深基坑開(kāi)挖對(duì)周圍高層建筑沉降變形的影響分析

張永明

摘 要：建筑工程施工中的深基坑開(kāi)挖對(duì)周圍高層建筑的沉降變形影響較大，為了深入了解這一工程建設(shè)技術(shù)影響問(wèn)題，本文專門結(jié)合某高層建筑工程及周邊高層建筑環(huán)境概況，主要分析了它的深基坑開(kāi)挖施工方案，對(duì)其施工中所存在的地表沉降觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行了深度分析，結(jié)合有限元模擬計(jì)算分析給出高層建筑沉降變形影響結(jié)果。

關(guān)鍵詞：地表沉降變形影響 深基坑開(kāi)挖 高層建筑

中圖分類號(hào)：TU9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2019）05-0-01

某些建筑工程在進(jìn)行深基坑開(kāi)挖過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)地表沉降變形現(xiàn)象，這是因?yàn)槠浣ㄖㄔO(shè)工程所在區(qū)域可能是軟土土層，此時(shí)如果采用地下連續(xù)墻支護(hù)對(duì)土層變形進(jìn)行控制會(huì)非常有效，它可將建筑物周圍樁基基礎(chǔ)土體水平方向變形差值嚴(yán)格控制在3mm范圍內(nèi)。隨后再根據(jù)有限元模擬計(jì)算及相關(guān)分析可獲得建筑周邊的土體沉降變化規(guī)律，將工程建筑深基坑開(kāi)挖所帶來(lái)的周圍高層建筑沉降傾斜度變形控制在規(guī)范限制范圍內(nèi)。

一、建筑工程深基坑開(kāi)挖對(duì)周圍高層建筑沉降變形的影響概述

當(dāng)前建筑工程中地下工程建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，建設(shè)密度也有所提升，其所帶來(lái)的技術(shù)挑戰(zhàn)與技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)也與日俱增。在某些沿江沿海擁有軟土土層地區(qū)，其地址環(huán)境相當(dāng)敏感脆弱，這對(duì)建筑工程中深基坑的開(kāi)挖施工非常不利，建筑工程整體建設(shè)難度極大。另外，再加之其建筑工程周邊的高層建筑物集聚，因此深基坑工程的地下結(jié)構(gòu)也變得非常復(fù)雜。究其原因，主要是因?yàn)榻ㄖこ痰纳罨娱_(kāi)挖直接破壞了施工現(xiàn)場(chǎng)周圍地基的原應(yīng)力平衡場(chǎng)，導(dǎo)致周邊土體應(yīng)力的重新調(diào)整，造成深基坑周邊地面出現(xiàn)了不同程度的沉降現(xiàn)象，其周邊相鄰建筑物地基也因此出現(xiàn)了不均勻沉降。

一般來(lái)說(shuō)，在某些用有軟土地質(zhì)的區(qū)域進(jìn)行施工過(guò)程中是必須在基坑開(kāi)挖前對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行評(píng)估的，了解深基坑開(kāi)挖工程可能會(huì)為周邊環(huán)境所帶來(lái)的影響，然后采取相應(yīng)合理的技術(shù)措施加以調(diào)整修正。但考慮到本文所談到問(wèn)題的復(fù)雜性，因此傳統(tǒng)中簡(jiǎn)單的分析方法可能無(wú)法達(dá)到技術(shù)要求。需要利用到更為精確合理的數(shù)值模擬方法即有限元模擬計(jì)算對(duì)高層建筑沉降變形影響結(jié)果進(jìn)行分析并提出。就目前來(lái)看，許多建筑的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)就包括了無(wú)支護(hù)放坡開(kāi)挖結(jié)構(gòu)、土釘墻結(jié)構(gòu)、灌注樁排樁圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)、水泥土重力式擋墻結(jié)構(gòu)、鋼板樁圍護(hù)墻結(jié)構(gòu)等等。這些結(jié)構(gòu)建設(shè)中絕大部分運(yùn)用到了深基坑有限元模擬計(jì)算方法，它對(duì)基坑開(kāi)挖的穩(wěn)定性研究相對(duì)透徹，也構(gòu)建了土體模型，對(duì)深基坑工程中的變形問(wèn)題進(jìn)行了精準(zhǔn)分析。

二、某高層建筑工程案例分析

1.某高層建筑工程基本概況及周邊環(huán)境概況

某高層住宅建筑擁有33層，它是以樁基礎(chǔ)為主的高層30層高層建筑，建筑下部有地下一層，其深基坑深度大約10m，寬度24m。結(jié)合相關(guān)鉆探資料及室內(nèi)工程試驗(yàn)結(jié)果分析，該高層建筑工程所處土層屬于人工堆積層，土質(zhì)土壤整體表現(xiàn)軟弱，在深基坑開(kāi)挖施工中需要加以注意。

