施工降水措施對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響分析

任言宏 王東方

(1.山東萊陽(yáng)盛隆建筑工程有限公司，山東 萊陽(yáng) 265200； 2.北京航力巍筑工程技術(shù)咨詢有限公司，北京 100022)

施工降水措施對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響分析

任言宏1王東方2

(1.山東萊陽(yáng)盛隆建筑工程有限公司，山東 萊陽(yáng) 265200； 2.北京航力巍筑工程技術(shù)咨詢有限公司，北京 100022)

以某超大超深基坑為例，探討了施工降水對(duì)臨近建筑安全性的影響，并以兩實(shí)際工程降水事故為例，分析了施工降水停止之后水浮力工況對(duì)本建筑結(jié)構(gòu)安全性的影響，為建筑工程中降水方案的制定提供了依據(jù)。

施工降水，鄰近建筑，水浮力，安全性

0 引言

在基坑工程施工過(guò)程中，施工降水是極其重要的施工工序，合理的施工降水組織設(shè)計(jì)不但對(duì)施工質(zhì)量與施工造價(jià)具有重要的影響，某些情況下還大大影響了結(jié)構(gòu)的安全。施工降水一般主要包括兩個(gè)目的：一是為地下結(jié)構(gòu)施工提供干燥的工作面；二是在施工過(guò)程中防止水浮力對(duì)地下結(jié)構(gòu)安全造成威脅。施工降水對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響包括兩個(gè)方面：一是對(duì)鄰近建筑安全的影響；二是對(duì)結(jié)構(gòu)自身安全的影響。如何確定停止降水的時(shí)間，是降水施工組織的首要問(wèn)題：停止降水時(shí)間選擇過(guò)晚，顯然會(huì)增加施工造價(jià)；但如果降水停止過(guò)早，則可能帶來(lái)較大的安全隱患。

1 施工降水對(duì)鄰近建筑安全的影響

在周圍有已建建筑時(shí)，基坑開(kāi)挖深度有時(shí)候會(huì)超出鄰近建筑的基礎(chǔ)埋深，尤其是深基坑開(kāi)挖時(shí)這問(wèn)題非常顯著?；娱_(kāi)挖會(huì)導(dǎo)致地下水的流動(dòng)，從而帶來(lái)地下水位的變化。處于穩(wěn)定狀態(tài)已有建筑地基在地下水位變化之后，地基土?xí)a(chǎn)生繼續(xù)固結(jié)過(guò)程，從而導(dǎo)致產(chǎn)生新的沉降，當(dāng)沉降值超出規(guī)范限值時(shí)，將對(duì)已有建筑的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。以某超深超大基坑為例探討施工降水對(duì)鄰近建筑安全的影響。

該基坑開(kāi)挖深度達(dá)到33 m，同時(shí)33 m往下還要開(kāi)挖20 m～40 m深的人工挖孔樁，人工挖孔樁樁徑達(dá)到8 m，開(kāi)孔直徑達(dá)到9.5 m。如此巨大的挖土量對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生了很大的影響[1]，尤其是地下水的流動(dòng)將不可忽略。臨近該基坑有已運(yùn)營(yíng)的地鐵線與高層寫(xiě)字樓，地鐵線緊鄰深基坑，地鐵埋深僅20 m，遠(yuǎn)高于基坑與人工挖孔樁開(kāi)挖深度，在基坑施工中需考慮基坑開(kāi)挖與地下水流動(dòng)對(duì)其安全的影響。深基坑與周邊建筑示意圖見(jiàn)圖1。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，在基坑開(kāi)挖到-22 m時(shí)，即基本在地鐵埋深深度，由基坑開(kāi)挖卸載引起的地鐵沉降變形在1 mm～2 mm之間，對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有影響；當(dāng)基坑繼續(xù)開(kāi)挖至-26 m時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明地下水位急劇下降(局部地下水位低至-25 m)，地鐵結(jié)構(gòu)沉降加速，沉降最大值達(dá)到17 mm，超過(guò)了16 mm報(bào)警值，此時(shí)基坑開(kāi)挖被迫終止。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)律來(lái)看，地下水位的下降同地鐵結(jié)構(gòu)的沉降有很強(qiáng)的相關(guān)性。由于基坑還需要繼續(xù)向下開(kāi)挖7 m，而且還有大體積人工挖孔樁向下開(kāi)挖數(shù)十米，必須采取必要的措施控制地鐵結(jié)構(gòu)的沉降量，以保障地鐵結(jié)構(gòu)的安全。

