地下工程对历史建筑变形的控制要求

盾构（顶管）等暗挖工程及基坑工程施工产生的土体变形对周边历史建筑的影响主要分为：差异沉降、挠度比、角变量、水平应变等四大类。以下将各类变形的含义及控制要求进行具体介绍。

1.变形分类及定义

（1）沉降、差异沉降与倾角

如图6-2所示，ρi为第i点向下的位移，即沉降值，而ρhi为第i点向上的位移，即上抬值。δij为第i点和第j点之间的差异沉降。倾角θ为第i点和第j点之间的差异沉降δij与这两点之间的距离Lij的比值，用来描述沉降曲线的坡度。

图6-2　沉降值ρi、差异沉降δij、倾角θ的定义

（2）凹陷变形、上拱变形、相对挠度、挠度比

图6-3　凹陷与上拱变形及相对挠度Δ，挠度比Δ/L的定义

如图6-3所示，建筑物的变形有凹陷和上拱两种模式，其中凹陷意味着建筑物沉降剖面曲线上凹，而上拱意味着建筑物沉降剖面曲线下凹，图中的D点为凹陷和上拱变形的分界点。相对挠度Δ为建筑物沉降剖面曲线与两参考点连线之间的最大距离。挠度比为相对挠度Δ与两参考点之间距离的比值，即Δ/L。挠度比可用来近似地衡量沉降曲线的曲率，它一般与弯曲引起的变形相关。

（3）刚体转动量和角变量

如图6-4所示，整个结构的刚体转动量用ω表示。建筑物发生刚体转动时并不会引起建筑物构件的扭曲变形，因此建筑物的梁、柱、墙及基础等不会发生开裂破坏。角变量θ为转角β与刚体转动量ω的差值，用来衡量由剪切引起的变形。

（4）水平位移与水平应变

如图6-5所示，ρli为第i点的水平位移。水平应变εl为第i点和第j点之间的水平位移之差与这两点之间距离的比值，它是第i点和第j点之间的一个平均应变。

图6-4　刚体转动量ω、角变量θ的定义(www.xing528.com)

图6-5　水平位移ρli、水平应变εl的定义

需要指出的是，上述有关变量的定义适用于平面内的情况，描述建筑物的三维变形行为时还应考虑扭转。上述有关变量中与建筑物的扭曲变形或开裂直接相关的是差异沉降量、角变量、相对挠度（或挠度比）及水平应变。

2.历史建筑的变形控制要求

历史建筑由于土体变形而引起的开裂与许多因素有关，包括地基土的力学性质、基础的形式、结构的材料、结构的类型与体量、结构所受荷载的分布与大小、沉降的速率与均匀性等。由于影响因素繁多，建筑物因沉降而受损的机理非常复杂，也就难以采用理论分析的方法计算出建筑物的容许沉降量。因此，目前关于建筑物容许沉降量的有关标准都是建立在已有建筑物现场沉降及损坏现象观测的基础上。

目前，建筑物安全评定的大部分标准都是按照建筑物的倾斜度制定的。《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011），按照各类建筑物的特点和不同类别的地基土，对建筑物倾斜度的设计允许值，即安全容许值给出了明确的规定，见表6-2。

表6-2　建筑物的地基变形允许值

注：1.括号内数据仅适用于中压缩性土。
2.L为相邻柱基的中心距离（mm）。

本书4.1节也已对建筑物的差异沉降、挠度比、角变量、水平应变等列出了相应的控制值以作参考。

以上列出的历史建筑变形控制值均为建筑物变形总控制值，当采用数值模拟预估出的沉降、差异沉降、角变量等变形量仅为施工期间建筑物所发生的新变形值。施工期间采用的历史建筑变形控制值，应在建筑变形总控制值的基础上扣除已有变形值及后期变形值来合理确定。即

式中，ε0为建筑物的变形总控制值；ε1为建筑物已有的变形值；ε2为施工期间建筑物的变形值；ε3为建筑物后期变形值。

ε1（建筑已有的变形值）可通过邻近施工前的质量保全调查或第三方鉴定工作得出；ε3（建筑物后期变形值）主要为邻近施工结束后历史建筑物地基在附加应力作用下的最终固结沉降变形，可根据地基土的沉降固结理论计算得出，一般不会大于施工期间变形值的10%～15%。

若采用数值模拟预估施工期间的建筑变形满足式（6-1）的要求，则可以确定最终的历史建筑保护方案。若不满足，则应修改历史建筑保护设计方案，直至满足要求。