2.某高層建筑工程深基坑開(kāi)挖施工方案

某高層建筑工程的深基坑開(kāi)挖采用到了蓋挖逆作施工方法，主要是對(duì)其圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)。而其接頭位置則采用了十字鋼板接頭施工，同時(shí)根據(jù)測(cè)量得出其地下連續(xù)墻厚度為1.2m，在風(fēng)亭、出入口位置均采用到了明挖法施工。另外在支護(hù)技術(shù)方法應(yīng)用方面則采用到了高壓旋噴樁止水帷幕配合內(nèi)支撐、鉆孔灌注樁等等支護(hù)方案，

根據(jù)一系列的觀測(cè)分析發(fā)現(xiàn)該高層建筑的基坑變形等級(jí)為一級(jí)，它的地面最大沉降量在0.1%H以內(nèi)（H即為基坑開(kāi)挖深度），其圍護(hù)墻的最大水平位移量也在0.1%H以內(nèi)（≤30mm）。在施工初始開(kāi)挖過(guò)程中就對(duì)其地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行了支護(hù)保護(hù)，配合逆作法在建筑主體內(nèi)部進(jìn)行連續(xù)墻支撐保護(hù)施工，有效減少地下連續(xù)墻的變形情況發(fā)生。在持續(xù)施工過(guò)程中，建筑主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也在逐漸增加，逐步凸顯其支護(hù)結(jié)構(gòu)作用[1]。

3.某高層建筑工程施工中的地表沉降有限元模擬計(jì)算

在該高層建筑工程施工中采用到了地表沉降有限元模擬計(jì)算方法，其整個(gè)建筑的基坑周邊土體開(kāi)挖結(jié)合實(shí)際地址情況進(jìn)行屬性分層模擬。在巖土體單元網(wǎng)格劃分過(guò)程中，要保證它的單元間耦合情況，確保單元?jiǎng)澐忠?guī)整詳細(xì)，以便于得到更精準(zhǔn)的地表沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)。

在三維模型構(gòu)建過(guò)程中，主要對(duì)其基坑圍護(hù)作用進(jìn)行分析，例如對(duì)它的抗拔樁與建筑主體地下水浮力作用中的上浮力進(jìn)行分析，明確基坑周圍土體變形關(guān)系，同時(shí)對(duì)建筑中主體板的各層樁連續(xù)垂直方向位置的約束力及位移進(jìn)行分析，最終建立三維模型[2]。

4.某高層建筑工程施工中的地表沉降有限元模擬計(jì)算結(jié)果分析

在針對(duì)某高層建筑工程施工中的地表沉降有限元模擬計(jì)算分析應(yīng)該結(jié)合基坑開(kāi)挖與支護(hù)主體之間的相互作用，即針對(duì)其變形受力情況進(jìn)行分析，然后計(jì)算。從其計(jì)算結(jié)果中的深基坑結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形數(shù)據(jù)來(lái)看，建筑本身的深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了側(cè)向變形現(xiàn)象，尤其是坑內(nèi)傾向位移變化較大，但各個(gè)位置的位移均被控制在可接受范圍內(nèi)。具體的深基坑土體變形也符合Peck公式中的一般變形規(guī)律。整體來(lái)看，該高層建筑的深基坑開(kāi)發(fā)對(duì)其周邊的高層建筑影響較大，因?yàn)槠溟_(kāi)挖面的土體水平位移變化曲線變化偏大，在深基坑開(kāi)挖4m左右位置，高層建筑水平位移曲線與地鐵深基坑維護(hù)水平位移曲線呈現(xiàn)“大肚狀”變形結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)出現(xiàn)了細(xì)微的平行位移變化，這符合Clough混合型曲線變化規(guī)律，這也說(shuō)明該工程施工中所采用到的蓋挖逆作法對(duì)周邊高層建筑的土體水平位移起到了一定的抑制作用，這對(duì)周圍臨近建筑物的保護(hù)非常到位。

總結(jié)

在軟土或土層強(qiáng)度較低、壓縮性較高地區(qū)進(jìn)行深基坑開(kāi)挖會(huì)對(duì)周圍高層建筑沉降變形產(chǎn)生重大影響，進(jìn)而為深基坑施工過(guò)程增加一定難度，所以本文采用到了建筑工程施工地表沉降有限元模擬計(jì)算，希望對(duì)深基坑開(kāi)挖中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻土體水平位移變化規(guī)律進(jìn)行分析，了解它的沉降變形差值控制范圍，并合理控制深基坑開(kāi)挖對(duì)周邊高層建筑物所帶來(lái)的實(shí)際影響。

參考文獻(xiàn)

[1]李大鵬，閻長(zhǎng)虹，張帥.深基坑開(kāi)挖對(duì)周圍環(huán)境影響研究進(jìn)展[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2018，51（8）：659-668.

[2]程龍.深基坑“支—圍護(hù)單一墻”順作法施工過(guò)程中力學(xué)響應(yīng)的數(shù)值分析[D].山東建筑大學(xué)，2017.