某深基坑開(kāi)挖引起臨近建筑物沉降變形監(jiān)測(cè)分析

程 妍，王 亮

（1.珠海興業(yè)綠色建筑科技有限公司，廣東 珠海 519000；2.中國(guó)建材國(guó)際工程集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518000）

近年來(lái)，已有很多學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖引起臨近建筑物變形發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)[1-3]，吳朝陽(yáng)等[4]結(jié)合實(shí)際工程監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著基坑開(kāi)挖深度增加，周?chē)ㄖ锍两挡粩嘣龃蠛笾饾u穩(wěn)定，建筑物距離基坑距離越遠(yuǎn)，受基坑開(kāi)挖影響越?。粡埐ǖ萚5]利用數(shù)值模擬方法很好地預(yù)測(cè)了臨近基坑建筑物沉降，并與實(shí)際工程進(jìn)行了對(duì)比。但現(xiàn)有文獻(xiàn)主要是對(duì)一般地質(zhì)條件下基坑開(kāi)挖引起的周?chē)ㄖ镒冃芜M(jìn)行規(guī)律總結(jié)，在變形機(jī)理上尚需更深入的探討。

華南地區(qū)濕熱多雨氣候形成了獨(dú)特的地質(zhì)條件，廣泛分布著花崗巖殘積土，該類(lèi)土屬于特殊土的一種，天然狀態(tài)下具有高強(qiáng)度、高孔隙比和低密度、中低壓縮性等特點(diǎn)，粗顆粒含量多且級(jí)配不連續(xù)。本文結(jié)合深圳市某大型深基坑工程施工及監(jiān)測(cè)實(shí)例，分析在復(fù)雜工程水文地質(zhì)條件和場(chǎng)地周邊環(huán)境下，臨近深基坑建筑物發(fā)生沉降變形的原因。

1 工程概況

深圳市某綜合廣場(chǎng)項(xiàng)目場(chǎng)地原為建筑房屋區(qū)，經(jīng)拆遷后成為工程用地，擬建建筑包括3棟超高層框架-筒體結(jié)構(gòu)建筑和裙房，高層建筑高度分別為100m（28層）、150m（35層）和180m（43層），裙房為5～10層，地下部分為3層地下室，局部為2層和1層地下室，基坑開(kāi)挖深度約12m，北側(cè)和東側(cè)局部開(kāi)挖深度分別為4m和8m?；娱_(kāi)挖周長(zhǎng)約740m，開(kāi)挖面積約29 270m2。

如圖1所示，基坑北側(cè)西段8m外緊鄰1所學(xué)校，包括3棟教學(xué)樓，分別為A1、A2、A3，東段3m外為1所幼兒園C和3棟6層住宅樓B1、B2、B3，東側(cè)距離某大廈D約10m，西側(cè)和南側(cè)距離市政道路分別是30m和70m寬的綠化帶，北側(cè)和東側(cè)地下管線(xiàn)較多（見(jiàn)表1）。該基坑開(kāi)挖深度較大，跨雨季施工，其開(kāi)挖對(duì)北側(cè)及東側(cè)建筑物均有很大影響。

1.1 場(chǎng)地地質(zhì)條件

根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場(chǎng)地內(nèi)分布主要地層自上而下為：①人工填土層；②第四系沖洪積層，含有機(jī)質(zhì)粉砂；③第四系上更新統(tǒng)沖洪積層，含黏性土中砂；④第四系上更新統(tǒng)坡積層，含礫黏土；⑤第四系上更新統(tǒng)坡積層，礫質(zhì)粉質(zhì)黏土；⑥燕山晚期花崗巖，全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化花崗巖。場(chǎng)區(qū)地質(zhì)土體為典型花崗巖殘積土，工程地質(zhì)性質(zhì)較為特殊。

