江南大厦北楼拆除主体结构及地基反应分析

赵泳

摘要：江南大厦北座拆除其存留南座主体结构及地基反应分析，并据分析结果对拆除施工提供措施建议。

关键词：江南大厦北座 拆除 构件力学反应地基回弹 拆除措施

一、前 言

江南大厦地处深圳市罗湖区东门片区，如图1所示，工程竣工于1991年12月，为15层钢筋混凝土框架剪力墙结构，设有一层地下室，地下室采用地下连续墙，基础采用挖孔灌注桩。持力层选在微风化岩层或坚实的中风化层，桩采用C30混凝土，承台、基础梁、地下室底板及外壁用C35混凝土。江南大厦北座产权由深圳深圳信和集团有限公司通过协议转让取得，现拟将北座拆除重建，具体拆除位置见图2。

拟拆除的北座与保留的南座地下室相连，地上部分B轴和C轴结构梁连接两座建筑共墻，C～G轴结构梁连接分离式墙。拆除方案拟自上而下逐层拆除。为了保证安全，需从多方面分析研究北座拆除对南座保留建筑（为正常营业酒店）的影响并为拆除施工提供作业指导。

图1 江南大厦位置卫星照片

图2 江南大厦标准层平面和拆除位置示意图

本报告主要分析拆除过程中江南大厦上部结构内力变化和变形以及地基变形，分析由此可能产生的整体风险，为拆除施工提供指导。为达成上述目标，本分析需要包含以下三阶段成果：

（1）委托专业咨询机构采用大型有限元仿真软件模拟整个拆除过程，拆除建筑和保留建筑三维建模，进行三维有限元计算分析，根据分析结果形成大厦北侧拆除过程的动画演示，演示内容具体应包含拆除每一层时被拆除和保留建筑结构的力学响应。

（2）分析北座建筑地上部分拆除后，地下室的整体回弹，以及对江南大厦南座和信和商厦的影响。

（3）根据分析结果对拆除施工过程提出合理化规划及应急抢险方案。

二、结构分析依据

中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)

中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）

广东省 深圳地区建筑地基基础设计试行规程(SJG1-88)

江南大厦竣工图，中国建筑三局第三建筑安装工程公司，1991年12月1日

深圳市土产、住宅综合商业楼基建场地《工程地质勘察报告》，深圳市地质局水文工程地质公司，1983年12月

三、场地地质条件和岩土材料物理力学参数

根据深圳市地质局水文工程地质公司1983年12月完成的《工程地质勘察报告》，本工程场地工程地质条件如下：

3.1 场地地层岩性

（一）杂填土（Qml）

由建筑垃圾组成，成分有砖块瓦碎等组成，松散。

（二）坡残积土（Qdl+el）

主要由粘土组成，偶夹少量砂，可塑，失水后坚硬。分布于整个场地，厚度为2.1～10.4米，南部较厚，底部埋深4.0～12.5米。

（三）残积土（Qel）

由上而下为亚粘土、轻亚粘土，结构不均匀，为条带状混合岩风化土，常常保留原岩的条带状结构，下部轻亚粘土含有母岩残块，锤击易碎。本层厚度10.98～26.80m，层顶最小埋深4.00m，底部最大埋深30.8m。厚度及埋深，南部皆较北部大。

（四）强～中风化条带混合岩

为下古生界变质岩系，呈褐黄、灰黑色，中粒结构，条带状构造，由基体和脉体组成，大部分长石矿物已风化成高岭土，岩石常具有绿泥石化，岩石软弱，部分浸水后易崩解。厚度0.4～7.31m，顶界埋深19.2～30.8m。

（五）微～弱风化条带状混合岩

为下古生界变质岩系，呈灰黑色，中细粒结构，条带状构造，小褶曲发育，岩石由基体和脉体两部分组成，基体主要为云母片岩、黑云斜长片麻岩，脉体主要为花岗岩、长石石英岩。岩石裂隙发育，产状均较陡，其中以与岩石条带状产状一致者最为发育，裂面有风化迹象，岩块致密坚硬，岩石质量指标（RQD）10～60%。埋深19.6～34.84m，北部埋深较南部浅。

