某民房結(jié)構(gòu)安全性評定及相鄰基坑開挖對其影響之分析

牛彥俊，牛昌林，劉新文，王海明，賈 琦

（甘肅建投科技研發(fā)有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，新城區(qū)的建筑密度越來越大，許多擬建建筑物周邊老舊砌體結(jié)構(gòu)房屋林立，地下管網(wǎng)縱橫交錯，地下地上環(huán)境均較為復(fù)雜，在此類環(huán)境中面臨基坑開挖的新建建筑，往往容易忽視基坑開挖前后對臨近建筑物進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)安全性評定和比較，以及論證評價基坑開挖對周邊臨近建筑的影響程度。為了對工程建設(shè)的順利進(jìn)行提供必要的論證基礎(chǔ)，本文通過西北某新城區(qū)建設(shè)中的一個類似案例，因未考慮上述建設(shè)流程，在基坑開挖后，出現(xiàn)對未經(jīng)過正式勘察設(shè)計的淺埋基礎(chǔ)民房有了不同程度的影響，甚至導(dǎo)致此民房產(chǎn)生相應(yīng)的損傷，影響其結(jié)構(gòu)的安全使用，并阻礙新建項(xiàng)目的正常進(jìn)行，又引起了不必要的司法糾紛。那么妥善處理類似項(xiàng)目建設(shè)前與建設(shè)過程中與此相關(guān)的各方面問題，就顯得尤為重要。本文通過對基坑開挖后臨近淺埋基礎(chǔ)的民房進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查檢測以及結(jié)構(gòu)安全性評定，從理論計算上分析了相鄰某基坑開挖后，長時間暴露在大氣環(huán)境中，未及時進(jìn)行支護(hù)對該民房的結(jié)構(gòu)安全是否存在相應(yīng)影響，明確了責(zé)任影響范圍，供類似工程參考以引起對復(fù)雜環(huán)境中基坑開挖建設(shè)流程和支護(hù)重要性的認(rèn)識。

1 工程概況

某民房位于西北某市新城區(qū)，為新農(nóng)村整村搬遷項(xiàng)目，由主房和附屬房屋相依而建，主房建于 2009 年，附屬房屋建于 2011 年，均為二層砌體結(jié)構(gòu)，建筑平面及主附房位置（虛線內(nèi)為主房）如圖 1～2 所示，建筑總長度為 18.2 m，總寬度為 12.3 m，建筑物總高度為 6.75 m，建筑面積約 430 m2。主附房基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ)，設(shè)地圈梁，主房 1～2 層層高均為 3.0 m，樓、屋蓋為鋼筋混凝土現(xiàn)澆板；附屬房屋 1～2 層層高均為 3.0 m，樓、屋蓋為鋼筋混凝土預(yù)制樓板。

圖1 民房一層平面布置圖（單位：mm）

根據(jù) GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》［1］，該新城區(qū)建筑工程抗震設(shè)防烈度為 7 度，設(shè)計基本地震加速度值為 0.15g，所屬的設(shè)計地震分組為第三組。

現(xiàn)場調(diào)查看出，該民房與待建的某單位綜合業(yè)務(wù)用房（為六層框架結(jié)構(gòu)）臨近，民房與該綜合業(yè)務(wù)同房，施工開挖基坑位置關(guān)系如圖 3 所示，該綜合業(yè)務(wù)用房于 2013 年 11 月 20 日-11 月 30 日實(shí)施基坑開挖后，民房部分墻體出現(xiàn)不同程度的裂縫，且裂縫寬度還有繼續(xù)擴(kuò)展的趨勢。