圖1 基坑周?chē)ㄖ锲矫娣植?/p>

表1 臨近建筑物信息和沉降結(jié)果

1.2 地下水條件

場(chǎng)地內(nèi)地下水根據(jù)其賦存介質(zhì)和埋藏條件不同，主要分為2類(lèi)：①主要賦存于人工填土層及第四系各地層中，測(cè)得鉆孔地下水位埋深介于0.40～3.80m，受大氣降水影響，水位變化因季節(jié)而異；②下伏基巖中賦存基巖裂隙水，主要賦存于燕山晚期花崗巖中，其補(bǔ)給、徑流及涌水量大小受地質(zhì)構(gòu)造及節(jié)理裂隙控制。

1.3 主要工程問(wèn)題

1）地下水影響 本場(chǎng)地基坑地層比較均勻，南側(cè)、東側(cè)及北側(cè)有3～6m厚的砂層，透水性極好的砂層含水量較大，流砂、管涌等現(xiàn)象將直接影響基坑穩(wěn)定性，須采取必要措施進(jìn)行地下水處理，確保基坑周邊建筑物和基坑的安全。

2）周邊環(huán)境 基坑北側(cè)有學(xué)校、幼兒園及住宅樓等，基坑?xùn)|側(cè)有1座商業(yè)大廈，必須采取嚴(yán)格措施控制基坑變形，尤其是北側(cè)3m左右的住宅樓附近。

3）考慮到基坑處于鬧市區(qū)，場(chǎng)地空間狹小，主體施工及建筑材料堆放施工等因素，基坑開(kāi)挖線(xiàn)不能超過(guò)用地紅線(xiàn)，所以基坑必須直立開(kāi)挖。

2 基坑支護(hù)及降水方案

依據(jù)深圳市標(biāo)準(zhǔn)SJG 05—2011《深圳市基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范》表3.1.2規(guī)定，本基坑支護(hù)工程安全等級(jí)按照一級(jí)考慮。

考慮基坑開(kāi)挖深度不同，故地下1層平臺(tái)以上在用地紅線(xiàn)內(nèi)放坡，采用土釘墻支護(hù)，平臺(tái)以下直立開(kāi)挖，采用φ1 200mm＠2 800mm人工挖孔樁+預(yù)應(yīng)力錨索方式進(jìn)行支護(hù)，基坑北側(cè)和東側(cè)支護(hù)樁間距為2 400mm。根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件，樁外側(cè)采用單排攪拌樁形成止水帷幕進(jìn)行止水。

考慮到工程地質(zhì)土層含水量豐富、滲透系數(shù)大和開(kāi)挖深度大等特點(diǎn)，基坑降水采用深井井點(diǎn)降水，并配用輕型井點(diǎn)降水開(kāi)挖淺層土體，加快施工進(jìn)度。

3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

按照動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)原則及信息化施工要求，基坑施工過(guò)程中進(jìn)行全過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問(wèn)題并采取相應(yīng)措施處理。變形監(jiān)測(cè)主要內(nèi)容包括：基坑頂和支護(hù)樁的位移觀(guān)測(cè)、周邊建筑物和道路及重要管線(xiàn)的沉降、地下水位變化等。

圖2為該工程基坑開(kāi)挖周邊8棟臨近建筑物角點(diǎn)沉降及其附近水位變化。監(jiān)測(cè)記錄時(shí)間從基坑支護(hù)階段一直到建筑地下室部分完成并進(jìn)行基坑周邊回填后的半年時(shí)間。2015年3月支護(hù)墻開(kāi)始施工，6月開(kāi)始開(kāi)挖，2016年1月開(kāi)始地下室底板澆筑，至2016年5月，建筑地下部分完成并進(jìn)行基坑四周回填繼續(xù)上部結(jié)構(gòu)施工。

圖中實(shí)線(xiàn)代表近鄰基坑一側(cè)（建筑物南側(cè)）的監(jiān)測(cè)結(jié)果，虛線(xiàn)代表相對(duì)遠(yuǎn)離基坑一側(cè)（建筑物北側(cè)）的監(jiān)測(cè)結(jié)果，其中沉降值采用建筑4個(gè)邊的角點(diǎn)沉降變化表示，如圖2a中A11和SW1分別表示建筑物A1第1個(gè)遠(yuǎn)臨基坑一側(cè)的角點(diǎn)沉降變化和近臨基坑一側(cè)水位變化。考慮本次監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示基坑本身變形不大且均在警戒值范圍、地下管線(xiàn)埋深較淺受影響較小等因素，本次監(jiān)測(cè)結(jié)果分析對(duì)象主要是沉降變形差異較大的臨近建筑物。

