江南大廈北樓拆除主體結(jié)構(gòu)及地基反應(yīng)分析

趙泳

摘要：江南大廈北座拆除其存留南座主體結(jié)構(gòu)及地基反應(yīng)分析，并據(jù)分析結(jié)果對拆除施工提供措施建議。

關(guān)鍵詞：江南大廈北座 拆除 構(gòu)件力學反應(yīng)地基回彈 拆除措施

一、前 言

江南大廈地處深圳市羅湖區(qū)東門片區(qū)，如圖1所示，工程竣工于1991年12月，為15層鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，設(shè)有一層地下室，地下室采用地下連續(xù)墻，基礎(chǔ)采用挖孔灌注樁。持力層選在微風化巖層或堅實的中風化層，樁采用C30混凝土，承臺、基礎(chǔ)梁、地下室底板及外壁用C35混凝土。江南大廈北座產(chǎn)權(quán)由深圳深圳信和集團有限公司通過協(xié)議轉(zhuǎn)讓取得，現(xiàn)擬將北座拆除重建，具體拆除位置見圖2。

擬拆除的北座與保留的南座地下室相連，地上部分B軸和C軸結(jié)構(gòu)梁連接兩座建筑共墻，C～G軸結(jié)構(gòu)梁連接分離式墻。拆除方案擬自上而下逐層拆除。為了保證安全，需從多方面分析研究北座拆除對南座保留建筑（為正常營業(yè)酒店）的影響并為拆除施工提供作業(yè)指導。

圖1 江南大廈位置衛(wèi)星照片

圖2 江南大廈標準層平面和拆除位置示意圖

本報告主要分析拆除過程中江南大廈上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力變化和變形以及地基變形，分析由此可能產(chǎn)生的整體風險，為拆除施工提供指導。為達成上述目標，本分析需要包含以下三階段成果：

（1）委托專業(yè)咨詢機構(gòu)采用大型有限元仿真軟件模擬整個拆除過程，拆除建筑和保留建筑三維建模，進行三維有限元計算分析，根據(jù)分析結(jié)果形成大廈北側(cè)拆除過程的動畫演示，演示內(nèi)容具體應(yīng)包含拆除每一層時被拆除和保留建筑結(jié)構(gòu)的力學響應(yīng)。

（2）分析北座建筑地上部分拆除后，地下室的整體回彈，以及對江南大廈南座和信和商廈的影響。

（3）根據(jù)分析結(jié)果對拆除施工過程提出合理化規(guī)劃及應(yīng)急搶險方案。

二、結(jié)構(gòu)分析依據(jù)

中華人民共和國國家標準，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)

中華人民共和國行業(yè)標準，建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94-2008）

廣東省 深圳地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計試行規(guī)程(SJG1-88)

江南大廈竣工圖，中國建筑三局第三建筑安裝工程公司，1991年12月1日

深圳市土產(chǎn)、住宅綜合商業(yè)樓基建場地《工程地質(zhì)勘察報告》，深圳市地質(zhì)局水文工程地質(zhì)公司，1983年12月

三、場地地質(zhì)條件和巖土材料物理力學參數(shù)

根據(jù)深圳市地質(zhì)局水文工程地質(zhì)公司1983年12月完成的《工程地質(zhì)勘察報告》，本工程場地工程地質(zhì)條件如下：

3.1 場地地層巖性

（一）雜填土（Qml）

由建筑垃圾組成，成分有磚塊瓦碎等組成，松散。

（二）坡殘積土（Qdl+el）

主要由粘土組成，偶夾少量砂，可塑，失水后堅硬。分布于整個場地，厚度為2.1～10.4米，南部較厚，底部埋深4.0～12.5米。

（三）殘積土（Qel）

由上而下為亞粘土、輕亞粘土，結(jié)構(gòu)不均勻，為條帶狀混合巖風化土，常常保留原巖的條帶狀結(jié)構(gòu)，下部輕亞粘土含有母巖殘塊，錘擊易碎。本層厚度10.98～26.80m，層頂最小埋深4.00m，底部最大埋深30.8m。厚度及埋深，南部皆較北部大。

（四）強～中風化條帶混合巖

為下古生界變質(zhì)巖系，呈褐黃、灰黑色，中粒結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造，由基體和脈體組成，大部分長石礦物已風化成高嶺土，巖石常具有綠泥石化，巖石軟弱，部分浸水后易崩解。厚度0.4～7.31m，頂界埋深19.2～30.8m。

（五）微～弱風化條帶狀混合巖

為下古生界變質(zhì)巖系，呈灰黑色，中細粒結(jié)構(gòu)，條帶狀構(gòu)造，小褶曲發(fā)育，巖石由基體和脈體兩部分組成，基體主要為云母片巖、黑云斜長片麻巖，脈體主要為花崗巖、長石石英巖。巖石裂隙發(fā)育，產(chǎn)狀均較陡，其中以與巖石條帶狀產(chǎn)狀一致者最為發(fā)育，裂面有風化跡象，巖塊致密堅硬，巖石質(zhì)量指標（RQD）10～60%。埋深19.6～34.84m，北部埋深較南部淺。

