基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

林 座 （福建閩東建設(shè)發(fā)展有限公司，福建 寧德 352100）

0 引言

隨著我國的工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，城市的發(fā)展也日新月異。但有限的土地資源制約著城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)。為此，全國各地越來越重視地下空間的開發(fā)利用。地下空間的開發(fā)利用涉及基坑工程。為確?；拥氖┕ぐ踩约班徑扔薪ǎ?gòu)）筑物的安全，筆者依托對沿海地區(qū)某公建項(xiàng)目深基坑工程的分析，討論了本工程的基坑支護(hù)方案安全可靠性，期望能為類似項(xiàng)目提供借鑒、參考。

1 基坑概況

該工程場地位于寧德市仙蒲路東側(cè)，擬建建筑物為4幢4～5F建筑物及其裙樓，下設(shè)1層連體滿鋪外挑地下室。場地屬海陸交互相地貌，場地地基土除表層雜填土外，主要為沖積、淤積成因類型及花崗巖風(fēng)化巖層。工程施工開展之前，需先進(jìn)行場地整平，其標(biāo)高暫為4.700m。

本工程室內(nèi)標(biāo)高±0.000為黃海高程 5.300m，場地整平標(biāo)高暫定為4.700m，相對標(biāo)高為-0.600m。根據(jù)已有資料，本工程中地下車庫底板不同區(qū)域板面標(biāo)高分別為-4.100/4.700/4.800/5.400 m，地下車庫底板厚為400mm，墊層厚100mm，則不同區(qū)域分別開挖至坑底標(biāo)高-4.600/5.200/5.300/5.900m，開挖深度為4.00/4.60/4.70/5.30m；部分開挖至承臺底-6.100m，開挖深度為5.50m?；用娣e約為 12300m，基坑周長約為475m。本基坑工程屬深基坑。

2 土層情況及周邊條件

2.1 土層情況

本基坑坑內(nèi)土層從上到下依次為①雜填土、②淤泥、③粉質(zhì)粘土、④殘積砂質(zhì)粘性土、⑤全風(fēng)化花崗巖、⑥強(qiáng)風(fēng)化花崗巖（砂土狀）等土層，本工程基底主要位于②淤泥層。

2.2 周邊構(gòu)筑物概況

擬建場地北側(cè)為2幢商業(yè)建筑物（2F，框架結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)），與擬建物最小間距約20m；南側(cè)為規(guī)劃玉塘路，尚未施工，現(xiàn)為青苗地；西側(cè)為仙蒲路與地下室邊界線，最小間距約7m；東側(cè)為金馬路，間距約25m。

3 基坑支護(hù)方案

3.1 支護(hù)方案的總體思路

根據(jù)開挖深度及周邊環(huán)境情況，基坑鄰近既有建筑物一側(cè)采用Ф800@1200沖孔灌注樁，豎向設(shè)置一道型鋼斜拋支撐（Ф609×16@8000，H400型鋼連桿），坑底采用Ф600@450單軸攪拌樁（水泥土摻量為20%，坑底以上為10%，長度5m），如圖1所示。

圖1 鄰近既有建筑物側(cè)基坑剖面圖

3.2 既有建筑物側(cè)基坑開挖工序

本基坑工程嚴(yán)格按照順作法施工工藝，具體工序：①在土方開挖前先行施工基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及排水設(shè)施，待支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到安全開挖強(qiáng)度要求后，再自上而下分層分段開挖卸土；②當(dāng)基坑開挖至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，及時施工底板墊層、底板以及支撐牛腿；③結(jié)構(gòu)底板、支撐牛腿混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后及時架設(shè)鋼支撐，方可繼續(xù)開挖基坑內(nèi)剩余土體；④施工剩余底板及地下室側(cè)墻并澆筑出地面，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后方可拆除鋼支撐。具體施工工況詳見圖2所示。

圖2 基坑開挖工序流程圖

4 有限元分析

4.1 數(shù)值模型建立

在有限元計(jì)算軟件中建立二維分析模型，如圖4、圖5所示。

圖4 有限元計(jì)算模型

圖5 單元剖分圖

4.2 計(jì)算結(jié)果分析

如圖6～圖9。

圖6 水平位移計(jì)算云圖

圖7 豎向位移計(jì)算云圖

圖8 既有建筑物的豎向位移（7.7 mm）

圖9 既有建筑物的彎矩圖（最大值，kN·m/m）

4.3 周邊環(huán)境影響分析

從基坑水平位移計(jì)算云圖（圖6）、豎向位移計(jì)算云圖（圖7）、既有建筑物基礎(chǔ)豎向位移（圖8）及彎矩圖（圖9）四圖可知：本基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向水平位移15.7mm，符合現(xiàn)行《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》中關(guān)于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向水平位移小于37mm的規(guī)定，有效地保證了基坑土體開挖卸載的安全性；既有建筑物的變形為7.7mm，小于10mm，也符合規(guī)程規(guī)定，既有建筑物變形也處于可控范圍內(nèi)。

