鄰近重要建構(gòu)筑物條件下的基坑工程施工研究

謝國(guó)森

（粵水電軌道交通建設(shè)有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

由于城市中遍布高樓大廈，并且這些建筑物在人們正常的生產(chǎn)生活中都占有重要地位，即便在遠(yuǎn)離市區(qū)的偏遠(yuǎn)地帶，也會(huì)有諸如橋梁等重要建構(gòu)筑物，而進(jìn)行基坑工程施工時(shí)，由于對(duì)地層會(huì)造成或多或少的影響，進(jìn)而影響鄰近建筑物的安全與穩(wěn)定，因此在施工環(huán)境周圍有重要建構(gòu)筑物時(shí)，基坑施工要采取相應(yīng)的規(guī)避措施，以求將影響降到最低。

1 鄰近重要建構(gòu)筑物對(duì)基坑工程施工的影響

1.1 淺基礎(chǔ)影響

若基坑工程附近的重要建構(gòu)筑物的埋深小于基礎(chǔ)寬度的4 倍的基礎(chǔ)稱為淺基礎(chǔ)，當(dāng)基坑與鄰近重要建構(gòu)筑物的距離大于等于基坑深度加支護(hù)結(jié)構(gòu)的深度減去鄰近重要建構(gòu)筑物的入地深除以tan θ 的值時(shí)，在進(jìn)行基坑的工程施工時(shí)則不必考慮鄰近重要建構(gòu)筑物的重量荷載。（其中 θ 值為 45°+?/2），而這個(gè)距離小于這個(gè)數(shù)值時(shí)，就要進(jìn)行鄰近重要建筑物的壓力負(fù)載計(jì)算，將鄰近重要建構(gòu)筑物的附加壓力與土重、主動(dòng)土的壓力系數(shù)、自天然地面計(jì)算的深度以及土的粘聚力進(jìn)行測(cè)量分析，并通過(guò)得出來(lái)的數(shù)值進(jìn)行基坑工程的設(shè)計(jì)與改良，以免基坑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，影響基坑工程的質(zhì)量和效率。

淺基礎(chǔ)鄰近重要建構(gòu)筑物若在距離基坑較近的位置上，會(huì)導(dǎo)致基坑的深度超過(guò)鄰近重要建構(gòu)筑物的地下埋深，這樣的基坑工程在施工時(shí)，稍有不慎便會(huì)對(duì)鄰近建構(gòu)筑物的地層造成變形影響，控制難度較大，尤其在進(jìn)行基坑土方的開挖工作時(shí)，更會(huì)受到極大的限制，以致基坑的土方卸載出現(xiàn)不均衡的狀態(tài)，造成基坑結(jié)構(gòu)變形，并且在后期基坑的拆除工作時(shí)，也針對(duì)此種因素使得拆除工作難度加大[1]。

1.2 樁基礎(chǔ)影響

若基坑工程鄰近的重要建構(gòu)筑物的地下基礎(chǔ)為樁基礎(chǔ)時(shí)，同樣首先要考慮基坑與鄰近重要建構(gòu)筑物的距離，當(dāng)距離小于安全范圍，也要進(jìn)行主動(dòng)土壓力的計(jì)算，利用鄰近重要建構(gòu)筑物樁基礎(chǔ)中樁端的分擔(dān)負(fù)載比例、樁長(zhǎng)、等效基底附加壓力、樁埋深度等數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算。其計(jì)算示意如圖1 所示。