圖2 民房二層平面布置圖（單位：mm）

圖3 民房與臨近開挖基坑位置關(guān)系剖面圖（單位：mm）

2 現(xiàn)場調(diào)查、檢測

2.1 基礎(chǔ)檢查

為查清民房基礎(chǔ)現(xiàn)狀，在主房 1×C～D 軸線墻體處開挖探井 TJ1，開挖深度為基礎(chǔ)底面下 1.5 m。對T J1 進(jìn)行檢查：房屋基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ)，剖面如圖 4 所示，設(shè)置有地圈梁，基礎(chǔ)寬度 730 mm，高度為 490 mm，地圈梁寬 370 mm，高 240 mm，基礎(chǔ)底面下設(shè)置 600 mm厚灰土層，灰土下為素土。

圖4 民房墻下基礎(chǔ)剖面圖（單位：mm）

2.2 相對沉降傾斜觀測

通過對該民房進(jìn)行相對沉降觀測，該房屋地基相對沉降量在 0～15 mm，基礎(chǔ)局部傾斜率在 0.36 ‰～2.56 ‰，基礎(chǔ)局部傾斜率超出 GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》［2］第 5.3.4 條中關(guān)于“中、低壓縮性地基土砌體承重結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的局部傾斜≤2 ‰”的要求。地基基礎(chǔ)沉降趨勢較明顯。

2.3 上部承重結(jié)構(gòu)

2.3.1 房屋結(jié)構(gòu)體系調(diào)查

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)主房為二層砌體結(jié)構(gòu)，承重墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑，平面布置呈“口”字形，設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱；樓、屋蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，基礎(chǔ)采用磚砌條形基礎(chǔ)。附屬房屋為二層砌體結(jié)構(gòu)，墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑，采用磚柱與磚墻共同承重，樓、屋蓋修建時采用當(dāng)?shù)仡A(yù)制廠生產(chǎn)的鋼筋混凝土預(yù)制空心樓板，基礎(chǔ)形式為磚柱下獨(dú)立基礎(chǔ)和承重砌體墻下的條形基礎(chǔ)，未設(shè)置地梁。

2.3.2 主要墻體側(cè)向位移觀測

采用經(jīng)緯儀對該房屋 1×A、1×G 軸線外墻頂點(diǎn)位移進(jìn)行了觀測，其房屋頂點(diǎn)位移在 6～25 mm，整體傾斜率在 0.89 ‰～3.70 ‰，傾斜率基本滿足 GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》中第 5.3.4 條關(guān)于“多層和高層建筑的整體傾斜≤4 ‰”的要求。

2.3.3 砌體砂漿和磚強(qiáng)度檢測

根據(jù) GB/T 50315－2011《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［3］的規(guī)定，在該主房與附房一、二層縱橫軸線墻體處隨機(jī)抽取 6 片承重墻，每片墻上布置 5 個測區(qū)，采用回彈法對砂漿和磚強(qiáng)度進(jìn)行檢測，可以看出砂漿測區(qū)強(qiáng)度平均值為 0.7～1.5 MPa；墻體磚抗壓強(qiáng)度平均值為 10.14 MPa，在進(jìn)行砂漿強(qiáng)度檢測的測區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3 處灰縫進(jìn)行砂漿碳化深度測量，碳化深度均＞3 mm。

2.3.4 結(jié)構(gòu)整體性檢查

該主房結(jié)構(gòu)整體性較好，房屋高度、層高、房屋層數(shù)、樓板形式、房屋實(shí)際高寬比、抗震橫墻最大間距、樓梯間位置、承重窗間墻最小寬度等基本構(gòu)造滿足規(guī)范要求，構(gòu)造柱及圈梁設(shè)置亦滿足規(guī)范要求；該附屬房屋整體性較差，為 2 層砌體結(jié)構(gòu)，1～2 層層高均為 3.0 m，內(nèi)、外墻厚度均為 240 mm，樓、屋蓋采用鋼筋混凝土預(yù)制空心板，采用磚柱、磚墻及鋼筋混凝土梁共同支撐上部結(jié)構(gòu)，未形成有效整體結(jié)構(gòu)。

