基坑降水对周围建筑物的影响

基坑降水对周围建筑物的影响 程新民　闫兴愿　邱晓博 (西北综合勘察设计研究院　710003　西安 ) 摘　要 :建筑物基础施工中 ,随着荷载的变化及基坑降水的发生 ,在一定范围内改变了土体内应力的变化 ,进而 可能影响到此范围建筑物的变形 ,为了避免变形的发生 ,保证施工过程中周围建、构筑物的安全及基坑 施工面的干燥 ,在基坑开挖过程中进行必要的降水 ,降水的速度、降水量视基坑开挖速度、方位及周围 建、构筑物的变形情况确定。本文结合工程实例 ,简要阐述了降水工程的意义、变形观测在降水工程中 的作用、控制建筑物变形的观测要求、方法和精度 ,并提出了几点体会。 关键词 :降水工程 ;变形观测 ;降水影响 ; 精密工程测量 1　前言 近年来高层、超高层建筑及深基坑工程逐渐增 多 ,降水工程越来越多。建筑物基坑开挖深度在水位 线以下 ,为了疏干基坑便于地基与基础施工 ,需要在 基坑周围进行降水 ,将局部水位降至基坑底线以下 , 在基坑周围布井进行抽水 ,即为降水工程。基坑或深 或面积大 ,其对周围建筑物的影响规律有所区别 ,本 文旨在探讨大面积开挖后基坑降水对周围建筑物的 影响. 大面积降水工程系指在面积大、基坑深且非单个 建筑物的基坑降水 ,它因开挖和抽水的影响范围广 , 降水幅度较大 ,对周边环境构成的危害也较大。首 先 ,基坑大面积的开挖 ,卸去坑内土的自重 ,造成坑底 及周边土的回弹 ,回弹量最大能达到 2∽ 3cm。其次 , 坑内大面积的抽水 ,影响了土体内应力的变化 ,当降 水幅度较大时 ,在基坑周围即形成降水漏斗曲线 ,在 此范围内建 (构 )筑物就产生了附加变形。例如不均 匀沉降、墙体倾斜、裂缝、管道破裂及基坑滑坡等等。 因此 ,大面积降水工程必须同步进行变形观测。 2　变形观测在大面积降水工程中的特殊作用 一般建 (构 )筑物的变形观测 ,大都是先发现了变 形 (甚至影响到使用 ) ,然后才进行观测 ,按规定时间 向使用单位提供周期变形量 ,以便采取安全措施 ,我 们称其为“被动型 ”的观测 ;而大面积降水工程的变形 观测 ,它是在建筑物安全和正常的情况下 ,运用变形 观测的数据 ,来控制和调节来调节基坑土开挖及降水 的部位、数量与速度 ,采用回弹与沉降相抵消的办法 , 控制建筑物的变形 ,以保证周边环境不受损害。变形 观测在施工中起着领头和指挥的特殊作用 ,我们称其 为“主动型”的观测。它不仅配合工程地质和施工人 员完成了降水任务 ,而且还确保了基坑周围建筑物的 安全 ,同时还进一步提高了精密工程测量在工程建设 中的地位与作用。 3　工程实例 —西安钟鼓楼广场降水工程变形观测 3. 1　广场工程概况 广场位于西安市繁华的闹市区 ,东南毗邻钟楼 , 西靠鼓楼 ,南临西大街 ,东靠北大街 ,北接市话二分局 和于天大厦。东西长 250m ,南北宽 100m ,占地面积 14 25000 m2。它是省市重点工程项目 ,是西安市的“窗 口工程 ”,既是供游人休闲的广场 ,又是一项大型的人 防工程 ,集城市广场、商业街、人防工程于一体 ,与钟 楼、鼓楼相衬托 ,再现“晨钟暮鼓 ”汉唐盛世景观。 广场总投资 3. 4亿元人民币 ,总建筑面积 45000 m 2 ,地下商场为二层 ,建筑面积 30000 m2 ,集商贸、旅 游、人防等多种功能 ,是地标性工程之一。工期紧 ,质 量要求高 ,同时还需确保国家一级文物钟楼和鼓楼及 周围多层商业建筑的安全万无一失。我们承担了该 工程的工程的工程勘察、基坑降水和变形观测等全部 勘察项目 ,保质保量按期完成了任务 ,得到了有关方 面的肯定。 3. 2　基坑降水 鉴于广场工程重要性 ,我院也十分重视 ,组织了 有关专家、教授、根据广场降水的要求 ,结合以往搞大 型重点工程的实际经验进行讨论和研究 ,制定了科学 的“排灌结合、严密监测 ”的降水。即在基坑 周边布设了 30眼降水井 (深 27m,Φ800 mm )进行抽 排 ,在钟楼和重要建筑物附近布设注水井 18眼 (深 27m ,Φ800 mm )进行回灌 ,同时严密进行建筑物的变 形监测和水位变化监测 (布设观测井 19眼 ,深 27 m, Φ800 mm) ,随时调整抽注水量 ,以确保周围建筑物的 安全。 基坑开挖深度为 10. 9 m,地下水位深度为 9. 0 m,基坑降水后平均水位深度为 12. 4 m,即平均水位 与原水位相比下降 3. 4 m,即是说下水位要在基坑底 线以下 1. 5 m ,以保证基坑干燥进行施工。 3. 