3.2 水文地质条件

场区内地下水主要赋存于第四系岩土层中，地下水埋藏较浅，潜水面由南向北倾斜，地下水向北径流；在基岩中有少量基岩裂隙水，略具承压性。地下水最深1.47m（1983年测定）。

3.3岩土力学参数

本咨询报告所用岩土体物理力学参数取自上述勘察报告，但变形模量采用《广东省地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2003）经验公式计算：广东省《地基基础设计规范》（DBJ15－31－2003）推荐了残积土和风化岩变形模量的取值方法，

式中为计算系数，其取值如表1所示：

表1变形模量计算系数表

硬质岩 软质岩

标准惯入击数N范围 计算系数 标准惯入击数N范围 计算系数

2.3 2.0

2.5 2.3

3.0 2.5

回弹模量根据经验取3倍的压缩模量，计算厚度取至微风化岩层顶部，根据初步估算该层以下回弹量很小。本咨询报告采用的岩土体物理力学参数见表2：

表2 计算采用岩土力学物理参数

岩土名称 状态 标准贯入击数N63.5 变形模量

（mPa） 回弹模量

（mPa）

填土 可塑 10 10 30

坡残积粘土 可塑 14.5 29 87

残积土 硬塑 25 57.5 172.5

强～中风化岩 — 53 132.5 397.5

四、上部结构拆除仿真模拟成果

委托专业结构咨询机构采用大型通用有限元程序，对江南大厦北座拆除过程进行了全程模拟。其计算模型如图3所示。

图3 江南大厦有限元模型

其主要结果包括如下：

1、应力变化

2、结构变形

3、弯矩变化

各个文件从不同的视角对结构拆除过程中，拆除部分和剩余部分的力学响应包括如结构应力、变形和最危险构件的弯矩变化进行了演示。具体内容包含于上述各文件。拆除前后，江南大厦南座最大位移发生在建筑物的顶部，绝对值2.5mm。

通过计算可知江南大厦南座④～⑤轴间梁内力变化稍大，自重荷载作用下梁中最大弯矩计算结果如表3所示。

表3 拆除前后④轴～⑤轴间梁跨中最大弯矩（自重荷载作用下）

楼层

④轴～⑤轴间梁跨中最大弯矩(kN•m）

A轴 B轴 C轴

拆除前 拆除后 拆除前 拆除后 拆除前 拆除后

1层 — — — 440.66 308.22 310.42

2层 316.8 312.84 253 259.16 188.32 190.96

3层 314.82 309.76 248.6 246.18 189.86 193.6

4层 200.42 211.64 153.12 157.96 297.88 304.26

5层 203.72 216.92 155.32 161.04 298.98 306.46

6层 205.48 220.44 147.18 155.76 289.52 300.74

7层 210.76 226.38 149.82 159.5 291.28 304.04

8层 214.72 231.88 151.58 162.36 292.38 306.46

9层 218.24 236.94 153.56 165.22 293.48 308.44

10层 175.78 194.48 180.84 192.28 293.26 310.42

11层 176.22 197.78 181.06 193.82 294.36 313.28

12层 177.76 196.68 181.72 194.04 295.9 310.42

13层 179.52 199.1 183.26 195.8 293.7 311.74

14层 180.84 205.48 184.14 198.66 294.14 312.4

15层 198.88 222.2 249.48 277.86 286.22 328.46

五、拆除完成时基础回弹分析

江南大厦北座拆除过程中，由于上部结构拆除卸载会导致地基基础回弹。根据竣工图所示，大厦基础采用挖孔灌注桩基础，持力层选在微风化岩或坚实的中风化岩，桩下端嵌入基岩不小于800mm，所以大厦基础为以端承桩为主的桩基。其地基基础回弹包括桩端以下地基的回弹和因为桩身回弹导致桩端以上地层的回弹。同时考虑到最不利情况，还要计算拆除完成同时地下水位达到室外地坪时因水浮力导致基础的回弹。该大厦北座拆除的自重结构荷载为140777kN，同时，如按照地下水位达到室外地坪时，地下室底板水头为4.65m，底板水压力46.5kPa。对于上述两种工况，具体分析结果如下：

