黄土地区半铺盖法基坑开挖对周边建筑物的影响分析

吴 明,孙本利 ,王 鑫,尚文彦

(1. 长安大学地质工程系,西安 710054； 2.陕西天地地质有限责任公司,西安 710000)

0 前 言

随着国家建设力度不断加大，中国各地地铁工程纷纷上马。然而，地铁车站基坑开挖会对道路交通和周边建筑物产生不良影响。因此，需要采取特殊的施工工法减少施工对周围环境的影响[1-7]。其中半铺盖法是较为常用的施工措施，因其围护结构变形小，能够有效控制周围土体的变形和地表沉降，保护邻近建筑物和构筑物，能有效解决明挖法道路封锁带来的交通堵塞问题，在地铁工程施工中广泛被采用。诸多学者在此方面开展了大量研究，张宁[8]分析了黄地区某地铁基坑围护结构的施工性状，但是未涉及基坑施工对周边环境的影响。任建喜[9]和刘义[10]对黄土地区的深基坑进行了数值和实测研究，其结果有助于黄土基坑更合理的设计和施工。总体来看，学者们针对黄土地区半铺盖法基坑研究案例还是较少。本文以西安地铁建设中首个采用半铺盖法的工程深基坑为例，监测并分析了黄土地区的半铺盖法施工地铁基坑资料，总结了半铺盖法基坑开挖对周边建筑物的影响，为西安深基坑设计与施工提供借鉴。

1 工程概况和场地地质条件

1.1 工程概况

西安地铁四号线后村车站主体基坑平面尺寸为146.84 m×26.96 m(长×宽)，基坑深度约17.84 m，局部深度18.91m。基坑断面如图1所示，基坑围护采用D1000 mm@1400 mm旋挖桩，设3道内支撑。桩间采用挂钢筋网喷射混凝土挡土，支护桩嵌固深度为5、6、7 m。第一道支撑为1.2 m×1.4 m(宽×高)(路面铺盖)和1.2 m×0.8 m(宽×高)钢筋混凝土撑，水平间距约6 m；第二、三道支撑为D600 mm×14 mm钢支撑，预加轴力600 kN和500 kN，水平间距约3 m，支撑轴力约1 944 kN；腰梁采用2I45C组合钢围檩。

1.2 场地水文和地质条件

如图2所示，土层依次为填土类，3-1-1新黄土，3-1-2新黄土，3-2-2层古土壤，4-1-2表示老黄土，4-4粉质黏土，4-7中砂，4-12冲积黏土。潜水赋存于古土壤、黄土和粉质黏土及其砂夹层中。主要含水层为粉质黏土层中砂夹层，该层透水性好，赋水性强。地下水位埋深约19 m。基坑周边除距离基坑200 m的f9地裂缝外，无不良地质灾害。各层土工参数见表1所示。

表1 岩土参数

2 基坑周边环境介绍

该基坑周边建筑物有西安金都集团商住楼、百脑汇大厦、西安科技大学沿街宿舍楼、教学楼及试验楼、西安建筑科技大学商住楼、赛博电脑商城、某军队住宅楼，房屋密集。各建筑物具体结构形式统计见表2。影响比较大的建筑物为：西安金都集团距离为19.25 m。车站1号风亭南侧围护结构(主体南端围护结构)距赛博电脑商城主体结构外墙6 m,车站1号风亭西侧围护结构距西安科技大学宿舍楼主体外墙8 m，车站2号风亭及Ⅳ号出入口南侧围护结构距西安科技大学教学楼及试验楼外墙6～9 m。对于主要受影响的建筑物做了监测点布置，如图3所示。

表2 后村站地面建(构)筑物调查情况

3 监测结果分析

图4为某大学3～6层的砖混结构沉降监测结果。从图4可以观察到同一时期内J2点和J13点沉降差值最大，约13.9 mm，倾斜值为0.16‰，小于8‰的标准[11]；砖混结构最终沉降量约为12 mm，大部分区域最终沉降量为8 mm，小于20 mm。

图5为电脑城沉降监测结果。从图5可以看到建筑物最终沉降量约为14 mm，小于20 mm，J15和J17点的同时期沉降量差值最大，约为10.45 mm，建筑物倾斜为0.6‰。

图6为某车库沉降监测结果，从图中可以看出车库最终沉降量为9.1 mm，同时期沉降差值最大点为J28和J27，最大差值为11.24 mm，倾斜值为0.4‰。

根据GB 5007-2011《建筑地基基础设计规范》[11]，砌体结构主要由局部和整体倾斜控制，高层框架由整体倾斜、相邻柱沉降差和总体沉降控制。某大学多层砖混结构倾斜值为0.16‰小于规范[11]8‰的标准；某电脑城和某商住大楼属于高层框架结构，整体倾斜分别为0.6‰和0.4‰，均小于规范限值。其中2栋建筑物相邻柱沉降差均满足要求。3栋建筑物最终沉降量均小于20 mm。

从理论上分析，该车站基坑的施做围护桩、降水及开挖对周围建筑物的影响，可分为3类。钻孔灌注桩围护结构施工过程中产生的土体损失引起的相邻地面沉降；长时间、大幅度降低地下水可能引起地面沉降，引起邻近建(构)筑物的变形及开裂；基坑开挖时产生的不平衡力导致周围土体及围护墙向开挖区发生侧移动、地面沉降及坑底隆起，从而引起紧邻建(构)筑物的侧移、沉降或倾斜。根据土力学理论分析，该车站基坑周边降水以及土方开挖为影响周边建筑物沉降的“源头”。一般分析基坑开挖对周边建筑物影响时，应提出施工期间的控制标准。而且要从建筑的允许变形中扣除已有变形值及后期变形值来合理确定。即：

ξ2≤ξ0-(ξ1+ξ3)

(1)

公式(1)中：ξ0为建筑物的地基变形允许值；ξ1为建筑物的已有变形值；ξ2为施工期间建筑物的地基变形控制值；ξ3为建筑物后期的地基变形值(最小取0)。

实际施工前，对该3栋进行了调查，但是没有取得相应的前期沉降资料(即ξ1)。建筑调查中观察到2栋高层裂缝较多，但多为装饰层及填充结构处理不当产生的裂缝，并不影响结构的正常使用，建议加强电梯间及屋顶电梯机房等裂缝的监测工作，并认定其为次要保护对象。某大学砖混凝土多层主体结构抗变形能力差，墙体有裂缝且分布较多，认定为主要保护对象。

通过最后竣工后的效果来看，不论该基坑周边3栋建筑的基础型式为刚度较大的复合地基+筏板基础，或为刚度较小的条形基础，其由基坑开挖引起的沉降差约11 mm，倾斜值最大为0.6‰，均处于规范规定的变形限值范围内。施工中没有产生不良现象，交通主干道通畅，说明黄土地区半铺盖法基坑是可行的，对于控制基坑周边变形是合适的。

4 结 论

通过黄土地区半铺盖法基坑施工引起的周边建筑物沉降监测总结分析，形成结论如下：

(1)半铺盖法深基坑施工期间对于道路交通影响较小。

(2)该工法施工时引起的周边环境扰动较弱。本文监测的案例中不管是刚度大的筏基,还是刚度小的条形基础，其施工后的沉降差和倾斜均远小于规范的限值。

(3)当需要保证道路交通时，黄土地层中也可以采用该方法进行地铁车站的基坑施工。

(4) 建议基坑开挖前应对周边建筑物进行详细的调查，尽可能的收集建筑物的已有变形量资料，为基坑施工对周边环境影响提供准确判断依据。