市政桥梁施工对周边建筑物的影响评估

引言

随着我国城市化进程的不断加快，市政交通建设迎来了蓬勃发展的时期，市政桥梁作为城市交通网络的关键节点，其建设规模与数量持续增长。然而，市政桥梁施工往往处于城市建成区，周边建筑物密集，施工过程中不可避免地会对周边建筑物产生各种影响，如振动导致建筑结构开裂、土体变形引发建筑沉降等，这些问题不仅威胁着周边建筑物的安全与正常使用，也可能影响施工进度，甚至引发社会矛盾。

一、市政桥梁施工工艺与周边建筑特性分析

1.1 常见市政桥梁施工工艺

市政桥梁施工工艺因桥梁结构类型和施工环境差异呈现多样性。基础施工中，预制桩施工通过打桩机将预制混凝土桩或钢桩打入地基，过程中产生强烈振动和噪声，易对周边浅层建筑基础造成扰动；灌注桩施工采用钻孔机械成孔后灌注混凝土，虽振动较小，但泥浆护壁可能引发局部土体渗透变形。上部结构施工中，现浇法需搭设支架模板，对周边场地占用较大，支架加载可能改变局部土体应力分布。悬臂施工法则适用于大跨度桥梁，施工过程中结构自重逐步增加，对桥墩基础的不均衡作用力可能传导至周边土体。下部结构施工中，桥墩浇筑的混凝土养护用水若处理不当，可能渗入周边地基引发土体软化，而模板支护系统的临时荷载也会对周边地面产生附加压力。

1.2 周边建筑物结构类型与特性

临近建筑按结构形式可分为砖混建筑、框架建筑和特殊建筑。其中以墙作为主要受力的砖混结构抗变形能力差，整体性不足，对施工振动、地基不均匀沉降非常敏感；大多数年代比较老的居民建筑属于此类结构，墙体裂缝出现主要是因为不均匀沉降所致。以梁、柱为主要受力的框架结构整体性和抗震能力都比砖混结构强，抗变形能力较砖混结构高，框架节点处结构刚度大，对变形比砖混结构敏感，施工过程中产生的水平位移可能会在梁柱节点处形成裂缝，多用在新建的多层办公楼和新建民居。其他例如钢结构建筑自身重力较小，刚度小，反应强烈，受振动荷载影响明显；剪力墙结构抗侧移性能高，墙体对不均匀沉降的适应性比较弱。

1.3 施工影响传递机制

施工影响主要有3 条路径传到附近建筑，即通过土体路径，通过振动波路径，通过环境介质路径。其中土体是核心路径，施工荷载作用引起的土体变形，通过地基及建筑基础的相互作用传到建筑体上，例如打桩引起的土体挤压会造成周边地基沉降附加荷载，进而造成建筑体倾斜现象。振动波传递作用表现为打桩振动所引起的弹性波会在土层中传导，随着距离增加逐渐衰减，振动能量作用到建筑结构会引起建筑体的结构共振，引起建筑物墙面开裂、构架松动，对于砖瓦类老建筑破坏性较为强烈。通过环境介质路径，施工扬尘，地下水的变化等，抽排地下水引起的地下水位降低会使得土体有效应力增加，但是会引起排水管道堵塞，从而间接促使建筑体潮变。

二、市政桥梁施工对周边建筑物影响因素分析

2.1 施工过程中的力学作用

在土木工程施工期间，振动荷载、静荷载及冲击荷载对土木工程力学作用。由于打桩机械的锤击力产生高频率振动，振动波传导到施工地点并发生能量交换，通过地基土波的传播和材料阻尼耗散，使得建筑物基础产生剪切应力，达到材料抗拉强度之后断裂产生裂缝。静荷载作用于材料堆放与大型设备，静力长期集中施加导致土体产生塑性位移，而周边地面不均匀沉降使建筑物基础产生附加弯矩。各种力学作用的共同作用影响更加复杂，例如振动荷载及静荷载的共同作用会加速土体孔隙水压力上升，减弱了地基承载能力，因此对浅基础的建筑影响较大。