3.2 水文地質(zhì)條件

場區(qū)內(nèi)地下水主要賦存于第四系巖土層中，地下水埋藏較淺，潛水面由南向北傾斜，地下水向北徑流；在基巖中有少量基巖裂隙水，略具承壓性。地下水最深1.47m（1983年測定）。

3.3巖土力學參數(shù)

本咨詢報告所用巖土體物理力學參數(shù)取自上述勘察報告，但變形模量采用《廣東省地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DBJ 15-31-2003）經(jīng)驗公式計算：廣東省《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（DBJ15－31－2003）推薦了殘積土和風化巖變形模量的取值方法，

式中為計算系數(shù)，其取值如表1所示：

表1變形模量計算系數(shù)表

硬質(zhì)巖 軟質(zhì)巖

標準慣入擊數(shù)N范圍 計算系數(shù) 標準慣入擊數(shù)N范圍 計算系數(shù)

2.3 2.0

2.5 2.3

3.0 2.5

回彈模量根據(jù)經(jīng)驗取3倍的壓縮模量，計算厚度取至微風化巖層頂部，根據(jù)初步估算該層以下回彈量很小。本咨詢報告采用的巖土體物理力學參數(shù)見表2：

表2 計算采用巖土力學物理參數(shù)

巖土名稱 狀態(tài) 標準貫入擊數(shù)N63.5 變形模量

（mPa） 回彈模量

（mPa）

填土 可塑 10 10 30

坡殘積粘土 可塑 14.5 29 87

殘積土 硬塑 25 57.5 172.5

強～中風化巖 — 53 132.5 397.5

四、上部結(jié)構(gòu)拆除仿真模擬成果

委托專業(yè)結(jié)構(gòu)咨詢機構(gòu)采用大型通用有限元程序，對江南大廈北座拆除過程進行了全程模擬。其計算模型如圖3所示。

圖3 江南大廈有限元模型

其主要結(jié)果包括如下：

1、應(yīng)力變化

2、結(jié)構(gòu)變形

3、彎矩變化

各個文件從不同的視角對結(jié)構(gòu)拆除過程中，拆除部分和剩余部分的力學響應(yīng)包括如結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形和最危險構(gòu)件的彎矩變化進行了演示。具體內(nèi)容包含于上述各文件。拆除前后，江南大廈南座最大位移發(fā)生在建筑物的頂部，絕對值2.5mm。

通過計算可知江南大廈南座④～⑤軸間梁內(nèi)力變化稍大，自重荷載作用下梁中最大彎矩計算結(jié)果如表3所示。

表3 拆除前后④軸～⑤軸間梁跨中最大彎矩（自重荷載作用下）

樓層

④軸～⑤軸間梁跨中最大彎矩(kN?m）

A軸 B軸 C軸

拆除前 拆除后 拆除前 拆除后 拆除前 拆除后

1層 — — — 440.66 308.22 310.42

2層 316.8 312.84 253 259.16 188.32 190.96

3層 314.82 309.76 248.6 246.18 189.86 193.6

4層 200.42 211.64 153.12 157.96 297.88 304.26

5層 203.72 216.92 155.32 161.04 298.98 306.46

6層 205.48 220.44 147.18 155.76 289.52 300.74

7層 210.76 226.38 149.82 159.5 291.28 304.04

8層 214.72 231.88 151.58 162.36 292.38 306.46

9層 218.24 236.94 153.56 165.22 293.48 308.44

10層 175.78 194.48 180.84 192.28 293.26 310.42

11層 176.22 197.78 181.06 193.82 294.36 313.28

12層 177.76 196.68 181.72 194.04 295.9 310.42

13層 179.52 199.1 183.26 195.8 293.7 311.74

14層 180.84 205.48 184.14 198.66 294.14 312.4

15層 198.88 222.2 249.48 277.86 286.22 328.46

五、拆除完成時基礎(chǔ)回彈分析

江南大廈北座拆除過程中，由于上部結(jié)構(gòu)拆除卸載會導致地基基礎(chǔ)回彈。根據(jù)竣工圖所示，大廈基礎(chǔ)采用挖孔灌注樁基礎(chǔ)，持力層選在微風化巖或堅實的中風化巖，樁下端嵌入基巖不小于800mm，所以大廈基礎(chǔ)為以端承樁為主的樁基。其地基基礎(chǔ)回彈包括樁端以下地基的回彈和因為樁身回彈導致樁端以上地層的回彈。同時考慮到最不利情況，還要計算拆除完成同時地下水位達到室外地坪時因水浮力導致基礎(chǔ)的回彈。該大廈北座拆除的自重結(jié)構(gòu)荷載為140777kN，同時，如按照地下水位達到室外地坪時，地下室底板水頭為4.65m，底板水壓力46.5kPa。對于上述兩種工況，具體分析結(jié)果如下：