根据以上考虑，分为两种工况计算，（1）不考虑地下水对地下室的影响，（2）考虑拆除过程完成时与地下水位达到地面（压力水头4.65m）两种工况。

地基内因卸载产生的附加应力采用明德林解（Mindlin）。计算层厚度取至微风化岩顶面标高。计算平面几何尺寸如图2所示。计算模型如图4所示。

图4 地基回弹计算模型

5.1 结构拆除完成，同时地下水水位达到室外地坪

采用图4模型，通过计算软件计算地基回弹量等值线和云图如图5和图6所示。

图5考虑水浮力影响地基最终回弹量云图（mm）

图6考虑水浮力影响地基最终回弹量等值线（mm）

根据上两图可知在考虑水浮力的情况下北座地基最大回弹量为2.2mm，回弹主要集中于北座，南座北侧回弹量约为1mm，南座南侧回弹量很小。沿江南大厦原轴和轴（如图4所示）作两个剖面，计算剖面上地基的回弹量，其计算结果如图7和图8所示。

图7 考虑水浮力影响轴剖面地基回弹量（mm）

图8 考虑水浮力影响轴剖面地基回弹量（mm）

为考察江南大厦北座拆除对信和商厦的影响，本报告计算了信和商厦南侧建筑边线的地基回弹量，沿信和商厦南侧边线上均布各点的计算结果如下图所示。

图9 考虑水的影响信和商厦地基回弹量（mm）

如上图所示，江南大厦的拆除产生的地基回弹对信和商厦的影响很小，最大回弹量不超过0.1mm。

根据上述计算并考虑到一定的安全系数，拆除完成并考虑水浮力的影响，地基最大回弹量约4mm左右。

5.2地下水位在地下室底板以下时

本工况计算结果没有考虑水浮力的影响，仅考虑拆除卸载产生的地基回弹。其回弹位移等值线和云图如图10和图11所示。

图10不考虑水的影响地基最终回弹量等值线（mm）

图11 不考虑水的影响地基最终回弹量云图（mm）

由上两图可知，不考虑水浮力的影响时，北座最大地基回弹量为1.5mm。南座北侧最大回弹量为0.6mm。沿D轴剖面的地基回弹量如图12所示。不考虑地下水影响时，信和商厦南侧边线均布各点的地基回弹量如图13所示。根据计算可知，拆除完成后地基回弹量较小。

