基坑開挖對既有建筑物的影響研究

（中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030050）

1 基坑開挖地表土位移

基坑開挖中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響因素有支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度、土層的性質(zhì)、基坑開挖的深度、支護(hù)結(jié)構(gòu)插入基坑中的深度以及工程施工等。基坑開挖對臨近建筑的影響力學(xué)模型可以采用懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)。

懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形表現(xiàn)為越靠近上部位移越大。支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度越小土體的位移越大，基坑越深則位移越大。所以地基沉降越靠近支護(hù)結(jié)構(gòu)越大，離基坑越遠(yuǎn)沉降越小。如果基坑內(nèi)部增加了內(nèi)部支撐或者采用了錨桿結(jié)構(gòu)時，沉降相應(yīng)減小。在施工中，如果先支護(hù)后開挖或者邊開挖邊支護(hù)都可以有效地限制土體的側(cè)移。支護(hù)樁施工如果插入巖石中，也可以有效防止下部結(jié)構(gòu)側(cè)移。不同支護(hù)結(jié)構(gòu)位移情況如圖1。

圖1 支護(hù)結(jié)構(gòu)變形示意圖

除了水平位移以外，支護(hù)結(jié)構(gòu)往往還有豎向位移。但是豎向位移經(jīng)常被設(shè)計人員忽略。因?yàn)榛娱_挖會造成基底的應(yīng)力釋放，產(chǎn)生隆起的情況。因此會帶動支護(hù)結(jié)構(gòu)一起有一定的上升。支護(hù)樁在實(shí)際的施工中往往有清孔不干凈等情況出現(xiàn)，則施工完畢進(jìn)行基坑開挖過程中會略下沉或者上升，所以，在實(shí)際基坑開挖過程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)會發(fā)生上升或者下降的情況[4]。

2 既有建筑受基坑開挖影響分析

1）既有建筑受不均勻沉降影響的受力計算

在基坑開挖的情形下，地基沉降不同，建筑距離基坑的距離不同，受到的不均勻沉降變形影響也不同，在基坑開挖的初期，地基的沉降較小，既有建筑的局部受到地基沉降的影響，也有一部分建筑在影響的范圍以外，因此可以假設(shè)受到影響的建筑在基坑影響范圍以外的部分為固定支座，形成一端固定的懸臂梁模型。采用懸臂結(jié)構(gòu)的受力計算模型如下：

將公式帶入矩形截面正應(yīng)力公式，可以得到最終擾度為

圖2 懸臂模式下受力簡圖

2 ）受力情況分析

在懸臂支護(hù)模式下，根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移模型分析，一般基坑頂?shù)鼗两登€傾向于三角形與拋物線形結(jié)合的形式，既有建筑物與基坑之間一般都有一定的距離，此時基坑頂?shù)鼗两蹈鼉A向與三角形，因此懸臂受力模型其實(shí)更符合現(xiàn)場實(shí)際情況[2]，懸臂模式下的應(yīng)力分析見圖2。

可以看出，在既有建筑右側(cè)上方的拉應(yīng)力最大，容易形成拉裂縫；在左下端，尤其是有門窗洞口的部位容易形成斜向的剪切裂縫。右側(cè)上部的拉應(yīng)力大于左側(cè)的拉應(yīng)力，所以建筑物的裂縫最容易發(fā)生的部位在距離基坑最近的底部。而且實(shí)際中墻體的沉降也局限于某一段，因此導(dǎo)致了端部斜裂縫的產(chǎn)生。

3 工程實(shí)際案例分析

古交市某商住樓，位于古交市金牛西大街和通順巷交叉口，為一幢地下二層、地上三十二層的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)商住樓，建筑面積52481.45m2，建筑總高度99m。商住樓由兩部分組成，主樓（一至三單元）為底商住宅樓，地下二層、地上三十二層剪力墻結(jié)構(gòu)；輔樓（四單元）為地下一層，地上五層框架結(jié)構(gòu)。某商住樓業(yè)主反映，于2016年4月10日發(fā)現(xiàn)其房屋填充墻體出現(xiàn)裂縫，商場室外臺階出現(xiàn)下沉現(xiàn)象。古交市金牛大街地下人防工程位于某商住樓的東南側(cè)，緊鄰某商住樓的基坑平面呈“T”形，基坑邊距離商住樓東側(cè)約4.5米，距離商住樓南側(cè)約6.0米，商住樓東南角距離基坑邊約9.6米。

