地铁基坑施工对近接老旧房屋影响研究及保护措施探讨

顾浩磊 邓向振

1.南京地铁建设有限责任公司 江苏 南京 210000

2.中国建筑第八工程局有限公司 江苏 南京 210000

1 引言

随着城市化进程的加快，城市人口越来越多，交通拥堵日益严重，因此，开发利用城市地下空间成为解决城市发展与用地紧缺之间矛盾的主要手段。

我国是世界第一人口大国，全国各地尚存的老旧房屋众多。随着城市建设规模的增大，一些地铁施工难免要经过这些结构稳定性欠佳的老旧房屋，施工建设过程中不仅容易引发各类地质环境问题，还将直接对邻近房屋的结构安全带来危害。虽然地铁施工过程中会采用一些加固措施对近接老旧房屋的结构进行保护，但是由于老旧房屋建造年代久远，基础型式较为简单，且缺乏适当的维护，造成此类房屋抵抗外部荷载的能力显著降低。长期处于施工环境下，周边地表不出现不均匀沉降，将会导致房屋倾斜、主要受力构件出现裂缝等情况，极易影响老旧房屋的服役性能。

2 房屋破坏等级划分

目前，国内外对房屋的类型以及沉降和倾斜等破坏属性提出了多种不同的分级标准及评估方法，包括地震灾害对建筑物破坏分类、《危险房屋鉴定标准》JGJ125-2016、BRE提出的建筑物破坏分类，如表1所示。

表1 房屋破坏等级划分比较

房屋安全鉴定单位通常采用房屋完损等级来评价房屋的破坏情况，并根据房屋的结构、构件等完好或损坏程度，将房屋划分为完好房、基本完好房、一般损坏房、严重损坏房和危险房五个等级[2]。

3 房屋保护措施

对近接老旧房屋保护是地铁基坑施工全过程的重要步骤之一，是确保房屋安全运行，使工程顺利施工的重要手段。一般施工前先对现况房屋的建筑类型、位置、建造年代等进行初步调查，据此设计最为合理的保护措施。同时在施工过程中对房屋进行实时监测，根据监测数据值及时调整施工进度，确保近接老旧房屋安全。

3.1 房屋加固

仇伟[1]根据工程实例，通过对老旧房屋的地基基础、上部承重结构及围护结构进行调查与检测，再对房屋的承载能力进行验算，确定房屋施工前状态，据此提出采用高延性混凝土双面加固砌体受压构件的加固方案，加固施工完成后，对加固效果进行检验，结果表明此加固方案可以有效解决砌体构件承载力不足的问题。郑翔等[2]对基坑施工期间内邻近地表及建筑物的沉降进行监测和分析，并根据监测数据和周边环境实际情况，提出在车站基坑中，通过设置钢支撑轴力伺服系统的措施，减小相应区段邻近房屋的沉降变形，达到保护房屋的目的。刘凤洲等[3]利用基坑施工各阶段的监测数据，重点分析了施工对邻近房屋的影响，结果表明，围护结构成槽浇筑阶段对周边房屋沉降影响较大，均值超过了基坑开挖阶段房屋产生的沉降值，据此提出提高泥浆比重、控制泥浆液面高度、缩短浇筑时间等方案，控制因围护结构成槽浇筑施工对周边房屋引起的沉降。

根据以上实际工程案例可知，房屋加固措施需根据房屋现状及工程实际确定，且加固后能有效保护房屋变形，确保施工顺利进行和房屋安全。

3.2 数值模拟

数值模拟是研究基坑施工对周边环境影响的重要手段，通过数值模拟的方法，可以在工程施工之前，对工区周边环境影响进行预测分析。模拟分析施工方案的合理性，为周边环境保护方案的设计提供参考依据。

孔令华等[4]采用MIDAS GTS有限元软件模拟施工过程，得出老旧房屋模拟位移与实测位移相近的结果，确认模拟结果的可靠性，通过预测老旧房屋在施工过程中的变形，提出采用基坑支护和分层开挖的方法，控制老旧房屋在施工过程中的变形，保护房屋安全。李鹏宇[5]采用FLAC 3D软件建立模型，模拟深基坑开挖对邻近房屋的影响，结果发现，基坑施工会使邻近房屋及周边地面产生了差异沉降，将直接导致房屋出现裂缝、倾斜等危害，据此提出了控制施工进度和加强监测的建议，对周边房屋的沉降变形进行控制[3]。

由此可知，数值模拟在基坑开挖对近接老旧房屋影响问题上应用十分普遍，通过采用数值模拟的方法，可以较好的模拟施工对周边环境的影响程度，为周边老旧房屋的保护提供参考依据。

4 实际工程保护案例

以南京市号线白云亭站深基坑工程为例。车站西侧为白云小区、陆军干休所等；车站东侧为桃园世纪住宅楼等。其中有7栋为桩基础房屋，占比达到70%，且建造时间均在1984年～1994年，其结构型式大多为框架结构、框架结构与砖混结构结合或砌体结构。另有1栋浅基础和2栋条形基础房屋，占比为30%，建造时间在1984年～1988年之间，其结构型式为砖混结构和框架结构。周边老旧房屋与基坑的位置关系详细情况如图1所示。

图1 基坑与老旧房屋平面位置关系图

基于工程实际情况及对周边老旧房屋的基本情况，选取建造时间最久远且基础形式较为简单的热河南路59号楼展开施工前检测。

该建筑建成于1984年，为一幢六层砌体结构建筑，墙体采用240mm厚烧结普通砖、水泥混合砂浆砌筑，楼（屋）面板采用预制钢筋混凝土空心板，不上人平屋面，其外墙及楼梯间四角均设置有钢筋混凝土构造柱，楼屋面处设有封闭圈梁。

