已有建筑物對(duì)基坑開(kāi)挖的影響分析

孫廣利，劉 衛(wèi)

吉林建筑大學(xué) 測(cè)繪與勘查工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130118

隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展,建筑物在結(jié)構(gòu)、功能等方面的發(fā)展要求越來(lái)越高,由此出現(xiàn)了技術(shù)復(fù)雜、開(kāi)挖越來(lái)越深的基坑,由于周圍環(huán)境對(duì)基坑開(kāi)挖的影響變化,故在基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)周圍環(huán)境的影響因素應(yīng)進(jìn)行全面了解,以避免在后續(xù)施工過(guò)程中周圍環(huán)境對(duì)擬建工程產(chǎn)生持續(xù)破壞.

本文針對(duì)已有建筑物與基坑開(kāi)挖的水平距離,分析建筑物對(duì)基坑在不同距離時(shí)的變化特征采取相應(yīng)的保護(hù)措施,減少已有建筑物對(duì)基坑開(kāi)挖的影響,從而避免施工過(guò)程中發(fā)生事故.

1 工程實(shí)例

1.1 工程概況

濟(jì)南市槐蔭區(qū)某項(xiàng)目擬開(kāi)挖基坑長(zhǎng)75.00 m,寬 60.00 m,開(kāi)挖深度為9.00 m.在擬建項(xiàng)目西側(cè)已有一幢高48.00 m建筑物,地下2層,埋深9.00 m,基坑面積約為4 500.00 m2.根據(jù)基坑開(kāi)挖地層條件及深度,應(yīng)對(duì)基坑側(cè)壁進(jìn)行錨桿支護(hù),同時(shí)基坑周邊應(yīng)盡量避免較大荷載的擾動(dòng).在建筑物距離基坑開(kāi)挖10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m位置四周全部采用錨桿加固[1].

1.2 場(chǎng)地地質(zhì)條件

開(kāi)挖基坑土質(zhì)為第四系全新統(tǒng)～上更新統(tǒng)沖洪積地層,上邊覆蓋土層為人工填土,下伏燕山期侵入形成的閃長(zhǎng)巖巖體,基坑開(kāi)挖到粉質(zhì)黏土層[2].詳情見(jiàn)表1，表2.

表1 各土層物理特性

表2 土層物理力學(xué)指標(biāo)

地下水位隨著季節(jié)及氣象周期呈現(xiàn)季節(jié)性變化,水位年變化幅度在2.00 m～3.00 m之間.基坑開(kāi)挖施工時(shí),可采用井管降水,確保地下水位保持在基坑底面以下0.50 m～1.50 m[3].在基坑降水時(shí),由于時(shí)間較長(zhǎng),可能引起周圍地面及建筑物下沉等不良情況,此時(shí)應(yīng)對(duì)地下水進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)支護(hù).

根據(jù)基坑開(kāi)挖地層條件及深度,基坑開(kāi)挖采用樁錨支護(hù)的結(jié)構(gòu)保護(hù)措施,同時(shí)在基坑開(kāi)挖時(shí)周邊應(yīng)盡量避免較大的動(dòng)、靜荷載.

2 三維數(shù)值模擬分析

2.1 有限元模型的建立

采用有限元模擬分析軟件MIDAS/GTS NX構(gòu)建已有建筑物與基坑開(kāi)挖的模型.有限元模型尺寸為長(zhǎng)180.00 m、寬180.00 m、厚50.00 m，模型基坑的開(kāi)挖面積約為4 500.00 m2,其中基坑長(zhǎng)75.00 m,寬 60.00 m,開(kāi)挖深度約為9.00 m.分別模擬出已有建筑物距離基坑10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m的模型三維效果圖,如圖1所示.

(a)距離建筑物10.00 m

2.2 參數(shù)取值

在基坑三維數(shù)值模擬分析時(shí),為了得到準(zhǔn)確、詳細(xì)的基坑開(kāi)挖過(guò)程的變形位移與應(yīng)力特征,巖土體和建筑物的物理力學(xué)參數(shù)的取值至關(guān)重要[4].巖土體的重度、黏聚力及內(nèi)摩擦角依據(jù)巖土工程勘察報(bào)告取值[5].

依據(jù)現(xiàn)有《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定[6],根據(jù)土工試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、重型動(dòng)力觸探試驗(yàn)并結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ?jīng)驗(yàn),計(jì)算出各土層承載力特征值fak及滲透系數(shù)k，見(jiàn)表3.