图12 不考虑水的影响轴剖面地基回弹量（mm）

图13不考虑水的影响信和商厦地基回弹量（mm）

根据上述计算并考虑到一定的安全系数，拆除完成不考虑水浮力的影响，地基最大回弹量约3.5mm左右。

六、拆除施工规划及应急抢险方案设置

拆除施工规划

A 基本原则

⑴ 施工前应严格按照《建筑拆除工程安全技术规范》制定详细施工方案，

确保安全、环保；

⑵ 对北座和南座的连梁断开一层拆除一层，施工程序应从上至下，分层

拆除，按板、非承重墙、梁、承重墙、柱顺序依次进行或依照先非承

重結构后承重结构原则进行拆除；

⑶ 拆除时加强对南座剩余部分结构和北座基础回弹的监测。

B 具体措施

⑴ 屋檐、阳台、雨棚、外楼梯、广告牌等在拆除施工中容易失稳的外挑构

件，先予拆除；

⑵ 拆除框架结构建筑，必须按楼板、次梁、主梁、柱子的顺序进行施工。

拆除建筑的栏杆、楼梯、楼板等构件，应与建筑结构整体拆除进度相配

合，不得先行拆除；

⑶ 建筑的承重梁、柱，应在其所承载的全部构件拆除后，再进行拆除；

⑷ 楼板（包括屋面）拆除，应符合以下要求：现浇钢筋混凝土楼板应采用

粉碎性拆除。楼板粉碎后应暂时保留其钢筋网，待切割放梁前割除；

⑸ 次梁拆除时，应将梁的二端各凿一条宽0.1m的切割缝，割断一端钢筋

（先下层，后上层），使次梁一端自然向另一端倾斜后，割断另一端钢筋（先上层，后下层），用绳索将次梁放到下层屋面破碎；

⑹ 主梁拆除时，应将梁的二端斜筋布置设置割离缝，用起重机吊住主梁，

割断钢筋后，放到下层楼面破碎；

⑺ 拆除柱子时，应沿柱子底部剔凿出钢筋，使用手动倒链定向牵引，采用

气焊切割柱子三面钢筋，保留牵引方向正面的钢筋；

⑻ 拆除管道及容器时，必须查清其残留物的种类、化学性质，采取相应措

施后，方可进行拆除施工；

⑼ 结构构件拆除时应防止构件放置时的冲击力对下层结构造成破坏。

⑽ 拆卸下来的各种材料应及时清理，分类堆放在指定场所，上层建筑垃圾

应设立串筒倾倒，不得随意从高处下抛，并及时清运。拆下的材料和建

筑垃圾应及时清理，严禁高空抛下。拆卸的材料应放置垂直升降设备或

流放槽卸下，建筑垃圾应设置垃圾井道卸下。建筑垃圾井道，可在各层

楼板上凿洞设置。洞口临边采取围档封闭措施，采用钢管临时维护，围

护高度为不小于1.2米。开洞位置见图14；

图14建筑垃圾井道开洞位置

⑾ 屋面、楼面、平（阳）台上，不得集中堆放材料和建筑垃圾，堆放的重

量或高度应经过计算，控制在结构承载允许范围内；

⑿ 拆除每层楼板和梁柱前，对③～④间楼板和梁柱采用满堂红脚手架支撑

保护；

⒀ 拆除施工应分段进行，不得垂直交叉作业。作业面的孔洞应封闭；

⒁ 拆除过程中加强对南座建筑物的变形监测，重点是拆除过程中建筑物变

形以及建筑物既有和新产生裂缝的发展，④～⑤间框架梁变形和裂缝监

测是重点。建筑物变形监测可采用水准仪、平板测微器测量；

⒂ 拆除过程中加强对江南大厦基础回弹的监测。施工中必须由专人负责监

测被拆除建筑的结构状态，并应做好记录。当发现有不稳定状态的趋势

时，必须停止作业，采取有效措施，消除隐患。测量方法可采用在地下

室外墙上相应测点埋入或打入顶部为光滑的凸球面的钢制测钉。测钉与

混凝土间不应松动。测点应布置在地下室混凝土结构上，应布置在建筑

物的四角和边长中部。布置时应将测点布置于便于观测且在施工过程中

不容易损坏的位置。回弹和沉降测量可采用高精度水准仪观测高程变

化。

应急抢险方案设置

如出现外界影响因素超常规变化或拆除分析考虑不全面的情况下，为最大限度的减小损失及保证人员及周边建筑安全设置抢险专项方案：

⑴ 在拆除进程中始终保持部分建筑垃圾暂不外运，堆置于地下室内以保持

卸载的分阶段缓步进行；

⑵ 保证有足够的装砂袋储备，以备在地基回弹迅速增加的情况下可在短时

间内组织堆载反压控制地基回弹；

⑶ 建设单位及承包单位在开工前都要求成立抢险临时机构，保证抢险工作

的迅速开展及良好协同；

⑷ 做好周边单位及居民的告知及并建立联络渠道；

⑸ 保持周边抢险交通流线的畅通。

7 工程实施

在做好开工前的论证及相关准备工作后，拆除工程于2011年5月开工，2011年9月安全拆除至建筑正负零，地基回弹、主要构件变形值均在原论证的范围内，工程实施成功。

参考文献：

1.中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)

2.中华人民共和国行业标准，建筑桩基技术规范（JGJ 94-2008）

3.广东省 深圳地区建筑地基基础设计试行规程(SJG1-88)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。