某基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

程海英 馮志先

（1.安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學研究院 蚌埠 233000 2.天津市水利勘測設計院 天津 300000）

某基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

程海英1馮志先2

（1.安徽省水利部淮河水利委員會 水利科學研究院 蚌埠 233000 2.天津市水利勘測設計院 天津 300000）

采用沉降觀測、變形復核等方法，計算分析基坑開挖對鄰近既有建筑物的影響以及其安全性。計算結果表明，臨近建筑物的變形滿足規(guī)范要求，該建筑物是安全的，該方法簡單合理，具有一定的參考價值。

基坑開挖；沉降觀測；變形復核；安全分析

1 引言

目前我國各地基礎設施建設如火如荼，在土建工程中時常遇到在已有建筑物鄰近開挖基坑的情況，基坑開挖對鄰近建筑物自然會有不同程度的影響，甚至使既有建筑產生嚴重的損壞，影響已有建筑的使用安全，阻礙在建工程的正常進行，加之現在人們法律維權意識的增強，必須妥善處理建設前與建設過程中與此相關的各方面問題，因此針對受影響的相鄰既有建筑物的鑒定工作顯得尤為重要。

本文運用沉降觀測、變形復核及安全性分析等方法對某小區(qū)在建A樓基坑開挖對鄰近老樓B樓的結構安全影響分析進行了討論，以期對類似問題的處理有一定參考價值。

2 工程概況

該小區(qū)建筑面積約為17851.80m2，地下車庫面積約為2703.1 m2。該小區(qū)在建的A樓與西側老樓B樓之間因受規(guī)劃限制，基坑坑壁至老樓的距離約為3m。已建場地屬江淮丘陵區(qū)沖溝地貌單元。場地北高南低，地面標高16.49～20.11m，最大高差約3.52m。

根據鉆探揭露，已建場地地基土層分布規(guī)律及巖性特征，地質詳細情況見表1。

已建場地地下水類型為上層滯水，主要賦存于①層雜填土中，勘察期間測得靜止水位埋深為0.90～1.60m， 水 面 標 高15.09～18.67m。場地地下水主要補給來源為大氣降水及生活用水。地下水受天氣、季節(jié)影響較明顯。

3 事故處理

在新建A樓基坑開挖過程中，發(fā)現西側相鄰建筑物散水坡下沉，施工單位隨即采取了部分基坑回填處理措施。為消除基坑開挖對老樓的影響，采取槽鋼排樁進行基坑支護，對原有雜填土部分采用壓密注漿加固處理，并將新建的A樓西側筏板基礎改為樁基礎（樁長為12m），且將樁基礎向東縮2.4m。

4 對既有建筑物安全影響分析

在基坑開挖期間，相鄰建筑物散水坡發(fā)生沉降，與原有建筑物脫離，可能對老建筑物安全有一定的影響。基于此，對老樓B樓在新建A樓基坑開挖施工過程中進行沉降觀測，以及在新建A樓基坑降水期間和在變更設計工況下的地基變形和建筑物局部傾斜進行復核是很有必要的。

4.1 基坑開挖期間沉降觀測

新建A樓在基坑開挖施工過程中必須對相鄰B樓進行沉降觀測。在老樓B樓東面墻體上共布置3個沉降觀測點，具體點位詳見沉降觀測點平面布置圖1。觀測點布設在距新建A樓基坑最近的老樓B樓東面墻體，離地面約0.55m。觀測頻率為每間隔1天觀測1次，觀測時間持續(xù)180天。

表1 巖土體的物理力學指標

根據施工單位提供的觀測數據，繪制各觀測點的時間與高程關系曲線圖2。

由圖2可以看出，離基坑坑壁最近的老樓B樓東面墻體觀測點2#，3#和4#點的高程變化很小，高程小幅波動由地下水變化引起的，砂墊層的變形隨水位的升降而變化，并且有較好的彈性特征，一旦孔隙水壓力恢復，砂墊層變形也迅速恢復，并無滯后現象。然而，大氣降雨滲入砂墊層，當遇到粉質粘土隔水層后，繼續(xù)下滲的速度減慢，引起砂墊層迅速回彈，建筑物的沉降量也迅速減小，從而出現了實測數據的微小上浮趨勢。老樓B樓東面墻體觀測點的沉降值及沉降差在《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2002）容許范圍內。也就說老樓B樓東面墻體在新建A樓建設期間發(fā)生的沉降量很小，對老樓B樓主體結構安全不構成影響。

4.2 老樓B樓變形計算分析

4.2.1 新建A樓的荷載對老樓B樓地基沉降的影響

為了保證建筑物的安全和正常使用，我們還需研究在外荷作用下，地基內部的應力規(guī)律及其可能產生的變形量。

新建A樓基礎與老樓B樓的距離為3.0m，根據新建A樓的樁基礎布置圖、筏板基礎布置圖和單樁豎向承載力特征值，假定樁側摩阻力沿樁身線性增長分布的形式、樁端及筏板基底荷載均勻分布的特點，采用角點法和應力疊加的方法，計算新建A樓樁端和筏板基底的應力對老樓B樓地基下產生的附加應力。