表3 承載力特征值及變形參數(shù)

2.3 模擬結(jié)果分析

根據(jù)模擬情況將基坑的開(kāi)挖分為以下4個(gè)工況：① 基坑開(kāi)挖4.50 m豎向位移;② 基坑開(kāi)挖4.50 m總位移;③ 基坑開(kāi)挖9.00 m豎向位移;④ 基坑開(kāi)挖9.00 m總位移.

2.3.1 基坑底部位移分析

已有建筑物分別距離10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m的位置對(duì)基坑開(kāi)挖9.00 m的總位移分析,如圖2所示.

從圖2中可以看出,在已有建筑物荷載一定時(shí)：

(a)距離建筑物10.00 m

(1)在建筑物距離基坑開(kāi)挖10.00 m水平距離時(shí),基坑底部以及東、西、北方向發(fā)生豎向隆起,其中最大隆起約為7.72 mm,基坑部分發(fā)生豎向隆起約為5.79 mm.

(2)在建筑物距離基坑開(kāi)挖20.00 m水平距離時(shí)，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.58 mm.

(3)在建筑物距離基坑開(kāi)挖30.00 m水平距離時(shí)，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.57 mm.

(4)在建筑物距離基坑開(kāi)挖40.00 m水平距離時(shí)，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.43 mm.

(5)在建筑物距離基坑開(kāi)挖50.00 m水平距離時(shí)，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為4.97 mm.

(6)通過(guò)數(shù)值模擬分析基坑開(kāi)挖總位移的基本情況可知，在基坑開(kāi)挖時(shí),已有建筑物荷載作用下對(duì)基坑開(kāi)挖產(chǎn)生豎向隆起,而隨著建筑物與基坑開(kāi)挖水平距離的增加,已有建筑物對(duì)基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的豎向隆起主要發(fā)生在基坑邊緣,隨著已有建筑物與基坑開(kāi)挖距離的增加，對(duì)基坑底部的豎向隆起呈現(xiàn)減少趨勢(shì)[7].

2.3.2 其他位移分析

在基坑開(kāi)挖4.50 m,9.00 m時(shí)發(fā)生的豎向位移以及基坑的總位移,已有建筑物與基坑開(kāi)挖的距離在30.00 m以內(nèi)時(shí),基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的位移變化較大,而在距離30.00 m以后基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的位移變化趨勢(shì)減小.隨著建筑物與基坑水平距離的增加,其影響程度也整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì),如圖3所示.

圖3 水平距離對(duì)基坑開(kāi)挖位移趨勢(shì)

3 結(jié)論

本文通過(guò)三維數(shù)值模擬分析已有建筑物在距離基坑開(kāi)挖10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m水平距離時(shí)對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程的影響,針對(duì)已有建筑物對(duì)不同距離的基坑開(kāi)挖及深度的變化,得出以下結(jié)論：

(1)通過(guò)三維數(shù)值模擬分析,在基坑開(kāi)挖時(shí),隨著已有建筑物與基坑開(kāi)挖水平距離的增加,其對(duì)基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的位移呈線性變化趨勢(shì)，并逐漸減小.基坑開(kāi)挖深度至9.0 m,已有建筑物距離基坑開(kāi)挖10.00 m時(shí),由于建筑物距離基坑開(kāi)挖較近，其產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)荷載施加在基坑周圍,因此發(fā)生豎向隆起的變化最大.

(2)已有建筑物對(duì)基坑開(kāi)挖在10.00 m～30.00 m的范圍內(nèi)產(chǎn)生的位移變化趨勢(shì)較大,而在30.00 m以后的距離時(shí)產(chǎn)生的位移變化趨勢(shì)較小,整體而言,隨著已有建筑物與基坑開(kāi)挖水平距離的增大,基坑開(kāi)挖產(chǎn)生的豎向位移近似線性且逐漸呈減小趨勢(shì).

(3)在城市地區(qū)基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)保持與已有建筑物的水平距離,當(dāng)基坑開(kāi)挖附近存在已有建筑物時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施,以避免建筑物發(fā)生局部?jī)A斜以及基坑產(chǎn)生隆起、變形等,同時(shí)在基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)充分考慮基坑周圍產(chǎn)生的動(dòng)荷載對(duì)基坑的影響,盡量減少動(dòng)荷載對(duì)基坑的擾動(dòng).