基于地下水位控制的重要性，在后期開(kāi)挖時(shí)需以控制地下水流動(dòng)為主要目標(biāo)。該項(xiàng)目采用雙排雙管旋噴樁與基巖裂隙灌漿相結(jié)合的方式，將原基坑設(shè)計(jì)的止水帷幕向下加深幾十米直至不透水層，封閉地鐵周圍土層地下水的流動(dòng)通道，并在基坑周圍進(jìn)行持續(xù)灌水補(bǔ)水，盡量恢復(fù)周圍環(huán)境的地下水位。采取以上措施之后，周邊地下水位上升了6 m～9 m，在地鐵埋深深度之上。之后基坑開(kāi)挖監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，地鐵沉降雖然有所增加，但逐漸趨于穩(wěn)定，僅僅增加了2 mm～4 mm，表明后續(xù)止水措施是積極有效的，保障了周邊建筑的結(jié)構(gòu)安全。

2 施工降水對(duì)本建筑安全的影響

施工降水是為了保障在施工期間結(jié)構(gòu)的安全性。由于在進(jìn)行地下施工時(shí)，基礎(chǔ)上荷載很低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到工程完工后的設(shè)計(jì)荷載。當(dāng)水浮力較大時(shí)，會(huì)對(duì)基礎(chǔ)等地下結(jié)構(gòu)的安全性帶來(lái)很大的威脅。在實(shí)踐中有不少提前停止降水造成結(jié)構(gòu)開(kāi)裂破壞的案例。

近年來(lái)，工程界越來(lái)越重視基坑降水對(duì)建筑的影響，并開(kāi)展了大量的研究與實(shí)踐[2-5]，但迄今為止還很少見(jiàn)到有從設(shè)計(jì)與施工兩個(gè)角度結(jié)合在一起的研究。實(shí)際上建筑在設(shè)計(jì)狀態(tài)下設(shè)計(jì)成果通常只對(duì)完整的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下的安全性進(jìn)行復(fù)核，但在施工中間狀態(tài)，結(jié)構(gòu)體系與荷載工況同最終狀態(tài)有很大的差別，此時(shí)需按照施工狀態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性復(fù)核，以保障施工過(guò)程中的結(jié)構(gòu)安全。施工降水的停止時(shí)間是保障水浮力工況下地下結(jié)構(gòu)安全的重要參數(shù)。接下來(lái)以兩實(shí)際工程案例(工程一、工程二)來(lái)探討提前停止施工降水對(duì)建筑安全的影響。其中工程一設(shè)計(jì)中包含水浮力工況，而工程二設(shè)計(jì)中水浮力工況不起控制作用。

工程一為四川某建筑，該場(chǎng)地地下水位較高，周圍土層均為透水層，水浮力作用顯著，地下結(jié)構(gòu)頂板有2 m厚覆土，在考慮覆土重量之后地下結(jié)構(gòu)能夠滿足抗浮要求。該工程施工過(guò)程中，在地下室施工完成與肥槽回填結(jié)束之后停止降水，但地下室頂板覆土尚未施工，此時(shí)該結(jié)構(gòu)不滿足整體抗浮要求，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)底板出現(xiàn)很多裂縫。事故原因分析：在停止施工降水之后，由于上部結(jié)構(gòu)以及地下室頂板覆土尚未施工，地下室在水浮力作用下，框架柱底壓力小于水浮力從而發(fā)生向上位移，基礎(chǔ)底板同設(shè)計(jì)狀態(tài)下的受力工況顯著不同，框架柱基礎(chǔ)難以發(fā)揮對(duì)基礎(chǔ)底板的支撐作用，會(huì)產(chǎn)生較大的整體撓曲，從而開(kāi)裂。該工程事故的主要原因在于施工降水停止過(guò)早，在施工狀態(tài)下，地下結(jié)構(gòu)荷載不滿足抗浮設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)生了整體上浮，導(dǎo)致基礎(chǔ)底板開(kāi)裂。

工程二為安徽某工程，勘察結(jié)果顯示該場(chǎng)地主要土層水滲透系數(shù)很低，基底水頭較低，水浮力問(wèn)題不嚴(yán)重，設(shè)計(jì)中水浮力工況不起控制作用，而且在考慮地下車庫(kù)頂板覆土之后，水浮力可不考慮。但施工過(guò)程中該結(jié)構(gòu)在基坑開(kāi)挖之后，基坑內(nèi)原低滲透性土層被挖除，下雨之后結(jié)構(gòu)水浮力作用顯著，這同設(shè)計(jì)工況截然不同，因此在施工中必須注意施工排水，以消除施工過(guò)程的水浮力作用，保障結(jié)構(gòu)安全性。該工程包含四棟主體結(jié)構(gòu)，地下是大面積車庫(kù)(見(jiàn)圖2)，車庫(kù)頂部有2 m多厚的覆土，在結(jié)構(gòu)施工完成之后，發(fā)現(xiàn)地下車庫(kù)框架柱、框架梁、車庫(kù)頂板以及基礎(chǔ)底板均有大量裂縫(見(jiàn)圖3，圖4)。