在樁基礎(chǔ)鄰近重要建構(gòu)筑物條件下，其會(huì)對(duì)基坑的開挖起到超載影響，基坑開挖會(huì)產(chǎn)生卸載作用，這項(xiàng)工序會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力差出現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)，坑外土層的位移也出現(xiàn)增加幅度，若此時(shí)鄰近重要建構(gòu)筑物的樁長(zhǎng)足夠深，超過(guò)了連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的入地深度時(shí)，鄰近重要建構(gòu)筑物的荷載就會(huì)由地上導(dǎo)入地下，其對(duì)于基坑的超載作用就會(huì)降低，基坑所遭受的荷載減小，位移就會(huì)得到控制，坑外土層的變形趨勢(shì)也會(huì)減慢。但是若樁長(zhǎng)并沒有達(dá)到這么深程度，沒有超過(guò)基坑結(jié)構(gòu)墻的深度，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移就不會(huì)受到壓制，位移會(huì)明顯加大，同時(shí)坑外土層也會(huì)發(fā)生變形。

2 基坑工程在鄰近重要建構(gòu)筑物條件下的具體施工

2.1 基坑降水

在進(jìn)行此項(xiàng)目的研究之前，要明確基坑降水工作會(huì)對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物產(chǎn)生什么樣的影響，當(dāng)基坑進(jìn)行開挖后，會(huì)對(duì)地下水進(jìn)行疏導(dǎo)，這一工序會(huì)造成地下結(jié)構(gòu)出現(xiàn)空缺，進(jìn)而影響地表的土層，使其發(fā)生沉降，而如果鄰近的重要建構(gòu)筑物屬于人員較多、樓層較高的大廈或是重要的地標(biāo)性建筑，這樣的沉降會(huì)造成十分嚴(yán)重的水平偏移，影響重要建構(gòu)筑物的安全與穩(wěn)定，并且水平偏移也會(huì)造成建構(gòu)筑物發(fā)生內(nèi)部結(jié)構(gòu)的擠壓，久而久之造成建構(gòu)筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂，甚至造成坍塌[2]。

針對(duì)于這一點(diǎn)，基坑工程在進(jìn)行施工時(shí)，要將地下水在鄰近地下的結(jié)構(gòu)支撐能力加以考量，不可盲目進(jìn)行降水與排水措施。

我們可以建構(gòu)一個(gè)基坑模型，以此來(lái)對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物條件下基坑降水工程的施工進(jìn)行分析。

首先，擬定一個(gè)大約平面尺寸為（30×40）m2的基坑，基坑開挖深度設(shè)定為10m 左右?；映叽鐬?20m×200m×50m，土層上部為粉質(zhì)粘土，下部為粉細(xì)砂，厚度分別是30m 與20m。地下水位在地下2m 處。

其次，此基坑使用的支護(hù)結(jié)構(gòu)為地下連續(xù)墻支護(hù)結(jié)構(gòu)，墻厚8m，深為35m，在0m、地下3m、地下7m 處設(shè)置支撐點(diǎn)，支撐板厚度為1.2m，立柱之間間隔6m，樁長(zhǎng)40m，樁柱直徑為8m。

再次，深基坑施工作業(yè)過(guò)程中，基于部分高層建筑使用的是裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)，本次模擬同樣將鄰近重要建構(gòu)筑物的框架定為裝配式剪力墻結(jié)構(gòu)。在這些前提條件下，建設(shè)一個(gè)初始地應(yīng)力場(chǎng)，這也是我們進(jìn)行該項(xiàng)分析的初始條件，同時(shí)將位移定在0 處，將鄰近重要建構(gòu)筑物的自重條件下的沉降以及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析。再將位移歸零，進(jìn)行基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的分析判斷，并將二者結(jié)合。

最后進(jìn)行降水工作，為了將對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物的影響降到最低，降水工作要分三步來(lái)進(jìn)行，當(dāng)水位降至4m 時(shí)，進(jìn)行第一層支撐的使用，在0m 處進(jìn)行，同時(shí)基坑下挖3m。當(dāng)水位降至8m 時(shí)，進(jìn)行第二層支撐的使用，在3m 處進(jìn)行，同時(shí)基坑下挖7m。當(dāng)水位降至11m時(shí)，進(jìn)行第三層支撐樁的使用，在7m 處進(jìn)行，同時(shí)基坑下挖10m。

