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25000m2
。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45000m2
,地下商场为二层,建筑面积30000m2
,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 基坑降水方案
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”的降水施工方案。即在基坑周边布设了30眼降水井(深27m,Φ800mm)进行抽排,在钟楼和重要建筑物附近布设注水井18眼(深27m,Φ800mm)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27m,Φ800mm),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10.9m,地下水位深度为9.0
m,基坑降水后平均水位深度为12.4m,即平均水位
与原水位相比下降3.4m,即是说下水位要在基坑底线以下1.5m,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408.3181m,(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ZeissNi002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。
上述精度表明: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
1400.252.538400.202.532421.052.599380.712.473440.412.651048-1.762.774380.732.4711400.252.535420.44
2.59
1242-0.852.59644-0.382.6513400.342.537
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0.4n(n为测站数),单位为mm。基准点测站高差中误差μ=±ffn1
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
1240.791.9610300.642.192180.55
1.70
1128-1.322.12324-0.821.961228-0.052.12418-0.121.701328-1.042.125321.642.421428-0.692.126300.022.1915280.082.127300.682.1916302.102.198301.81
2.19
17
32
-1.68
2.26
9
30
-1.282.19
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
6161.131.6071140.541.507141.12
1.50
72140.501.50816-0.641.607320-0.581.79914-0.371.507418-1.431.7010140.67
1.50
75160.241.604130-0.702.1910014-0.221.5042140.36
1.50
10114-0.221.504316-1.451.6010214-0.041.5044160.07
1.60
103140.721.5045
16
-0.211.60
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。
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