1。

1.1.2 监测方法

采用徕卡DNA03型水准仪按二级沉降要求闭合水准形式测定沉降值。首级网观测控制点高程，二级水准网观测各沉降点高程。满足变形监测“三定”要求观测，闭合或附合水准测站数限制在50站内，支线水准进行往返观测或单程双测且不超过5站。每公里偶然中误差0.3mm，设监测长度为1km，测站数:

测站中误差:

线路中最弱点将是5站，高程中误差为:

m单=m最弱点(一次观测的最弱点高程中误差)

采用往返测或两次观测时，最弱点高程中误差:

图1 桥梁监测布点图

观测数据用自带软件LEICAGeoOffice检查和平差，数据库保存原始观测数据和计算处理数据。软件对监测数据进行改正、平差、生成报表和变形过程曲线图、计算各点高程及沉降量、累积沉降量。

1.1.3 倾斜观测

通过测量高架桥基础相对沉降确定高架桥倾斜:

式中:si为高架桥某桥墩沉降值，mm;sj为高架桥相邻桥墩沉降值，mm;L为高架桥两桥墩沉降点间距离，m。

根据测量数据绘制时间倾斜值曲线图，并结合基坑施工情况对所测数据进行分析。

1.2 变形分析

基坑北端开挖至地板浇注，以3d为一周期，共进行7次监测，监测数据如表1，两桥墩沉降差结果如表2，倾斜值结果表3。

由表1可知，高架桥桥墩沉降值均较小。AG001点累计沉降4.6mm，最大沉降值发生在第4期，沉降2.5mm;AG002点累计沉降5.6mm，最大沉降值发生在第7期，沉降2.1mm;AG003点累计沉降 1.8mm，最大沉降值发生在第 2期，沉降1mm;AG004点累计沉降1.7mm，最大沉降值发生在第2期，沉降1.4mm;AG005点累计沉降1mm，最大沉降值发生在第2期，沉降0.6mm;AG006点累计沉降1.7mm，最大沉降值发生在第2期，沉降2mm;AG007点累计沉降4.2mm，最大沉降值发生在第4期，沉降1.3mm;AG008点累计沉降4.2 mm，最大沉降值发生在第4期，沉降1.6mm;左右两个桥墩最大沉降值基本同时达到最大值，且每期最大沉降值处于1～2mm间。

表1 监测数据 mm

从整个观测周期分析，除了第3期绝大部分数值呈现整体抬升外，其余周期内大部分均为下沉，因此可知，地铁施工对高架桥存在一定的影响，会导致桥墩下沉;从观测数据分析，呈现抬升的数值均较小，由于观测仪器存在一定的系统误差，且观测过程中存在一定的偶然误差，桥墩本身的变形值相对系统误差和偶尔误差的叠加值来说较小，导致误差数字大于变形值，从而掩饰了其本身的变形规律，对此可采用相关的模型对其进行处理，消除部分误差;从变形速率分析，由于各期沉降值均相对较小，整体来说，各桥墩沉降趋势基本一致，沉降速率均较小。

表2 两桥墩沉降差值 mm

表3 两桥墩倾斜值 (mm·m－1)

由表2和表3知，高架桥桥墩相对沉降值均较小。AG001－AG002点间累计相对沉降差－1mm，最大相对沉降差发生在第4期，沉降差1.9mm，累计倾斜 －0.07mm/m，最大倾斜值 0.13mm/m;AG003－AG004点间累计相对沉降差0.1mm，最大相对沉降差发生在第2、4期，沉降差0.4mm，累计倾斜0.01mm/m，最大倾斜 0.03mm/m;AG005 －AG006点间累计相对沉降差为－0.7mm，最大相对沉降差发生在第2期，沉降差－1.4mm，累计倾斜－0.05mm/m，最大倾斜值 0.09mm/m;AG007 －AG008点间累计相对沉降差0，最大相对沉降差发生在第2期，沉降差0.7mm，累计倾斜0，最大倾斜0.05mm/m;AG001－AG003点间累计相对沉降差2.8mm，最大相对沉降差发生在第4期，沉降差1.9mm，累计倾斜 0.09mm/m，最大倾斜 0.06mm/m;AG002－AG004点间累计相对沉降差3.9mm，最大相对沉降差发生在第3期，沉降差值1.3mm，累计倾斜 0.13mm/m，最大倾斜 0.04mm/m;AG003－AG005点间累计相对沉降差0.8mm，最大相对沉降差发生在第2、4期，沉降差0.4mm，累计倾斜0.03mm/m，最大倾斜 0.01mm/m;AG004 －AG006点间累计相对沉降差0mm，最大相对沉降差发生在第2期，沉降差－0.6mm，累计倾斜为0，最大倾斜0.02mm/m;AG005－AG007点间累计相对沉降差－3.2mm，最大相对沉降差发生在第4期，沉降差 －1.1mm，累计倾斜为 0，最大倾斜 0.02 mm/m;AG006－AG008点间累计相对沉降差 －2.5mm，最大相对沉降差发生在第7期，沉降差－1.3mm，累计倾斜 －0.11mm/m，最大倾斜 －0.04 mm/m。