2　变形观测的方法和要求 如上图 ,根据现场条件和已有控制点的情况 ,我 们利用三个西安市城市测量精密水准点 ,组成一个闭 合环作为基准点 ,布设了 6个工作基点。上述点位基 本上都在基坑变形影响范围之外 ,故采用固定参考 系 ,参考点为 BMO ,起算高程为 408. 3181 m, ( 1956 年黄海高程系 )。变形观测点都布设在基坑周边建筑 物重要和敏感的部位 ,钟楼四周布设 20个点 ,鼓楼四 周布设了 12个点 ,其他建筑物按距基坑的远近都布 设了不同数量的点位 , 9幢建筑物总共布设 69个点。 所有的点位均按要求分别埋设了永久和固定的标志。 沉降观测使用 Zeiss N i002和 Fennel3 #精密水准 仪配以 5mm刻划线条式铟瓦水准标尺按规定周期进 行。基准点闭合环往返观测 ,一般每月复测一次。工 作基点观测周期与变形点相同。变形点以邻近工作 基点为起点组成七个闭合环 ,采用 PC—E500计算机 记录 ,严密进行平差计算。 变形点观测精度要求 ,按《建筑变形测量规程 》的 规定 ,以测站高差中误差 (mΔh)来衡量 ,经估算确定 mΔh = ±0. 2mm。 广场基坑周边的建筑物都为砖木结构 ,按建筑设 计规范的要求 ,其基础差异沉降容许值为 2L /1000, L 为相邻柱距离或两观测点之间距。为了保护钟鼓楼 的绝对安全 ,我们取 L = 6m进行估算 ,即 : 基础差异沉降量容许值 Δh = ( 2 /1000 ) ×6m = 12mm; 差异沉降量观测限差 M限 =Δh /10 = 1. 2mm; 差异沉降量观测中误差 M中 = 1. 2 ×1 /2 = 0. 6mm; 沉降点观测中误差 M点 = 0. 6 ×1 /2 = 0. 3mm 《规程》中 Ⅰ等 (高精度 ) M点 = ±0. 15mm,估算 为 ±0. 3mm,我们确定为 ±0. 2mm。 24 上述精度明 :变形观测是测定变形点的相对变 形量 ,故不考虑控制点的起始误差 ,再加上观测次数 很多 ,所以控制点、变形点用同精度进行观测。 3. 4　变形观测的成果 在广场基坑开挖和降水之前 ,我们除了制定观测 方案、现场选点、埋设标石标志之外 ,还配合工程地质 施工人员对周边观测范围内建筑物的完好状况进行 调查 ,以免引起不必要的麻烦。 从 1995年 12月至 1997年元月 31日 ,投入二个 作业组进行观测 ,分为三个阶段 :第一阶段为降水期 (1995年 12月 26日 —1996年 4月 13日 ) ,每两天观 测一次 ,计 58次 ,第二阶段为维持水位期 ( 1996年 4 月 14日 —1997年元月 19日 ) ,每周观测一次 ,计 40 次 ;第三阶段为停止抽水期 ( 1997年元月 20日是 — 1997年元 31日 ) ,每两天观测一次 ,计 6次。总共观 测了 104次。 观测精度良好 ,不仅都在限差范围之内 ,而且大 多数都在限差 1 /2范围之内。现统计如下 : 表 1 次第 测站数闭合差允许值 次第 测站数闭合差 允许值 1 40 0. 25 2. 53 8 40 0. 20 2. 53 2 42 1. 05 2. 59 9 38 0. 71 2. 47 3 44 0. 41 2. 65 10 48 - 1. 76 2. 77 4 38 0. 73 2. 47 11 40 0. 25 2. 53 5 42 0. 44 2. 59 12 42 - 0. 85 2. 59 6 44 - 0. 38 2. 65 13 40 0. 34 2. 53 7 42 2. 34 2. 59 14 38 - . 66 2. 47 ①基准环共测 14次 ,环线闭合差如如表 1。 允许值为 0. 4 n ( n为测站数 ) ,单位为 mm。 基准点测站高差中误差μ = ± ff n 1 N = ±0. 14mm。 ②工作基点共测 104次 ,现抽取 17次 ,附合线路 闭合差统计如表 2: 次第 测站数闭合差允许值 次第 测站数闭合差 允许值 1 24 0. 79 1. 96 10 30 0. 64 2. 19 2 18 0. 55 1. 70 11 28 - 1. 32 2. 12 3 24 - 0. 82 1. 96 12 28 - 0. 05 2. 12 4 18 - 0. 12 1. 70 13 28 - 1. 04 2. 12 5 32 1. 64 2. 42 14 28 - 0. 69 2. 12 6 30 0. 02 2. 19 15 28 0. 08 2. 12 7 30 0. 68 2. 19 16 30 2. 10 2. 19 8 30 1. 81 2. 19 17 32 - 1. 