2.2 施工引起的土体变化

施工引发的土体变化体现在三个方面：土体压缩变形、土体剪切位移和土体渗透性改变。基坑开挖使坑周土体失去支撑，在自重作用下产生向坑内的剪切位移，导致周边建筑物基础产生水平位移，当位移量超过结构允许值时引发墙体开裂。施工降水会改变土体渗透系数，使细颗粒土发生管涌或流砂现象，破坏地基土结构完整性，尤其对采用条形基础的砖混结构建筑，易引发基础不均匀沉降。

2.3 施工环境因素影响

地下水位因素主要由降水引起的地下水位的降低对周围土体而言，有效应力的增加使得原有饱和土体发生固结，进而引起沉降，沉降值与降水深度、降水时间成正比。如果建筑物基础埋深小于降水埋深则影响更大。天气因素主要是通过土的含水量间接影响建筑物安全。在雨天施工过程中，雨水入渗使得土体的强度下降，同时施工的振动更加容易引起土体的液化现象；而在夏天的热干环境中，使得地基土体收缩，使浅基础建筑物产生干缩裂缝。

三、市政桥梁施工对周边建筑物影响评估指标体系构建

3.1 评估指标选取原则

在指标选取中，主要依据四项准则：对指标的科学性准则，主要是指选取的指标应该服从结构力学和土力学的基本理论，比如对于地基沉降量，应符合地基分层总和计算的力学规律；指标选取的全面性准则，是指既要选择结构响应性指标，也要选土体指标、施工指标，不能单纯从一个角度来进行选择；指标选取的可实现性准则，主要是指指标要易于获取，比如对于结构的裂缝宽，即可直接从建筑物上进行游标卡尺的度量；对指标选取的敏感性准则，就是要求指标越早对影响因素做出反映，越能更好地代表受影响的状况，比如在桩基础施工的影响下，若采用土体水平方向上的位移速率与竖向位移作为指标，比沉降差反应其影响的程度更明显。

3.2 评估指标分类与确定

评价指标体系分为三级，一级为响应指标；二级在一级指标下细分，结构响应指标细分后为沉降差、倾斜率、裂缝宽度；三级为具体数值化的参数值，例如对裂缝宽度限值根据具体建筑结构类型，分为 0.2mm 、 0.3mm 。其中结构响应指标直接体现了结构安全状态，沉降差控制值采用《建筑地基基础设计规范》规范，对于条形基础砌体结构，沉降差限值为 0.002L ；土体状态指标孔隙水压力比控制在0.7 以内，大于0.7 容易造成土体失稳。

3.3 指标权重确定方法

指标权重的确定首先利用层次分析法和专家打分法相结合的方法进行确定。层次分析法主要是通过判断矩阵计算指标间相对重要程度，例如结构响应指标在总目标下的重要性通常应大于施工控制指标；专家打分法主要是在岩土工程、结构工程和施工管理三大领域邀请专家，通过对指标的重要性打 1～10 分进行打分，指标相对重要性的权重确定一般采用以下 3 步：首先构建层次结构模型以明确各个指标间的隶属关系；然后通过一致性检验检查判断矩阵是否合理；第三步是加权求得各个指标的权重。对于一些比较重要的工程还要采用熵权法对指标的主观权重进行修正，通过监测数据的信息熵来反映指标本身的客观重要性，例如在某区域土体水平位移数据变化较大时，就通过熵权法自动加大指标的权重。

结语

市政桥梁施工对周边建筑物的影响是多因素耦合作用的结果，施工工艺与建筑特性的匹配关系决定影响程度，力学作用、土体变化和环境因素通过复杂传递机制作用于建筑物。构建科学的评估指标体系是精准防控影响的关键，需在指标选取中平衡科学性与实用性，在权重确定中融合主观经验与客观数据。

参考文献

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