本次检测主要包含以下内容：

（1）地基基础检查

根据现场实际情况，对热河南路59号楼具备观测条件的外墙阳角布置测点，采用高精度全站仪及钢卷尺进行建筑物整体倾斜检测。检测结果显示，该房屋南北向整体向北倾斜0.07‰，东西向整体向东倾斜+0.17‰。并且该房屋的主要承重构件、墙体及相关连接点也未发现异常，评定该楼栋地基处于非危险状态。

（2）房屋损伤状况检查

依据已有检测报告及现场检测结果得知，热河南路59号楼存在墙体粉刷层开裂、预制板板缝裂开等情况。后经凿开部分承重砌体构件粉刷层检查发现，砌体构件所属环境正常，砌筑砂浆有明显的风化迹象，风化深度约10～15mm，在可控范围之内。且楼栋排水正常，无明显剪切变形迹象[4]。

（3）砂浆抗压强度检测

根据现场实际情况，抽取热河南路59号楼部分砌体构件，利用贯入式砂浆强度检测仪，采用贯入法检测其砌筑砂浆的抗压强度。检测结果显示，砂浆抗压强度的推定值处于4.1MPa～6.0MPa之间，砂浆整体满足强度要求。

（4）砖抗压强度检测

根据现场实际情况，随机抽取热河南路59号楼部分砌体结构构件，利用砖回弹仪，采用回弹法对其砌筑所用砖的抗压强度进行检测。结果显示，砖的抗压强度推定值处于12.63MPa～13.16MPa之间，砖强度推定等级为MU10，未发现砖强度异常变化。

（5）墙体局部倾斜变形检测

根据规范要求及现场实际情况，抽取热河南路部分墙体，对其局部倾斜变形进行检测。检测结果显示，部分墙体的局部倾斜变形大于7‰，应当评为危险构件，其余砌体结构构件均为非危险构件。

综合上述检测结果，将热河南路59号楼房屋结构的危险性等级评定为C级，即部分承重结构不能满足安全使用要求，房屋局部处于危险状态，构成局部危房。因此应当采取一定的措施对房屋进行保护，以确保房屋安全及施工顺利进行。

由于基坑和周边老旧房屋之间管线较多，对房屋直接采取加固措施会受到众多因素的干扰，且容易破坏周围管线。结合实际情况，本工程选用对软土地基加固处理和支撑伺服轴力系统相结合的方式对周边老旧房屋进行保护。

4.1 软土地基加固处理

由于本站底板主要在淤泥质粉质黏土层中。为控制基坑变形和地表沉降，确保周边老旧房屋安全，对此区段软土地基采取加固处理措施[5]。

（1）对基底软土地层，采取三轴搅拌桩抽条加固；

（2）三轴搅拌桩可采用φ850@600矩形布置。搅拌桩水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。坑内加固基底以下水泥掺入量不小于被加固土重的20%；基底以上水泥掺量为10%。坑外加固（含槽壁加固）水泥掺入量不小于被加固土重的14%。水泥浆水灰比为0.45～0.55；

（3）强加固区加固后，28天土体无侧限抗压强度大于0.8MPa，并且渗透系数小于1×10-6cm/s。

4.2 钢支撑伺服轴力系统

钢支撑伺服轴力补偿系统能够对周边老旧房屋的变形进行控制，确保周边老旧房屋安全，同时保证了周边管线不被破坏。

根据实际工程需求，本工程对基坑采用如图2所示的伺服轴力分段模式。

图2 钢支撑伺服轴力系统分段

所采用的方法如下：

（1）通过围护结构测斜管埋设对围护结构侧向变形展开监测。

（2）通过白云亭站伺服钢支撑基坑布置地表沉降监测点对坑外地表沉降展开监测。

（3）通过白云亭站伺服钢支撑基坑预埋墙后土压力盒对墙后土压力展开监测，探明基坑开挖过程中非极限状态下土压力的荷载分布形式。

（4）通过白云亭站伺服钢支撑基坑现场实测的手段，探究基坑开挖过程中明确伺服钢支撑与普通在开挖过程中轴力发展特征。考虑到监测点的相互验证和综合分析，轴力监测点位置应选在靠近测斜孔的位置。

（5）通过建立Plaxis 2D模型进行计算分析，结合基坑开挖过程中的监测数据，分析基坑开挖过程中围护结构变形、地表沉降、土压力、支撑轴力的发展特征，探究支撑轴力与围护结构变形间的映射关系，初步建立液压伺服钢支撑轴力调整方式。

5 结语与展望

随着城市交通的不断完善，地铁基坑施工引起近接老旧房屋的安全问题层出不穷。本文总结了近年来实际工程中常采用的房屋保护措施，据此提出如下尚需加深研究力度的结论：

（1）对于基坑施工区周边环境较为复杂的工程，现有的房屋加固措施实施较为困难，房屋的安全性只能通过控制施工和加强监测等方式提升，因此如何直接对房屋采取合理的加固措施值得研究与探讨。

（2）对于复杂地质及城市中邻近建筑群的深基坑，由于影响因素较多，采用数值模拟的方式预测建筑物变形具有一定的局限性，因此施工过程中如何准确地预测和优化周边环境的变化情况有待进一步研究。

（3）数值模拟虽然可以直观的表达基坑施工对周边环境的影响，但如何更加简单的模拟施工过程、选取本构模型、提升模型结果的准确性等应当深入研究。