基坑挖掘?qū)ο噜徑ㄖY(jié)構(gòu)的影響

王 平 石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，石家莊 050081

在房屋建筑施工時(shí)，部分房屋受場(chǎng)地的限制，通常采用分期以及分層施工的方式，但該模式在附近區(qū)域進(jìn)行基坑挖掘的過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)不同裂痕，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同等級(jí)的影響，其中，基坑挖掘?qū)Ω浇慕ㄖ锏膬A斜和開(kāi)裂程度破壞力更大。從建筑基坑的承載力來(lái)看，基坑的挖掘還會(huì)影響到周?chē)ㄖ锏牡鼗休d，造成周邊建筑的地基承載力變小，導(dǎo)致建筑安全程度受影響等問(wèn)題。

1 基坑挖掘?qū)ο噜徑ㄖY(jié)構(gòu)的影響檢測(cè)算法

根據(jù)建筑的影響因素層級(jí)建立分層遞進(jìn)的層次結(jié)構(gòu)體系，繼而構(gòu)造兩兩判斷矩陣模型，采用Seaty的測(cè)量標(biāo)度進(jìn)行判斷。結(jié)合實(shí)際建筑工程進(jìn)行建筑環(huán)境判斷、分析建筑物的現(xiàn)狀、基坑挖掘深度進(jìn)行綜合性比較判斷。若在判斷過(guò)程中，建筑的豎向震承載力為N，剪力墻承載力為A，基坑深度為L(zhǎng)，則建筑的水平震承載力計(jì)算公式：

若受到基坑挖掘的影響導(dǎo)致建筑的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有規(guī)律的基礎(chǔ)沉降變化，可將其記為“隱曲線”。對(duì)隱曲線的記錄可利用建筑隱規(guī)律，設(shè)數(shù)據(jù)（xi，yi），i=1，2，…，m是隱函數(shù)，且建筑結(jié)構(gòu)的最高成長(zhǎng)數(shù)值為y（x）且其中存在m特征個(gè)離散點(diǎn)。若建筑結(jié)構(gòu)域變化的擬合函數(shù)為f（x）且f（x）=f（x，a），則建筑結(jié)構(gòu)的隱函數(shù)算法為：

基于上述算法對(duì)建筑結(jié)構(gòu)變化情況進(jìn)行分析，若受到基坑挖掘影響導(dǎo)致建筑出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象?；娱_(kāi)挖深度對(duì)建筑的影響程度從小到大依次排序?yàn)榛釉O(shè)計(jì)開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、建筑物本身風(fēng)險(xiǎn)、施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)等相關(guān)影響因素。

2 基坑挖掘?qū)ο噜徑ㄖY(jié)構(gòu)的影響

基坑挖掘極易導(dǎo)致相鄰建筑地表沉降問(wèn)題，并出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的三角受力分布現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)建筑地基軟土化問(wèn)題，導(dǎo)致周?chē)慕ㄖw地基入土程度過(guò)深的問(wèn)題。部分基坑挖掘深度過(guò)大導(dǎo)致的建筑結(jié)構(gòu)墻體底部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，地基土體的水平方向變形有問(wèn)題。

基坑的挖掘會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，造成周邊建筑的擋土結(jié)構(gòu)移動(dòng)位移越來(lái)越高，建筑結(jié)構(gòu)中，一旦基坑挖掘深度對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，則建筑區(qū)域被動(dòng)土壓力的加大，導(dǎo)致建筑周?chē)乇淼木鶆虺两惮F(xiàn)象。由于受到基坑挖掘過(guò)程中產(chǎn)生的外荷載數(shù)值，導(dǎo)致靜止土壓力加劇，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑地下填土寬度及抗壓能力有限，會(huì)對(duì)建筑的支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生阻力，導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂痕等現(xiàn)象。隨著基坑挖掘程度的加深，相鄰建筑位移程度也隨之增加，會(huì)導(dǎo)致相鄰建筑墻體平衡狀態(tài)的極限臨界點(diǎn)達(dá)到被動(dòng)狀態(tài)，突破墻體結(jié)構(gòu)可承受的最大壓力和最大應(yīng)力值，導(dǎo)致墻體裂痕。具體的基坑影響墻體結(jié)構(gòu)變化情況如下圖所示：