4.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)

為保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建（構(gòu)）筑物的安全，首要要求就是控制基坑的變形。在基坑施工過程中，必須對支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近建（構(gòu)）筑物進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測，建立嚴(yán)格的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做到及時反饋，實(shí)現(xiàn)信息化施工。具體的監(jiān)測數(shù)據(jù)詳見表3所示。

土層力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表 表1

既有建筑物開挖至坑底工況下影響結(jié)果 表2

基坑開挖基坑監(jiān)測數(shù)據(jù) 表3

4.4 基坑開挖安全性采取的技術(shù)措施

本基坑開挖深度相對不深且僅在鄰近既有建筑物一側(cè)空間較為緊張，其余方向建（構(gòu)）筑物距離基坑相對較遠(yuǎn)。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果（圖6～圖9）、周邊環(huán)境影響（表2）及監(jiān)測數(shù)據(jù)，在土體開挖過程中，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及鄰近既有建筑物的變形均能夠滿足規(guī)范要求。施工中主要采取了下列技術(shù)措施：

①嚴(yán)格按照基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)圖，確定基坑開挖方案，在鄰近既有建筑物一側(cè)進(jìn)行地基加固，從而增加被動區(qū)的土體側(cè)墻剛度，減小基坑位移，進(jìn)而保護(hù)基坑周邊建（構(gòu)）筑物；

②基坑開挖過程中，嚴(yán)格遵循“分段分層，均勻?qū)ΨQ，由上至下，先支撐后開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，從而有效控制基坑側(cè)向變形；

③基坑周圍地面設(shè)置排水溝，避免雨水流入基坑內(nèi)；開挖前，在基坑內(nèi)設(shè)置必要的降水井等降水設(shè)施，用潛水泵抽取降水井中的地下水，開挖前基坑內(nèi)水位應(yīng)降至開挖面以下0.5～1m；開挖過程中，基坑內(nèi)設(shè)置必要的排水設(shè)施，并做好坑內(nèi)井點(diǎn)降水工作，有效提高土體的抗剪強(qiáng)度與基坑穩(wěn)定性。

④開挖至設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高后適時施作底板結(jié)構(gòu)、支撐牛腿；待底板、支撐牛腿混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，及時架設(shè)已施加預(yù)應(yīng)力的鋼支撐，以防基坑變形過大，影響基坑安全。

⑤根據(jù)本工程的自身特點(diǎn)，進(jìn)行優(yōu)化監(jiān)測設(shè)計(jì)，基坑開挖過程中，適時加密監(jiān)測頻率，及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時反饋，實(shí)現(xiàn)信息化施工。

⑥在基坑開挖前，可采取在鄰近建筑物基礎(chǔ)附近設(shè)置跟蹤注漿孔措施，控制鄰近建（構(gòu)）筑物的變形。

5 結(jié)論

筆者依托沿海地區(qū)某深基坑為背景，采用有限元分析方法，建立基坑開挖的有限元數(shù)值模型，研究了基坑開挖對鄰近建（構(gòu)）筑物的變形影響。研究結(jié)論如下：

①通過基坑開挖計(jì)算和利用有限元二維模型模擬兩種手段分析，不管是基坑變形還是對周邊環(huán)境的影響，都在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，該技術(shù)方案安全可行；

②隨著基坑的開挖卸載，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑方向水平位移從上部向下，漸漸增大，直至達(dá)到最大水平位移，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)最大的側(cè)向水平位移為15.7mm，最大變形發(fā)生在坑底附近；

③基坑開挖應(yīng)遵循“分段分層，均勻?qū)ΨQ，由上至下，先支撐后開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，當(dāng)基坑開挖至坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)及時澆筑地下室底板墊層、底板及支撐牛腿，如有必要可加固被動區(qū)土體，以便提高被動區(qū)土體抗力，保證施工安全；

④在基坑開挖過程中，提高變形監(jiān)測頻率，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，可有效保證基坑工程的安全。