2.3.5 裂縫情況調(diào)查檢測

從宏觀情況看，民房墻體裂縫主要出現(xiàn)在主房與附屬房屋的交接處，以及 2 層局部圈梁與墻體交接處。從墻體裂縫的出現(xiàn)位置看，主房與附屬房屋 6 軸線交接處整體脫開；附屬房屋與相鄰住戶房屋 7 軸線交接處墻體整體脫開；2 層E×3～6 圈梁與墻體交接處、6×B～C 梁及墻交接處開裂；部分門窗洞口出現(xiàn)裂縫（裂縫分布見圖 5）；所有裂縫形式表現(xiàn)特點(diǎn)：6 軸線與 7 軸線裂縫呈豎向分布，2 層 E×3～6 圈梁與墻體交接處、6×B～C 梁及墻交接處裂縫呈水平分布；裂縫深度和寬度：6 軸線與 7 軸線裂縫寬度為 20～35 mm，E×3～6 軸線圈梁與墻體交接處裂縫寬度為 0.1～0.5 mm，裂縫最大達(dá) 3.0 mm；另附屬房屋地面開裂，1 層 A×7，B×7 軸線磚柱頂部呈斜向斷裂，裂縫寬度達(dá) 25 mm。

圖5 墻體裂縫圖

2.4 臨近開挖基坑調(diào)查

2.4.1 場地地質(zhì)資料情況

整體場地地形地貌單元屬河西岸Ⅱ級階地后緣及山前坡積疊加地帶，地基土類型為中軟場地土。場地內(nèi)地層主要由①濕陷性黃土狀粉土②非濕陷性黃土狀粉土構(gòu)成，場地地層穩(wěn)定。該場地為 Ⅳ 級自重濕陷性場地，最大濕陷深度 17.0 m，場地類別為 Ⅱ 類，地基土具有微腐蝕性，最大凍土深 98 cm。

2.4.2 基坑調(diào)查

民房相鄰單位的綜合業(yè)務(wù)用房于 2013 年 11 月20 日-11 月 30 日實(shí)施基坑開挖，2014 年 9 月 23 日基坑回填，基坑暴露時間達(dá) 300 d，其間未采取任何基坑支護(hù)措施。雨水、污水等對基坑均有侵蝕，基坑與西南側(cè)民房最小水平距離 3.88 m，基坑開挖深度為 2.80 m，基坑底面與民房的相對高差為 4.61～4.85 m。

3 計算分析

3.1 開挖基坑邊坡穩(wěn)定性計算

本次計算軟件選用理正巖土 6.5，計算模型按現(xiàn)場實(shí)測數(shù)值建立。

3.1.1 坡面信息

按照計算程序要求，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，坡面線段數(shù)為 4（見表 1），坡面線段數(shù)為從坡面線起點(diǎn)，往坡上數(shù)線段的個數(shù)，超載 1：距離 0.010（m），寬 12.300（m），荷載（29.17～29.17 kPa），方向 270.00（度）。

表1 坡面線段數(shù)

3.1.2 計算參數(shù)（見表 2）

表2 計算參數(shù)

3.1.3 計算條件

根據(jù)理正巖土圓弧穩(wěn)定分析方法，計算理論為瑞典條分法；土條重切向分力與滑動方向反向時當(dāng)下滑力對待；穩(wěn)定計算目標(biāo)按照自動搜索最危險滑裂面，條分法的土條寬度按照 1.000（m）輸入，搜索時的圓心步長為 1.000（m），搜索時的半徑步長按 0.500（m）考慮。

3.1.4 計算結(jié)果（見圖 6）

圖6 理正計算結(jié)果簡圖

3.1.5 最不利滑裂面的確定

從上述計算結(jié)果看，該基坑邊坡最不利滑動面滑動圓心為（22.420，8.150）（單位：m），邊坡最不利滑動面滑動半徑為 8.148 m，邊坡最不利滑動面滑動安全系數(shù)為 1.629，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大于 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》［4］和 JGJ 120－2012《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》［5］最小穩(wěn)定安全系數(shù)對于臨時邊坡一級為 1.25、二級為 1.20、三級為 1.15 的要求，邊坡存在最危險滑裂面，最危險滑裂面進(jìn)入民房基礎(chǔ)水平距離約為 1.52 m。