圖 1 建筑結(jié)構(gòu)變化情況

受到基坑挖掘的影響，向量建筑的壓力荷載數(shù)值有效傳遞到下層土體深處，考慮到周邊土壤的粘著性和摩擦性樁基變化數(shù)值，基坑周邊建筑結(jié)構(gòu)的荷載能力通過(guò)承型樁阻力傳遞到墻體內(nèi)部。若在進(jìn)行基坑挖掘的過(guò)程中，建筑下層土壤剛度過(guò)大，則建筑樁體產(chǎn)生分布側(cè)向作用力，導(dǎo)致建筑的復(fù)合地基加固效果會(huì)大幅度下降，通常建筑墻體也會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象，對(duì)建筑的安全穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

3 基坑及相鄰建筑結(jié)構(gòu)案例分析

為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)基坑挖掘及鄰近建筑之間的影響程度的研究，選取某個(gè)在建工程的建筑基底作為實(shí)際研究場(chǎng)地，該建筑結(jié)構(gòu)為四棟獨(dú)立高層住宅，地下連接了車(chē)庫(kù)。建筑整體剪力墻最高高度為 57.5米，地上一共十六層，地下有兩層，其中車(chē)庫(kù)擋板以上的覆土距離為四米。建筑結(jié)構(gòu)采用人工獨(dú)立挖孔樁和獨(dú)立基礎(chǔ)樁組成，地下室的基坑長(zhǎng)度約為 48.8m，寬度約為 80.9m，基坑的開(kāi)挖深度為 24m，挖掘四個(gè)基坑，與建筑物距離分別為5m、10m、15m、20m。

由圖 2可以看出，隨著基坑挖掘步驟的進(jìn)行，錨桿拉力逐漸增大，而隨著基坑與相鄰建筑距離的增大，錨桿拉力卻逐漸減小。說(shuō)明挖掘基坑與相鄰建筑距離越近，所引起的形變?cè)酱蟆?/p>

圖 2 錨桿拉力對(duì)比圖

在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50007-2002》中規(guī)定，工業(yè)建筑與民用建筑里，框架結(jié)構(gòu)采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，相鄰柱基的沉降差應(yīng)不大于 0.002L，L表示相鄰柱基的中心距離。在此案例中，當(dāng)挖掘基坑與建筑距離為5m、10m時(shí)，各軸線間沉降差均不符合標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)距離達(dá)到 15m或 20m時(shí)，軸線間沉降差符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4 建筑結(jié)構(gòu)影響優(yōu)化建議

根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，基坑開(kāi)挖對(duì)臨近建筑物結(jié)構(gòu)影響是很大的。為了更好地保障建筑安全，加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的保護(hù)工作，提出相關(guān)優(yōu)化建議。由于現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中存在許多不可預(yù)見(jiàn)和無(wú)法控制的影響因素，因此必須加強(qiáng)對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)和保護(hù)工作。

在基坑挖掘過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)維護(hù)的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握建筑施工在基坑影響下的變化過(guò)程以及建筑結(jié)構(gòu)物形態(tài)變化趨勢(shì)。在進(jìn)行基坑挖掘過(guò)程中，可在建筑物周?chē)贾?12個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并且在建筑物和基坑之間布置三條縱向觀測(cè)的剖面，通過(guò)監(jiān)測(cè)建筑結(jié)構(gòu)中的各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降數(shù)值來(lái)分析建筑結(jié)構(gòu)變化趨勢(shì)，并根據(jù)隱函數(shù)計(jì)算結(jié)果分析基坑挖掘施工情況對(duì)建筑的影響量，嚴(yán)格把控周邊建筑的變形情況以便及時(shí)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)的施工順序，盡量避免周?chē)ёo(hù)體的無(wú)支撐暴露在空氣中的時(shí)間。若發(fā)現(xiàn)沉降變形和之前相比發(fā)生了明顯的變化，且地基沉降量變大，兩邊的沉降量變小，則需要及時(shí)調(diào)整挖土順序和澆筑樓面底板，保證建筑地基變形在可以控制的安全區(qū)間范圍之內(nèi)。

為明確基坑挖掘?qū)ο噜徑ㄖY(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)行深入研究，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)建筑物開(kāi)裂程度以及基坑挖掘情況進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)沙礫層的壓縮性數(shù)據(jù)指標(biāo)、建筑的沉降程度等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算復(fù)核，通過(guò)實(shí)際研究和計(jì)算表明，基坑開(kāi)挖降水對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及地基都產(chǎn)生了不均勻的沉降現(xiàn)象。