根據(jù)以上考慮，分為兩種工況計算，（1）不考慮地下水對地下室的影響，（2）考慮拆除過程完成時與地下水位達到地面（壓力水頭4.65m）兩種工況。

地基內(nèi)因卸載產(chǎn)生的附加應(yīng)力采用明德林解（Mindlin）。計算層厚度取至微風化巖頂面標高。計算平面幾何尺寸如圖2所示。計算模型如圖4所示。

圖4 地基回彈計算模型

5.1 結(jié)構(gòu)拆除完成，同時地下水水位達到室外地坪

采用圖4模型，通過計算軟件計算地基回彈量等值線和云圖如圖5和圖6所示。

圖5考慮水浮力影響地基最終回彈量云圖（mm）

圖6考慮水浮力影響地基最終回彈量等值線（mm）

根據(jù)上兩圖可知在考慮水浮力的情況下北座地基最大回彈量為2.2mm，回彈主要集中于北座，南座北側(cè)回彈量約為1mm，南座南側(cè)回彈量很小。沿江南大廈原軸和軸（如圖4所示）作兩個剖面，計算剖面上地基的回彈量，其計算結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 考慮水浮力影響軸剖面地基回彈量（mm）

圖8 考慮水浮力影響軸剖面地基回彈量（mm）

為考察江南大廈北座拆除對信和商廈的影響，本報告計算了信和商廈南側(cè)建筑邊線的地基回彈量，沿信和商廈南側(cè)邊線上均布各點的計算結(jié)果如下圖所示。

圖9 考慮水的影響信和商廈地基回彈量（mm）

如上圖所示，江南大廈的拆除產(chǎn)生的地基回彈對信和商廈的影響很小，最大回彈量不超過0.1mm。

根據(jù)上述計算并考慮到一定的安全系數(shù)，拆除完成并考慮水浮力的影響，地基最大回彈量約4mm左右。

5.2地下水位在地下室底板以下時

本工況計算結(jié)果沒有考慮水浮力的影響，僅考慮拆除卸載產(chǎn)生的地基回彈。其回彈位移等值線和云圖如圖10和圖11所示。

圖10不考慮水的影響地基最終回彈量等值線（mm）

圖11 不考慮水的影響地基最終回彈量云圖（mm）

由上兩圖可知，不考慮水浮力的影響時，北座最大地基回彈量為1.5mm。南座北側(cè)最大回彈量為0.6mm。沿D軸剖面的地基回彈量如圖12所示。不考慮地下水影響時，信和商廈南側(cè)邊線均布各點的地基回彈量如圖13所示。根據(jù)計算可知，拆除完成后地基回彈量較小。

圖12 不考慮水的影響軸剖面地基回彈量（mm）

圖13不考慮水的影響信和商廈地基回彈量（mm）

根據(jù)上述計算并考慮到一定的安全系數(shù)，拆除完成不考慮水浮力的影響，地基最大回彈量約3.5mm左右。

六、拆除施工規(guī)劃及應(yīng)急搶險方案設(shè)置

拆除施工規(guī)劃

A 基本原則

⑴ 施工前應(yīng)嚴格按照《建筑拆除工程安全技術(shù)規(guī)范》制定詳細施工方案，

確保安全、環(huán)保；

⑵ 對北座和南座的連梁斷開一層拆除一層，施工程序應(yīng)從上至下，分層

拆除，按板、非承重墻、梁、承重墻、柱順序依次進行或依照先非承

重結(jié)構(gòu)后承重結(jié)構(gòu)原則進行拆除；

⑶ 拆除時加強對南座剩余部分結(jié)構(gòu)和北座基礎(chǔ)回彈的監(jiān)測。

B 具體措施

⑴ 屋檐、陽臺、雨棚、外樓梯、廣告牌等在拆除施工中容易失穩(wěn)的外挑構(gòu)

件，先予拆除；

⑵ 拆除框架結(jié)構(gòu)建筑，必須按樓板、次梁、主梁、柱子的順序進行施工。

拆除建筑的欄桿、樓梯、樓板等構(gòu)件，應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)整體拆除進度相配

合，不得先行拆除；

⑶ 建筑的承重梁、柱，應(yīng)在其所承載的全部構(gòu)件拆除后，再進行拆除；

⑷ 樓板（包括屋面）拆除，應(yīng)符合以下要求：現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板應(yīng)采用

