基坑開挖對臨近建筑物的影響分析

潘久榮 袁運波

(江西理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

基坑開挖對臨近建筑物的影響分析

潘久榮 袁運波

(江西理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

以具體工程為背景，基于連續(xù)介質(zhì)快速拉格朗日差分法的計算程序FLAC3D，對基坑不同開挖秩序的數(shù)值分析結(jié)果進行了對比，并提出了合理的開挖方案，為實際工程的設(shè)計施工提供有利的參考。

開挖次序，基坑，臨近建筑物，數(shù)值分析

0 引言

深基坑開挖過程中土體卸荷作用使土體初始應(yīng)力發(fā)生改變，引起周圍土體擾動，導(dǎo)致臨近建筑物發(fā)生變形。基礎(chǔ)不均勻沉降是造成建筑物結(jié)構(gòu)破壞的主導(dǎo)因素，在基坑的施工過程中如何減小臨近建筑物的不均勻沉降顯得很重要。本文分析了基坑不同開挖秩序?qū)ㄖ锊痪鶆虺两党潭鹊挠绊懀瑸榻窈蟮幕娱_挖施工提供指導(dǎo)。

1 工程概況

南昌市八一館地鐵站為“十”字換乘模式，東西段長約155 m，東端長約50 m，寬約30 m，深17 m，西端長約42 m，寬約37 m，深17 m，車站圍護結(jié)構(gòu)采用0.8 m厚連續(xù)墻。 南北方向車站基坑長約170 m，寬約22 m，深24 m，車站采用1 m厚的連續(xù)墻作為主體圍護。建筑物位于該地鐵車站的東北方向，主樓25層，裙樓4層，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有2層地下室。圍護結(jié)構(gòu)：φ850 mm灌注樁，樁長6.3 m～6.5 m，樁底標(biāo)高9.5 m，樁底位于圓礫層。圖1為該車站位置圖。土層參數(shù)如表1所示。

2 建立模型

2.1 計算的模型及邊界約束

本計算采用理想彈塑性本構(gòu)模型，模擬因施工擾動土體對建筑物沉降影響。該模型所要模擬的受影響建筑物在該地鐵車站的東北方向，緊挨基坑的東段和北段。受施工影響的建筑物實際高76 m，長為34 m，寬為26 m。依據(jù)實際數(shù)據(jù)采用計算程序FLAC3D進行建模，模型所模擬的影響范圍為地鐵基坑周圍100 m范圍內(nèi)的土體。

表1 土層參數(shù)

2.2 開挖秩序及基坑開挖過程

本文在不考慮地下水位的前提條件下，采用兩種開挖秩序：秩序一：先對基坑?xùn)|段進行開挖再對基坑北段開挖；秩序二：先對基坑北段進行開挖再對基坑南段進行開挖。對比分析不同施工順序下，建筑物的沉降變形情況。為了模擬基坑工程現(xiàn)場施工，東西方向的基坑開挖模擬分三步進行，開挖深度分別為6 m，5 m，6 m。南北縱向基坑分四步進行開挖，開挖深度為6 m，5 m，6 m，7 m。

基坑開挖過程模擬：1)在邊界約束的條件下，對土體只受重力條件下進行初始應(yīng)力計算；2)加載地連墻、建筑物后，進行計算；3)對整個模型單元和節(jié)點的速度和位移清零，保存計算文件；4)按照秩序一的順序分7步開挖，每步都要計算；5)接著第3)步，按照秩序二的順序分7步開挖，每步都要計算。

2.3 模擬監(jiān)測點布置

為了得到臨近建筑物的沉降變形數(shù)值，需要對建筑物進行合理的布置監(jiān)測點。由于本工程的基坑形狀是“十”字形，布置的監(jiān)測點如圖2所示。布置監(jiān)測點1，5分別位于建筑物底部對角處，監(jiān)測點2，4位于南北邊中間，監(jiān)測點3，6分別位于東西邊中間。

3 數(shù)值模擬計算結(jié)果分析

通過數(shù)值模擬得到不同開挖秩序的沉降值，研究兩種開挖秩序?qū)ㄖ锊痪鶆虺两档挠绊?。先要找出建筑物受最大不均勻沉降的位置?本文作了三組差異沉降及建筑物的地基傾斜值：監(jiān)測點2，4之間的差異沉降(建筑物長邊方向)；監(jiān)測點3，6之間的差異沉降(建筑物短邊方向)；監(jiān)測點1，5之間(建筑物一對角邊方向)。通過對比分析各開挖秩序下建筑物的地基最終傾斜值，作出差異沉降曲線圖，選擇最優(yōu)開挖秩序。將各監(jiān)測點值統(tǒng)計如表2所示。

表2 秩序一及秩序二情況下各監(jiān)測點差異沉降值 mm

通過以上沉降數(shù)據(jù)可以得到建筑物最終傾斜值見表3，表3中的傾斜指基礎(chǔ)傾斜方向兩端點的沉降差與其距離的比值。

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》可知模擬的建筑物高76 m，因此建筑物地基允許的最大傾斜率為0.002 5，由表3可知兩種秩序的結(jié)果都符合要求。短邊方向上的傾斜率都要比對角邊及長邊方向大。根據(jù)短邊方向的差異沉降繪出圖3。

表3 建筑物最終差異沉降及傾斜值

4 結(jié)語

1)基坑開挖深度不大時，建筑物的差異沉降很小，幾乎為零，基礎(chǔ)沒有出現(xiàn)明顯的傾斜；當(dāng)開挖深度加大，建筑物遠(yuǎn)離基坑的一側(cè)沉降要比靠近基坑的一側(cè)更快些；基坑開挖到后期，遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的沉降要比靠近基坑一側(cè)的沉降更小，可以判斷建筑物整體向基坑方向傾斜。2)基坑開挖較淺時，建筑物的差異沉降較小，之后逐漸變大，建筑物靠近基坑一側(cè)的沉降速度反而較遠(yuǎn)離的一側(cè)速度小了，隨著基坑開挖深度的增加，遠(yuǎn)離基坑的一側(cè)沉降速度比靠近基坑的一側(cè)更小，最后達(dá)到平衡，停止沉降，趨于穩(wěn)定，建筑物基礎(chǔ)最終大致向北段基坑傾斜。3)開挖秩序一的建筑物差異沉降曲線比較平穩(wěn)，開挖過程中，差異沉降值幾乎要比開挖秩序二小，且最終差異沉降開挖秩序一比開挖秩序二小9 mm左右。這說明開挖秩序一比開挖秩序二更合理。

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Research on different excavation order impact the surrounding building

PAN Jiu-rong YUAN Yun-bo

(Jiangxi University of Technology, Nanchang 330013, China)

Taking some project as some background, the paper undertakes the comparison of the numeric analysis results of the sequence for the excavations of the foundation pit based on the calculation program FLAC3Dof the continuous medium speed Lagrangian difference method, and points out some reasonable excavation scheme, so as to provide some reference for the design construction of some projects.

excavation sequence, foundation pit, surrounding building, numeric analysis

1009-6825(2014)36-0078-02

2014-10-15

潘久榮(1986- ),男，碩士，助理工程師； 袁運波(1964- )，男，高級工程師

TU463

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