根據(jù)古交市金牛大街地下人防工程基坑與某商住樓的相對位置，古交市金牛大街地下人防工程基坑位于某商住樓的東南側(cè)，基坑邊距離商住樓東側(cè)約4.5米，距離商住樓南側(cè)約6.0米，商住樓東南角距離基坑邊約9.6米，基坑平均深度約6.8米?；泳嚯x臨近建筑的最小距離為4.5米，小于1.5H，因此屬于受基坑影響的范圍，但是新基坑開挖的深度要小于既有建筑的基坑埋深，符合《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第5.1.6條對于新建建筑的基礎(chǔ)埋深不宜大于原有建筑基礎(chǔ)的規(guī)定，根據(jù)之前章節(jié)的理論分析，將商住樓與地基看作一個整體，則基坑開挖在6.5m左右的時候，距離基坑較近的一側(cè)沉降較小，甚至還會上拱，只有開挖深度大于12m才會產(chǎn)生較大沉降，因此根據(jù)拉應(yīng)力軌跡圖，在基坑開挖在商住樓的背側(cè)以及前側(cè)的受力較小，可能并不會出現(xiàn)受力裂縫，可認(rèn)為在人防工程基坑開挖時不會對商住樓造成明顯影響[1]。

1）開挖前原地基承載力

該商住樓主樓采用天然地基，基礎(chǔ)持力層為第④層卵礫石層，根據(jù)《古交市某巖土工程勘察報告》，該層的地基承載力特征值建議值為300kPa。按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007-2011）第5.2.4條規(guī)定進(jìn)行修正后的地基承載力特征值為：

根據(jù)古交世紀(jì)花園商住樓原設(shè)計單位提供的地基沉降計算書，商住樓主樓基底平均壓力值為654 kPa，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011第5.2.1條規(guī)定計算，修正后的原地基承載力特征值可達(dá)956.72kPa。說明原地基承載力經(jīng)修正后滿足商住樓主樓基底壓力的要求。

2）人防工程基坑回填后地基承載力

人防工程地下主體結(jié)構(gòu)完工及基坑回填后，商住樓外圍提高了地基土的約束，地基承載力的修正符合規(guī)定，承載力得到提高（即把人防工程主體結(jié)構(gòu)及上部覆土的重量按回填土容重，折算成回填土層厚度）[3]。據(jù)此，重新計算，人防工程地下主體結(jié)構(gòu)完工及基坑回填后，世紀(jì)花園商住樓主樓基礎(chǔ)的有效埋深d為6.95米（即開挖后地基土深度2.25米、人防工程外墻至商住樓外墻之間土體折算厚度1.4米、人防工程主體結(jié)構(gòu)重量按填土容重折算厚度1.6米、覆土1.2米、回填0.5米之和）。所以，人防工程主體完工及基坑回填后，商住樓主樓地基承載力的承載力修正值為：

根據(jù)古交世紀(jì)花園商住樓原設(shè)計單位提供的地基沉降計算書，商住樓主樓基底平均壓力值為654kPa，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011第5.2.1條規(guī)定計算，修正后的地基承載力特征值為827kPa。說明人防工程主體完工及基坑回填后世紀(jì)花園商住樓主樓地基承載力滿足商住樓主樓基地壓力的要求。

4 結(jié) 語

當(dāng)前隨著城市建設(shè)的發(fā)展，很多樓盤的建設(shè)空間不斷縮小，在此基礎(chǔ)上，城市建設(shè)的方向只能向下發(fā)展。但是基坑的開挖會對既有建筑造成一定的影響，因此對基坑如何影響建筑進(jìn)行分析具有現(xiàn)實(shí)意義。本文通過建模進(jìn)行分析計算的方法結(jié)合實(shí)際對基坑影響既有建筑的原理以及程度進(jìn)行了分析，為同類型的工程提供了一定的參考依據(jù)。

[1]王利民,曾馬蓀,陳耀光.深基坑工程周圍建筑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測分析.建筑科學(xué)，2000,16(2):15-24.

[2]建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范GB50007-2002，北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[3]劉熙媛，閆澍旺，竇遠(yuǎn)明，顧杰.模擬基坑開挖過程的試驗(yàn)研究[J].巖土力學(xué)，2005,26(1):97-104.

[4]宰金珉，宰金璋.高層建筑基礎(chǔ)分析與設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993.