粉碎性拆除。樓板粉碎后應(yīng)暫時保留其鋼筋網(wǎng)，待切割放梁前割除；

⑸ 次梁拆除時，應(yīng)將梁的二端各鑿一條寬0.1m的切割縫，割斷一端鋼筋

（先下層，后上層），使次梁一端自然向另一端傾斜后，割斷另一端鋼筋（先上層，后下層），用繩索將次梁放到下層屋面破碎；

⑹ 主梁拆除時，應(yīng)將梁的二端斜筋布置設(shè)置割離縫，用起重機吊住主梁，

割斷鋼筋后，放到下層樓面破碎；

⑺ 拆除柱子時，應(yīng)沿柱子底部剔鑿出鋼筋，使用手動倒鏈定向牽引，采用

氣焊切割柱子三面鋼筋，保留牽引方向正面的鋼筋；

⑻ 拆除管道及容器時，必須查清其殘留物的種類、化學性質(zhì)，采取相應(yīng)措

施后，方可進行拆除施工；

⑼ 結(jié)構(gòu)構(gòu)件拆除時應(yīng)防止構(gòu)件放置時的沖擊力對下層結(jié)構(gòu)造成破壞。

⑽ 拆卸下來的各種材料應(yīng)及時清理，分類堆放在指定場所，上層建筑垃圾

應(yīng)設(shè)立串筒傾倒，不得隨意從高處下拋，并及時清運。拆下的材料和建

筑垃圾應(yīng)及時清理，嚴禁高空拋下。拆卸的材料應(yīng)放置垂直升降設(shè)備或

流放槽卸下，建筑垃圾應(yīng)設(shè)置垃圾井道卸下。建筑垃圾井道，可在各層

樓板上鑿洞設(shè)置。洞口臨邊采取圍檔封閉措施，采用鋼管臨時維護，圍

護高度為不小于1.2米。開洞位置見圖14；

圖14建筑垃圾井道開洞位置

⑾ 屋面、樓面、平（陽）臺上，不得集中堆放材料和建筑垃圾，堆放的重

量或高度應(yīng)經(jīng)過計算，控制在結(jié)構(gòu)承載允許范圍內(nèi)；

⑿ 拆除每層樓板和梁柱前，對③～④間樓板和梁柱采用滿堂紅腳手架支撐

保護；

⒀ 拆除施工應(yīng)分段進行，不得垂直交叉作業(yè)。作業(yè)面的孔洞應(yīng)封閉；

⒁ 拆除過程中加強對南座建筑物的變形監(jiān)測，重點是拆除過程中建筑物變

形以及建筑物既有和新產(chǎn)生裂縫的發(fā)展，④～⑤間框架梁變形和裂縫監(jiān)

測是重點。建筑物變形監(jiān)測可采用水準儀、平板測微器測量；

⒂ 拆除過程中加強對江南大廈基礎(chǔ)回彈的監(jiān)測。施工中必須由專人負責監(jiān)

測被拆除建筑的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并應(yīng)做好記錄。當發(fā)現(xiàn)有不穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢

時，必須停止作業(yè)，采取有效措施，消除隱患。測量方法可采用在地下

室外墻上相應(yīng)測點埋入或打入頂部為光滑的凸球面的鋼制測釘。測釘與

混凝土間不應(yīng)松動。測點應(yīng)布置在地下室混凝土結(jié)構(gòu)上，應(yīng)布置在建筑

物的四角和邊長中部。布置時應(yīng)將測點布置于便于觀測且在施工過程中

不容易損壞的位置。回彈和沉降測量可采用高精度水準儀觀測高程變

化。

應(yīng)急搶險方案設(shè)置

如出現(xiàn)外界影響因素超常規(guī)變化或拆除分析考慮不全面的情況下，為最大限度的減小損失及保證人員及周邊建筑安全設(shè)置搶險專項方案：

⑴ 在拆除進程中始終保持部分建筑垃圾暫不外運，堆置于地下室內(nèi)以保持

卸載的分階段緩步進行；

⑵ 保證有足夠的裝砂袋儲備，以備在地基回彈迅速增加的情況下可在短時

間內(nèi)組織堆載反壓控制地基回彈；

⑶ 建設(shè)單位及承包單位在開工前都要求成立搶險臨時機構(gòu)，保證搶險工作

的迅速開展及良好協(xié)同；

⑷ 做好周邊單位及居民的告知及并建立聯(lián)絡(luò)渠道；

⑸ 保持周邊搶險交通流線的暢通。

7 工程實施

在做好開工前的論證及相關(guān)準備工作后，拆除工程于2011年5月開工，2011年9月安全拆除至建筑正負零，地基回彈、主要構(gòu)件變形值均在原論證的范圍內(nèi)，工程實施成功。

參考文獻：

1.中華人民共和國國家標準，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)

2.中華人民共和國行業(yè)標準，建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ 94-2008）

3.廣東省 深圳地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計試行規(guī)程(SJG1-88)

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。