由表2和表3知，除了第2期沉降差与倾斜值绝大部分为负值外，其余期大部分均为正，且整体数值均较小;从各周期内各指标分析，第4期变形值相对于其它周期内稍大，其余周期均相对较小;变形速率从整体上看，各指标的变形速率均较小，整体的变形速率一致，且差异性较小，该处8个桥墩处于整体变形。

2 安全评估

2.1 评估阈值

目前，大型基坑工程施工对周边房屋、桥梁风险评估基本采用半定性评估方法，如基于层次模型的模糊评估方法［6，7］。由于各类型建(构)筑物基础及结构不同，抵抗地面变形能力各异，移动变形划分标准如表 4［8］。

1)作为建(构)筑物的保护等级。I级表示最重要建筑物，其损坏可能带来严重后果，因此损坏程度很小;II级表示一般性工厂、水塔、火车站、大型学校、大型水池、较大河床、主要铁路隧道等;III级表示不大住宅，二级铁路，较小河床，中小水池或蓄水池;IV表示锚固的砖结构房屋、不太重要的金属结构，无客运的次级铁路公路。

2)作为建(构)筑物的损害程度的分级。I级表示损害很小;II级表示容易修复的损害;III级表示严重的开采损害，但不致使建筑物有毁坏或中断使用的危险;IV级表示建筑物需要加强，或者采取预防措施。

表4 地表移动与变形划分标准

上海基坑监测规范规定:一级基坑变化速率2～3mm/d，累计值25～30mm;二级基坑变化速率3～5mm/d，累计值50～60mm。一级基坑在H范围内地表最大沉降值小于0.2%H，二级基坑地表最大沉降值小于0.5%H。

国家建筑基坑规范规定:一级基坑累计值30mm;二级基坑累计值60mm;建筑整体倾斜度累计值达到2/1000或倾斜速率连续3d大于0.0001H/d时应报警。基坑周边地表竖向位移:一级基坑25～35mm，变化速率2～3mm/d，二级基坑50～60mm，变化速率4～6mm/d。相关文献认为:地表下沉值小于200mm，倾斜小于3mm，静定结构不均匀沉降不允许超过 1.5cm［9－11］，简支梁桥墩台均匀沉降(不包括施工中的沉降)小于或等于2mm，相邻墩台不均匀沉降差值小于或等于mm(L为相邻墩台最小跨径长度，小于25m按25m计算)，特大桥、大桥连续超静定结构墩台间不均匀沉降不超过1.5cm，对于外静体系的桥梁，相邻墩台间均匀沉降差不应使桥面大于2/1000的坡度［12］。

由于基坑开挖引起地表变形过大可能导致基坑垮塌，从而引发高架桥垮塌，因此高架桥安全阈值必须控制在一定范围内。

综上所述，由于高架桥地处繁华城市，因此为安全起见，规定桥墩沉降值30mm，相邻墩台不均匀沉降差值≤mm，倾斜值≤2/1000。该高架桥横向两桥墩长15m，纵向长30m，因此，该高架桥安全阈值如下:桥墩累计沉降值为30mm，墩台纵向累计不均匀沉降差值5.5mm，墩台横向累计不均匀沉降差值3.9mm，倾斜值小于2mm/m。

2.2 安全风险评估

从表1、表2、表3可知，高架桥桥墩沉降值较小，沉降点最大累计沉降值5.6mm，最大沉降值2.1mm，两桥墩相对沉降差纵向累计最大值3.9mm，横向累计最大值1.9mm;高架桥累计倾斜最大0.13mm/m。根据高架桥安全风险评估标准，地表沉降累计值安全阈值30mm，实测最大累计沉降值5.6mm;两桥墩相对沉降差累计安全阈值5.5mm，实测3.9mm;高架桥累计倾斜值安全阈值为2mm/m，实测值0.13mm/m。

综合评价:该高架桥桥墩沉降、两桥墩沉降差、倾斜值均在高架桥安全评价阈值范围内，表明基坑工程开挖对该高架桥影响较小，高架桥整体安全。

3 结语

地铁基坑工程施工对邻近高架桥的安全造成影响。通过设计专项高架桥监测方案，综合分析高架桥的安全控制阈值，并对某邻近基坑的高架桥进行安全风险评价，得到该高架桥桥墩沉降、两桥墩沉降差、倾斜值均在高架桥安全评价阈值范围内，基坑工程开挖对该高架桥影响较小，高架桥整体安全的结论。

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