68 2. 26 9 30 - 1. 28 2. 19 　　单位为 mm,工作基点测站高差中误差为 ±0. 20mm。 ③变形观测点由于观测数据很多 ( 7个环、69个 点 ,观测 104次 ) ,现随机抽取鼓楼一个观测环中的 20次闭合差统计如表 3。 表 3 次第 测站数闭合差允许值 次第 测站数闭合差 允许值 6 16 1. 13 1. 60 71 14 0. 54 1. 50 7 14 1. 12 1. 50 72 14 0. 50 1. 50 8 16 - 0. 64 1. 60 73 20 - 0. 58 1. 79 9 14 - 0. 37 1. 50 74 18 - 1. 43 1. 70 10 14 0. 67 1. 50 75 16 0. 24 1. 60 41 30 - 0. 70 2. 19 100 14 - 0. 22 1. 50 42 14 0. 36 1. 50 101 14 - 0. 22 1. 50 43 16 - 1. 45 1. 60 102 14 - 0. 04 1. 50 44 16 0. 07 1. 60 103 14 0. 72 1. 50 45 16 - 0. 21 1. 60 104 14 1. 00 1. 50 3. 5　降水过程中的变形情况 如前所述 ,大面积的基坑开挖和抽水 ,地基土肯 定会产生回弹和沉降等变形 ,对周边和邻近的建筑物 也产生不同程度的影响 ,尽管我们利用观测数据及时 控制和调节 ,但仍然产生了对建筑物没有损害的变 形。例如 :累计最大回弹 ,鼓楼为 16mm,卡拉 Ok厅 34 为 17mm,于天大厦为 12mm;最大沉降量 ,钟楼为 7mm、电信二分局为 5mm。由于变形观测数据的控制 和调节作用 ,二点之间的差异沉降量最大为 5mm (钟 楼 ) , 二点之间的差异回弹量最大为 6mm, ( 卡拉 Ok 厅 ) ,都没有超过建筑设计的规定 ,即前面所估算的 12mm。 4　几点体会 (1)基坑降水和变形观测之间 ,一定要对基坑周 边建筑物的变形现状认真进行调查 ,例如墙体有无倾 斜 ,墙面有玩裂缝 ,如有裂缝要进行照像 ,量出裂缝的 大小逐条登记 ,并让户主签字认可 ,以免降水之后引 起不必要的麻烦。 (2)要成立统一的现场指挥机构。降水工程开始 后工地现场即有土建施工、基坑降水和变形观测三大 工种的人员同时进行工作 ,而且各工种往往都考虑自 己的计划与进度 ,要做到相互调节与平衡 ,没有一个 强有力的指挥班子 ,是很难做好的。例如钟鼓楼广场 珠基坑降水 ,形成南降 (下沉 )北升 (回弹 )的现象 ,且 回弹量较大 ,即是因为北面挖土集中、速度过快而抽 水井位有遭破坏、抽水速度较慢所致。 (3)要采取措施加强对变形观测标志和抽水井位 的保护。大面积降水工程现场工种多人员多 ,特别是 进行机械化施工 ,机动车辆也很多 ,标志和井位常常被 碰掸或堆埋 ,除了多作宣传 ,设立保护障碍外 ,在关键 时刻还得派人看管或照顾 ,以免影响工程质量和效果。 (4)变形观测点布设 ,除了基坑周边所有建筑物 要布点外 ,最好在基坑二个垂直方向上相当远的距离 也适当埋设一些观测点 ,同次同精度进行观测 ,以便 测出变形影响范围的临界线。这是建筑设计上重要 的科研数据 ,我们如能提供 ,将再一次提高精密工程 测量的地位和声誉。 (5)大面积或深度基坑开挖对周围建筑物必须进 行严密沉降观测 ,监测范围应为基坑深度的 1. 5～2. 5 倍。 (上接第 47页 ) 　　 (3)大模板现浇钢筋混凝土剪力墙 ,顶加支撑办 法 ; (4)灰土挤密桩办法或大口径洛阳铲填生石灰块 办法 ; (5)预制短型钢筋混凝土桩 ,挂用大块塑料布护 坡法 ; (6)距建筑地基外放 2米以外需加固壁坎 ,可采 用炸药扩孔填碎砖、石灰、黄土加固办法 ; (7)利用城市洁净的建筑垃圾加工各种尺寸的预 制品 ; (8)钢模、木板支撑办法 (北京经验应设钢架 ) ; (9)地下水位必须控制在开挖深度以下 3—4米 为宜 ; 施工要 24小时连续进行 ,安全、质量、进度要三 管并进。 4　盾构法是保护钟楼南北城墙的理想方法 地铁建设采用“盾构法 ”旋转钻洞施工 ,是国内外 最先进的施工办法。市政府专门从德国制作适合西 安黄土地层的设备 ,这就保证了钟楼 ,和南北城墙基 础的安全性。其他重要交通道口 ,亦会运用这种先进 设备施工。 5　一点建议 西安城河水源要局部切断 , 因为黄土层中有很 大空隙率存在。为了地铁顺利施工 ,建议切断城河局 部水源 ,亦可将南北城门地铁站设计在城河地下 ,一 举两得。 44