（1）樁端附加應力計算

此工程的樁距不大于6倍樁徑，根據樁周摩擦力向外擴散角，假定樁側摩阻力沿樁身呈三角形分布，以荷載傳遞法計算樁頂荷載作用下的樁端應力。樁端平面處的應力均勻分布，等效作用面積為樁頂外側投影面積的外延，等效作用應力小于承臺底面平均應力。實體基礎的支承面積可根據圖3計算。

樁周摩擦力向外擴散角：

式中：φn——樁身范圍內各土層的內摩擦角加權平均值。

由圖3可知，實體基礎底面的面積為實體基礎底面長度（b0+2ltan（φn/4））與實體基礎底面寬度（a0+2ltan（φn/4））的乘積，則樁端應力為樁端附加載荷與實體基礎底面的面積之比。

（2）老樓B樓地基附加應力計算

根據新建A樓樁底矩形面積受豎向均布應力，求老樓B樓地基下的附加應力，可以加幾個輔助線，通過需要計算的點，采用角點法計算老樓B樓基礎下地基土層的附加應力，并對新建A樓所有樁基對老樓B樓地基所產生的附加應力進行疊加。同時，考慮新建A樓筏板基礎底面應力對老樓B樓地基所產生附加應力的影響。

依據上述方法計算所得老樓B樓地基附加應力σz遠小于土的自重應力σc，即可不考慮新建A樓樁底應力對老樓B樓基礎沉降的影響。

4.2.2 基坑降水期間老樓B樓地基沉降

基礎的沉降量或沉降差（或不均勻沉降）過大，不但會降低建筑物的使用價值，而且往往會造成建筑物的毀壞。如果建筑物基礎可能產生的最大沉降量和沉降差在規(guī)定的容許范圍之內，那么該建筑物的安全和正常使用才有保證。

（1）地下水位觀測

表2 老樓B樓地基沉降計算結果

基坑降水期間，在基坑四周一定范圍內，由于水位降低而引起地面沉降，相應形成以水位降落漏斗為中心的地面沉降變形區(qū)，如抽出水中含大量泥沙，這樣地面會發(fā)生不均勻沉降，導致其影響范圍內建筑物因不均勻沉降發(fā)生傾斜、斷裂。因此，需對老樓B樓地下水位進行觀測。

根據基坑開挖深度、建筑物與基坑的平面位置、建筑物基礎類型和建筑物的結構型式等，確定地下水位觀測井的位置和間距。地下水位觀測井具體布置詳見圖4。以觀測井5#、6#和7#水位代表老樓B樓平行點的水位。

根據三天抽水期間的觀測結果,老樓B樓的觀測井5#、6#和7#地下水位分別為17.33m、17.43m和17.52m。再根據巖土工程勘察報告地下水位18.67m，則老樓B樓的觀測井5#、6#和7#地下水位下降1.34m、1.24m、1.15m。

（2）地基沉降計算

根據太沙基固結理論，在基坑降水產生的附加應力作用下，原地下水位各地層均被壓縮，在宏觀上表現為地面沉降。地面沉降由兩部分組成：一是砂層的壓縮變形，由于砂層中砂粒自身強度較高，當水位降低時，宏觀上表現出的壓縮量很小，且很快趨于穩(wěn)定，一般認為砂層的固結沉降是短時間內發(fā)生的；二是粘土釋水壓密，符合太沙基一維固結理論，固結沉降完成需要較長時間。粘性土的透水性較差，變形不能在短時間完成，因需要考慮滯后效應。新建A樓基坑降水約兩年時間，可考慮最不利的情況，即計算每一地下水位差值下地面的最終沉降量作為基坑降水引起的老樓B樓的沉降。

式中：S∞——最終固結沉降量，mm；

αvi——i層土的壓縮系數，kPa-1；

e0i——i層土的初始孔隙比；

Δpi——i層土因降水產生的附加應力，kPa；

ΔHi——i層土的初始厚度，mm。

（3）根據公式計算老樓B樓地基沉降結果如表2

（4）老樓B樓觀測點的沉降差

對于老樓B樓，東墻南、北角點和西墻南、北角點之間的沉降差為1.04mm，與南、北墻中點的沉降差為0.55mm。

老樓B樓東面墻體3個觀測點的沉降量及沉降差在規(guī)范容許范圍內。新建A樓基坑抽水和開挖對老樓B樓沉降有影響，但該建筑物的沉降量和沉降差以及傾斜均小于規(guī)范規(guī)定的允許值。

5 結論

（1）新建A樓基坑開挖對老樓B樓地基和基礎有一定的影響，但老樓的變形滿足規(guī)范要求，該建筑物是安全的。

（2）本文采用沉降觀測、變形復核等方法計算分析了基坑開挖對鄰近既有建筑物的影響以及其安全性，該方法簡單合理，具有一定的參考價值

[1]中華人民共和國國家標準,建筑地基基礎設計規(guī)范（GB50007-2002）[M],建筑工業(yè)出版社,2002:26-27,95-96.

[2]錢家歡.土力學,[M],河海大學出版社,1995:58,81.

程海英（1976-），女，工程師，主要從事巖土工程檢測、檢測質量管理工作。

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