闹市区历史保护建筑改建工程中的等厚度水泥土地下连续墙全过程施工监控与分析

李 兵 李鑫奎 赵一鸣 施 臻

1. 上海建工集团股份有限公司 上海 200080；2. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080；3. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

随着我国沿海城市工程建设的快速发展，等厚度水泥土地下连续墙（TRD）工法应用变得越来越广泛。目前，TRD工法在城市深基坑工程施工中的应用越来越多，TRD在施工过程中会对邻近土体产生一定程度的扰动影响，即会造成周边建筑结构的受力重分布现象，因此对周边建筑的环境监控及微变形控制是非常重要的。王刚[1]、李星等[2]、王卫东等[3]对TRD工法在深基坑围护施工技术中的应用作出了针对性的介绍、科学研究、工程实践应用总结，并在TRD施工时对周边建筑的安全稳定性作出了一定的环境影响分析和变形控制措施。我国现阶段，结构监测主要应用于大型的重要保护性建筑工程、桥梁工程、市政工程等。尤其对建筑结构在施工全过程中内力、变形等受力状态的实时监控是非常重要的，对于较危险工况的施工监测更是很有必要的，它能为建筑改造、施工全过程中的原有结构安全起到保驾护航的作用[4-5]。

本文基于上海南京东路179号街坊项目新康大楼工程，采用无线自动化监测技术和有限元方法对新康大楼TRD施工全过程中外墙保护所用的钢桁架结构沉降变形、倾斜变形、结构应力等参数进行了施工监测应用，并着重分析了TRD施工对保护外墙的钢桁架结构安全性、稳定性的影响。此结论将为今后类似保护建筑TRD施工提供一定的应用指导意见。

1 工程概况

上海市南京东路179号街坊项目新康大楼外墙保护工程，位于黄浦区江西中路264号，该建筑于1916～1921年间建造完成，为钢筋混凝土框架结构，是一座重要的历史保护建筑，其占地面积约1 154 m2，总建筑面积约10 433.38 m2。现阶段，采用钢桁架结构对该历史性混凝土结构的外墙进行加固保护，同时对内侧建筑结构进行拆除、新建等全施工改造，并开挖5层地下室，后期采用逆作法施工开挖此深基坑，开挖前在原新康大楼结构内侧进行内外2道TRD施工，以达到后期施工过程中保证该外墙结构的稳定性、安全性的目的。

2 TRD施工全过程监控分析

根据TRD施工进度计划，2017年10月—2018年4月期间，新康大楼内侧的双层TRD施工工作已顺利完成。在TRD施工全过程中，对新康大楼保护外墙的钢桁架结构沉降变形、倾斜变形、应力应变进行了自动化监测工作，监测数据采集频率为5 min采集1次。根据施工现场监测方案布置的情况：共设有11套静力水准仪（CJ01～CJ11），用于实时自动化监测钢桁架结构沉降变形；应力计34支（YB01～YB34），用于实时自动化监测钢桁架结构内力；18套高精度倾角仪（QX01～QX18），用于实时自动化监测钢桁架的面内与面外倾斜变形；并配合人工定期复核自动化数据，确保自动化监测数据的准确性（图1）。

图1 新康大楼钢桁架结构施工监控测点布置

2.1 仿真模拟及理论分析

在TRD施工前，通过有限元方法对新康大楼钢桁架结构的变形及内力情况进行了比较分析。考虑分段支座位移影响后结构最大位移为26.9 mm，位移角为1/1 312，发生在西侧原结构柱顶位置，较初始状态略有增大，在TRD施工期间或后期深基坑开挖过程中，应密切注意采取相关措施控制顶部结构位移。钢结构构件验算均满足强度要求，绝大部分构件应力比均在0.6以下。

在考虑施工对结构整体稳定性影响的前提下，采取施工过程监测同时进行的方式，通过实时监测沉降变形、倾斜变形、结构应力等，来确保整个钢桁架的结构安全与稳定。通过有限元理论计算及设计提供的规范要求，最终确定了沉降变形、倾斜变形、结构应力的预警值和报警值，从而为后期全面施工过程中的安全监测提供了安全警戒数据。

2.2 沉降变形监测分析

由TRD施工期间新康大楼钢桁架结构的沉降变形时程线数据（图2）可知，在整个TRD施工期间，钢桁架整体结构呈现先上浮，后下沉，最终达到稳定状态的趋势，尤其在TRD施工至新康大楼内部北侧及西侧的这段时间，整体钢桁架结构上浮较为明显，升幅5～10 mm，即第1道TRD施工、清障对原有结构沉降变形影响较大。而在第1道TRD施工结束，开始进行第2道TRD施工时，钢桁架整体结构沉降变形较为稳定，即可说明第1道TRD施工后，结构已经有1道安全保障。在TRD工序的每一小段施工时，也是呈现先上浮，停止TRD施工时又出现小幅度下沉的趋势。沉降差异变形基本在设计控制要求内，个别点差异变形出现预警，但该测点数据已在近3个月内较稳定，变化幅度也较小，从整个沉降变形变化曲线亦可说明目前整个新康大楼钢桁架结构沉降变形数据基本是稳定的。

图2 新康大楼钢桁架TRD施工期间的沉降变形时程线

2.3 倾斜变形监测分析

由TRD施工期间新康大楼钢桁架结构的倾斜变形时程线数据（图3）可知，钢桁架结构不同倾斜监测点的累计倾角及倾斜率增量变化较为稳定，且均在设计的预警和报警控制要求内。面内、面外的倾角变化均较小；换算成倾斜率数据后经对比可知，面内、面外对应的累计倾斜率数据发展相对也较为稳定，基本保持在设计控制要求的范围内，其中个别倾斜测点数据有时超过0.2%，倾斜数据单点不作报警处理，仅供趋势分析用，TRD施工完成后，面外自动化倾斜率最大为0.197%，发生在QX03测点处。

图3 新康大楼钢桁架TRD施工期间的倾斜变形时程线

2.4 结构应力监测分析

由TRD施工期间新康大楼钢桁架结构的应力时程线数据（图4）可知，钢桁架和钢柱上不同应力监测点的累计应力增量变化较为稳定，且均在设计的预警和报警控制要求内。钢桁架上应力监测点对应的累计应力增量最值情况：最大压应力为48.63 MPa，发生在YB16测点处；最大拉应力为14.46 MPa，发生在YB03测点处。钢柱上应力监测点对应的累计应力增量最值情况：最大压应力为24.32 MPa，发生在YB34测点处；最大拉应力为15.79 MPa，发生在YB31测点处。

图4 新康大楼钢桁架TRD施工期间的结构应力时程线

3 结语

通过无线自动化监测技术、有限元方法的有效结合，对南京东路179号街坊项目新康大楼工程TRD施工全过程中外墙保护所用的钢桁架结构沉降变形、倾斜变形、结构应力等参数进行了施工监测应用，并着重对钢桁架结构的安全性、稳定性进行了详细分析。施工中发现：TRD施工对钢桁架的结构应力、倾斜变形影响不太明显，应力及倾斜的变化相对较稳定，但对钢结构沉降变形影响较为敏感，也表现出一定的时程变化规律。在整个TRD施工期间，钢桁架结构呈现先整体上浮，后整体下沉，最终达到稳定状态的趋势；在TRD工序的每一小段施工时，也是呈现先上浮，停止TRD施工后亦出现小幅度下沉的趋势。此结论可为今后类似保护建筑TRD施工提供一定的参考。