3.2 民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力應(yīng)變分析

3.2.1 計算原則

根據(jù)民房與開挖基坑的位置關(guān)系，采用有限元軟件 midas GTS 對基坑開挖前后民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力、應(yīng)變變化情況進(jìn)行數(shù)值模擬，采用摩爾—庫侖準(zhǔn)則進(jìn)行土體計算。其表達(dá)式為：

式中：C為土的黏聚力；φ為土的內(nèi)摩擦角；σn，τn分別為滑移面上的正應(yīng)力與切應(yīng)力。

3.2.2 計算結(jié)果

基坑開挖前民房基礎(chǔ)地面的應(yīng)力分布云圖如圖 7 所示，在基礎(chǔ)所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點(diǎn)進(jìn)行分析，所有點(diǎn)均承受壓應(yīng)力，基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線結(jié)果如圖 8 所示；基坑開挖后民房基礎(chǔ)地面的應(yīng)力分布云圖如圖 9 所示，在基礎(chǔ)所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點(diǎn)進(jìn)行分析，在基礎(chǔ)以下 0～0.75 m 范圍內(nèi)承受拉應(yīng)力，0.75 m 以下變?yōu)槌惺軌簯?yīng)力，基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線結(jié)果如圖 10 所示。

圖7 開挖前應(yīng)力云圖

圖8 開挖前基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線（單位：kN/m2）

圖9 開挖后應(yīng)力云圖

圖10 開挖后基礎(chǔ)底部應(yīng)力曲線（單位：kN/m2）

從計算應(yīng)力云圖分析，基坑開挖導(dǎo)致民房基礎(chǔ)底面應(yīng)力發(fā)生變化，破壞了應(yīng)力平衡。對基坑開挖后民房基礎(chǔ)底面的應(yīng)力分布云圖整體進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在基坑邊緣豎直方向距離基坑頂部 4.23 m 處，民房基礎(chǔ)應(yīng)力擴(kuò)散進(jìn)入基坑范圍。

3.3 民房承載能力計算

根據(jù)現(xiàn)行 GB 50003－2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和 GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的多高層建筑結(jié)構(gòu)分析程序 PKPM 軟件（2010 版）對其主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行抗震承載力、局部承壓和高厚比驗(yàn)算。民房活荷載標(biāo)準(zhǔn)按照 GB 50009－2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行取值。

3.3.1 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算的基本參數(shù)（見表 3）

表3 承載力驗(yàn)算參數(shù)

3.3.2 驗(yàn)算結(jié)果

通過對民房墻體的抗震承載力進(jìn)行驗(yàn)算可以看出，該民房一層部分承重墻體抗震承載能力（主要指承重墻體抗力與效應(yīng)之比）不滿足 GB 50011－2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》要求，二層墻體抗震承載能力（主要指承重墻體抗力與效應(yīng)之比）基本滿足規(guī)范要求；主房墻體構(gòu)件高厚比均滿足 GB 50003－2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的限值要求；主房承重墻體構(gòu)件局部承壓均滿足GB 50003－2011《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的限值要求。

4 民房安全性鑒定評級

4.1 地基基礎(chǔ)

根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，結(jié)合本次檢測結(jié)果，經(jīng)綜合分析，該主房地基基礎(chǔ)不均勻沉降超出規(guī)范限值，故將其地基基礎(chǔ)安全性等級評定為 Cu級。

4.2 上部承重結(jié)構(gòu)

4.2.1 砌體構(gòu)件安全性

4.2.2 結(jié)構(gòu)整體性

該民房主房為二層砌體結(jié)構(gòu)，平面布置呈“口”形，總長度為 15.1 m，總寬度為 8.7 m，平、立面布置規(guī)則，圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置完善。根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，經(jīng)綜合分析，該民房主房結(jié)構(gòu)整體性等級評定為 Au級。