工程二事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)：該工程主體結(jié)構(gòu)已施工完成，肥槽回填完畢，車庫(kù)頂板覆土尚未回填；在事故近期當(dāng)?shù)剡B續(xù)幾天暴雨，而施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有采取排水措施，導(dǎo)致大量雨水灌入，對(duì)基礎(chǔ)底板鉆孔監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，地下水從孔內(nèi)冒起近3 m，這表明基礎(chǔ)底板受到了近3 m水頭的向上壓力；設(shè)計(jì)狀態(tài)下，該工程周圍為低滲透性水層，水浮力工況不起控制作用，同施工狀態(tài)有顯著差異，而且設(shè)計(jì)中抵抗水浮力的車庫(kù)頂板覆土在施工狀態(tài)下不具備；結(jié)構(gòu)施工完成，主體結(jié)構(gòu)荷載很高，結(jié)構(gòu)整體荷載遠(yuǎn)超過(guò)水浮力，因此沒(méi)有發(fā)生整體上浮，但是主樓之間地下車庫(kù)部分發(fā)生了局部上浮，導(dǎo)致地下車庫(kù)結(jié)構(gòu)在水浮力作用下產(chǎn)生了大量的裂縫。該工程事故的主要原因在于沒(méi)有在地面上采取排水措施。盡管理論上回填粘土滲透性較弱，但施工密實(shí)度不夠，在雨水浸泡之下水浮力作用仍然較為顯著。盡管主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完畢，地下結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生整體上浮，但局部上浮對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成了嚴(yán)峻的后果。

3 結(jié)語(yǔ)

施工降水是建筑結(jié)構(gòu)基坑施工的重要技術(shù)措施，然而采取的措施不當(dāng)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)安全造成嚴(yán)重的影響。1)深基坑大開(kāi)挖會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重影響，尤其是地下水位會(huì)發(fā)生急劇變化，從而導(dǎo)致基坑周邊已有建筑的穩(wěn)定地基發(fā)生擾動(dòng)，繼續(xù)沉降?？刹捎贸畹闹顾∧蛔钄嗟叵滤蚧拥牧鲃?dòng)，并對(duì)周邊土體持續(xù)灌水，以維持周邊環(huán)境地下水位不致發(fā)生劇烈變動(dòng)。2)施工降水停止時(shí)間對(duì)于結(jié)構(gòu)自身的安全性有著重要的影響。當(dāng)停止降水之后，如果施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)荷載不足以抵抗水浮力，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生整體上浮，會(huì)對(duì)地下結(jié)構(gòu)安全性造成極大威脅。3)當(dāng)設(shè)計(jì)中水浮力工況不起控制作用時(shí)，施工降水或排水措施不當(dāng)，施工肥槽回填土施工質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)安全性同樣具有嚴(yán)重威脅。即使上部結(jié)構(gòu)自重足以克服水浮力不發(fā)生整體上浮，但地下結(jié)構(gòu)局部水浮力作用會(huì)造成地下結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重?fù)p傷。4)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，會(huì)遇到諸多施工過(guò)程結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)完成結(jié)構(gòu)工況不一致的情況，應(yīng)根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)施工狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核，以保障建筑在施工過(guò)程中的安全性。

[1] 孫宏偉.巖土工程進(jìn)展與實(shí)踐案例選編[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016.

[2] 邱 玉，魏煥衛(wèi)，蔣洪勝.基坑降水對(duì)周邊建筑物影響的實(shí)測(cè)與理論分析[J].山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，27(4)：435-439.

[3] 趙 楠，聶其林，劉龍飛，等.高層建筑停止降水與沉降后澆帶封閉時(shí)間探討[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013，43(sup)：259-277.

[4] 王 晉.某工程地下室上浮事故淺析及處置加固補(bǔ)救措施[J].福建建筑，2013，177(3)：96-99.

[5] 劉 平.設(shè)計(jì)施工中要提高對(duì)地下水浮力危害的影響[J].結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，2015，216(2)：63-65.

The analysis of the influence on structure safety of construction dewatering measures

Ren Yanhong1Wang Dongfang2

(1.ShandongShenglongConstructionEngineeringCo.,Ltd,Laiyang265200,China；2.BeijingA&CEngineeringTechnologyConsultingCo.,Ltd,Beijing100022,China)

Taking the super-large and super-deep foundation as an example, the paper explores the impact of construction dewatering upon adjacent building safety. Taking two actual engineering dewatering accidents as an example, it analyzes the impact of construction dewatering interruption upon the water buoyant force conditions, which has provided some guidance for formulating building engineering dewatering scheme.

construction dewatering, adjacent building, water buoyant force, safety

1009-6825(2017)01-0096-02

2016-10-26

任言宏(1973- )，男，工程師

TU311

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