圖2 臨近8棟建筑物角點(diǎn)沉降和附近水位變化

表1后4列給出了所有建筑物近臨和遠(yuǎn)臨基坑每一側(cè)的角點(diǎn)沉降最大值及相應(yīng)每側(cè)附近水位最低值。如圖2a～2c所示，建筑物A1，A2，A3均位于基坑北側(cè)西段，最大沉降分別為 21.1、8.2、20.7mm，均在變形控制值及 JGJ 8—2016《建筑變形測(cè)量規(guī)范》規(guī)定范圍以?xún)?nèi)，最低水位值分別為-6.50，-4.70，-6.40m。可知建筑物A1和A3的沉降大小、附近水位變化基本相同，而建筑物A2相對(duì)較小，這可能主要由于它們距離基坑的距離不同，建筑物A1和A3與基坑最近距離分別只有4.0m和5.0m，基本接近，而建筑物A2離基坑46.0m，與彭志雄等[6]距離基坑越遠(yuǎn)建筑物的沉降變形影響越小的結(jié)論一致。然而，由于基坑北側(cè)西段開(kāi)挖深度只有3.6m左右，支護(hù)樁頂水平位移變化較小平均只有5.0mm，文獻(xiàn)［4］、［7］給出基坑開(kāi)挖至5m時(shí)周?chē)乇碜畲蟪两颠€不足5.0mm，這與臨近建筑物A1和A3發(fā)生沉降多達(dá)20mm并不一致，結(jié)合地下水位變化趨勢(shì)圖，分析其主要原因包括：①支護(hù)階段期間已發(fā)生近4mm沉降，并且地下水位開(kāi)始下降，說(shuō)明在支護(hù)墻施工階段進(jìn)行人工挖孔樁時(shí)，施工周期長(zhǎng)，成孔釋放了建筑地基部分應(yīng)力及抽取了部分地下水；②開(kāi)挖期間采用深井井點(diǎn)降水過(guò)程中，此時(shí)建筑物附近的地下水位也隨之下降較快，最低時(shí)達(dá)-6.50m，與施工前地下水位平均值-2.70m相差近4m，并且從其他水位變化圖中也可發(fā)現(xiàn)，基坑開(kāi)挖期間均發(fā)生不同程度地下水位下降，判斷是支護(hù)墻止水帷幕存在滲水情況。因此，造成此處臨近建筑物出現(xiàn)較大沉降的主要原因是支護(hù)樁成孔卸荷釋放地基土壓力和地下水下降導(dǎo)致土層再固結(jié)，這與田志強(qiáng)等[7]發(fā)現(xiàn)隨著基坑開(kāi)挖深度增大引起建筑物沉降也不斷增加的現(xiàn)象不符，但這并不矛盾，主要是因?yàn)楦髯援a(chǎn)生沉降變形的誘因不同，文獻(xiàn)［7］主要是基坑支護(hù)墻水平位移不斷增大所致。