4.2.3 結(jié)構(gòu)側(cè)向位移評級

根據(jù)該民房主房傾斜觀測結(jié)果，經(jīng)綜合分析，按不適于繼續(xù)承載的側(cè)向位移評定該民房主房結(jié)構(gòu)安全性等級為 Au級。

4.3 鑒定單元安全性綜合評級

將該民房的主房部分作為一個鑒定單元，結(jié)合地基基礎(chǔ)、上部承重結(jié)構(gòu)的鑒定結(jié)果，根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定評級如表 4 所示。

表4 民房主房結(jié)構(gòu)安全性詳細(xì)評定列表

4.4 該民房附屬房屋

該民房附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重，結(jié)構(gòu)布置不合理，存在薄弱環(huán)節(jié)，未形成完整的體系，構(gòu)件連接構(gòu)造不符合國家現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范規(guī)定，一層部分磚柱頂部斷裂，裂縫寬度最大處達(dá) 25 mm，構(gòu)件連接部分已失效，存在嚴(yán)重缺陷，局部已有松動變形?？拐鹦阅茌^差，整體性差，經(jīng)綜合分析，將該民房所屬附屬房屋作為一個鑒定單元，根據(jù) GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，其附屬房屋安全性評級為 Dsu級。

5 相鄰基坑開挖對民房影響原因分析

1）該民房屋地基處理深度為 600 mm，地基處理標(biāo)準(zhǔn)偏低；基礎(chǔ)埋深約為 500 mm，小于場地最大凍深為 980 mm；主房平立面規(guī)則，圈梁、構(gòu)造柱設(shè)置完善，結(jié)構(gòu)整體性較好；附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重，圈梁和構(gòu)造柱設(shè)置不完善，房屋整體性及抗震性較差。且局部已有損傷，部分構(gòu)件連接已失效。

2）開挖基坑邊緣距民房水平最小距離約為3.88 m，基坑底面距民房垂直最大距離約為 4.85 m，根據(jù) GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》第 9.2.6 條“基坑圍護(hù)墻后地表沉降的主要影響區(qū)域?yàn)?2 倍基坑開挖深度”，因此該民房位于主要影響區(qū)內(nèi)。

3）民房臨近基坑開挖后，基坑暴露在大氣環(huán)境中，其間基坑未采取任何支護(hù)措施，基坑邊緣距離民房較近，根據(jù)計算結(jié)果，基坑最不利滑動面進(jìn)入民房基礎(chǔ) 1.52 m，民房所屬房屋基礎(chǔ)下部應(yīng)力發(fā)生變化，應(yīng)力擴(kuò)散范圍進(jìn)入了基坑。

6 結(jié)語

通過上述案例分析可知，對環(huán)境復(fù)雜的臨近建筑物的基坑工程要根據(jù)預(yù)計算結(jié)果及時進(jìn)行支護(hù)，且暴露時間不宜過長，施工一定要做好過程監(jiān)測，包括支護(hù)結(jié)構(gòu)和對周邊環(huán)境的監(jiān)測，并提出各項(xiàng)監(jiān)測要求的報警值，同時應(yīng)對基坑周圍相當(dāng) 2 倍基坑開挖深度的范圍進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，特別是這種城鄉(xiāng)結(jié)合地帶或新城區(qū)未經(jīng)過正規(guī)勘察設(shè)計的民房周邊進(jìn)行基坑開挖施工時，更要嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)做好前期民房結(jié)構(gòu)調(diào)查鑒定并及時與基坑開挖后期進(jìn)行檢查鑒定比較，并做好基坑開挖過程中的監(jiān)測，避免引起不必要的意外施工糾紛，以確保工程結(jié)構(gòu)安全可靠和建設(shè)項(xiàng)目順利進(jìn)行。Q