圖2d～2f分別為建筑物B1、B2和B3的角點(diǎn)沉降和水位變化圖，可以看出，建筑物B2和B3相對(duì)距基坑較遠(yuǎn)，分別有32.5m和62.0m，已有研究發(fā)現(xiàn)距離基坑65m以外建筑基本不受基坑開(kāi)挖變形影響[8]，但實(shí)際監(jiān)測(cè)顯示建筑物B3也受到了一定影響，開(kāi)挖期間二者臨近基坑一側(cè)最低水位分別達(dá)-5.3m和-4.4m，最大沉降有10.2mm和6.1mm，說(shuō)明地下水對(duì)臨近建筑物的影響要比支護(hù)墻體變形更為深遠(yuǎn)。然而，臨近基坑距離只有3.5m建筑物B1的角點(diǎn)B13發(fā)生42.8mm的沉降，建筑墻體出現(xiàn)輕微開(kāi)裂，比前述建筑物最大沉降相比增加了一倍多，而臨近基坑支護(hù)墻體本身變形并沒(méi)有增大。查閱基坑開(kāi)挖期間施工日志發(fā)現(xiàn)，在基坑施工過(guò)程中，支護(hù)墻多處發(fā)生過(guò)流砂，其中在建筑B1附近基坑先后出現(xiàn)過(guò)2次流砂，導(dǎo)致基坑附近土體出現(xiàn)下陷，結(jié)合工程地質(zhì)土層可發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地土體為花崗巖殘積而成，土層第2至第5層分別為：含有機(jī)質(zhì)粉砂、含黏性土中砂、含礫黏土和礫質(zhì)粉質(zhì)黏土，粗粒土含量較多，滲透性強(qiáng)，顆粒級(jí)配不連續(xù)，一旦土體中形成滲流通道，易形成流砂或流土現(xiàn)象。如圖2d記錄顯示，臨近基坑建筑物B1的角點(diǎn)B13和B14在流砂的影響下沉降快速增大，地下水位下降到-8.10m，然后隨著地基土體回填和土應(yīng)力重分布逐漸趨于穩(wěn)定達(dá)到最大值42.8mm。

緊鄰建筑物B1的建筑物C臨近基坑一側(cè)距離基坑5.0m，必然也受到流砂的影響，但其對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)最大沉降僅為23.7mm，與前述建筑物A1未受流砂影響而沉降最大值21.1mm相近，同建筑物B1相比受影響較小。分析其主要原因，該建筑物的基礎(chǔ)為淺層筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)整體剛度大，沉降變形影響較小，而前述其他建筑物的基礎(chǔ)為淺層條形基礎(chǔ)，更易受到土體變形影響，不均勻沉降更為明顯。

基坑?xùn)|側(cè)臨近建筑物D為15層高樓，雖然該建筑與基坑最近距離為10m，地下水位下降到-6.00m，但其建筑基礎(chǔ)采用灌注樁基礎(chǔ)，上部荷載直接由樁基礎(chǔ)傳遞到基巖，地層土體變形對(duì)該建筑沉降變形影響甚微，最大沉降僅有3.4mm，如圖2h所示。因此可看出，建筑物的基礎(chǔ)類(lèi)型對(duì)基坑開(kāi)挖的影響也不同，基礎(chǔ)埋深越深，剛度越大，抵抗沉降變形能力也越強(qiáng)。

另外，從圖2可明顯看出，近鄰基坑一側(cè)的沉降明顯比遠(yuǎn)臨基坑一側(cè)大很多，這可能主要是建筑物的縱墻與基坑平行的緣故，已有研究結(jié)果證實(shí)這一現(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

1）基坑支護(hù)樁成孔及降水對(duì)臨近建筑物的沉降會(huì)產(chǎn)生一定影響，特別是人工挖孔樁作為支護(hù)樁，建議采用間隔時(shí)間和樁位的成樁方式，減少對(duì)地基土體和地下水位的影響。

2）基坑周?chē)叵滤陆当然颖旧碜冃螌?duì)臨近建筑物影響范圍更深遠(yuǎn)，本工程監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：62m以外建筑物存在一定的沉降變形。

3）深圳地區(qū)廣泛分布花崗巖殘積土，其含粗顆粒（主要是砂粒）較多且級(jí)配不連續(xù)，對(duì)于該地區(qū)深基坑開(kāi)挖要做好流砂或流土預(yù)防準(zhǔn)備，必要時(shí)可采取雙層攪拌樁等方法止水。

4）不同基礎(chǔ)類(lèi)型建筑物對(duì)基坑開(kāi)挖引起的變形影響反應(yīng)相差很大，端承型樁基礎(chǔ)建筑物沉降基本無(wú)影響，淺層條形基礎(chǔ)影響最大。

5）只有在基坑支護(hù)墻體強(qiáng)度和止水性能二者同時(shí)滿(mǎn)足要求時(shí)，基坑施工才能順利進(jìn)行，臨近建筑物變形影響和損失最小。