到這一步，基坑開挖工作已經(jīng)完畢，地下水降水工作圓滿完成，同時(shí)基于支撐樁的使用，鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降并不會(huì)受到影響，極大地實(shí)現(xiàn)了雙贏局面。

2.2 基坑開挖

基坑開挖同樣會(huì)對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降造成影響，但其影響不足以與降水相比，但基坑開挖會(huì)對(duì)周邊地層的結(jié)構(gòu)造成破壞，因此基坑開挖不僅會(huì)影響基坑土體的沉降，還會(huì)影響鄰近建筑物，由于基坑在開挖時(shí)伴隨有支護(hù)工程的開展，不同的支護(hù)方式會(huì)對(duì)基坑產(chǎn)生不同的受力影響，在這一點(diǎn)上，鄰近建筑物與基坑之間的距離也是影響因素之一。通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，鄰近重要建構(gòu)筑物距離基坑越近，其受到沉降的影響就越大，具體表現(xiàn)可以通過(guò)圖2 看出，我們?cè)O(shè)定鄰近重要建構(gòu)筑物距離基坑的位置為5m、10m、15m、20m、30m。

而隨著基坑開挖深度不斷加大，基坑周邊的地層結(jié)構(gòu)的沉降也會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重，同時(shí)沉降的范圍也會(huì)隨著開挖深度的加大而加大，當(dāng)深度不斷增加，鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降傾斜會(huì)逐漸加重，甚至最終導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)破壞，當(dāng)開挖深度超過(guò)10m 后，鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降量會(huì)加倍增長(zhǎng)。

針對(duì)這種情況，結(jié)合當(dāng)前基坑開挖的工藝，建議采用先撐后挖的手法來(lái)進(jìn)行?；娱_挖對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物造成影響是不可避免的，但是使用適當(dāng)?shù)氖┕な侄文軌驅(qū)⒂绊懡档阶畹?，在?dāng)前的基坑工程中，共有三種開挖手法，分別是先挖后撐、先撐后挖、邊挖邊撐。在這三種中，先撐后挖所造成的影響是最小的，其次是邊挖邊撐，最后是先挖后撐[3]。

先撐后挖即先進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐，再進(jìn)行開挖施工，先在開挖區(qū)域的支撐部位進(jìn)行鋼筋綁扎，然后進(jìn)行支撐置模和支撐混凝土澆筑工藝，這時(shí)第一層的支撐工藝已經(jīng)完畢，開始進(jìn)行第一層和第二層土方的開挖。當(dāng)?shù)诙油练介_挖結(jié)束后，進(jìn)行第二層的支撐墊層以及支撐置模和支撐混凝土澆筑工藝，當(dāng)?shù)诙拥闹巫鳂I(yè)完畢后進(jìn)行第三層土方的開挖，至此，基坑的開挖工作與支撐工作都已圓滿完成，而鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降速度和水平偏移度也在最大限度上得到了保全。

2.3 地連墻加內(nèi)支撐

在基坑工程施工中，為了保障基坑結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，會(huì)采用支護(hù)工藝來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的保護(hù)，地連墻加內(nèi)支撐是基坑支護(hù)工藝中最為常用的一種支護(hù)工具，其在基坑工程中的使用同樣會(huì)給鄰近重要建構(gòu)筑物造成影響[4]。

我們擬定一個(gè)基坑結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行地連墻支護(hù)的影響以及施工，基坑深度為25m 左右，面積為6169m2，地下水位在2.3～3m，土層自上而下為雜填土、粘土、粉質(zhì)粘土、細(xì)砂等共9 層，支護(hù)采用的是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

此基坑中的地連墻加內(nèi)支撐中混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，抗?jié)B級(jí)別為S10，地連墻的頂標(biāo)高度為-2.95m，底標(biāo)高度為-38.9m，地連墻由上至下的整體高度為35.95m，基坑下的地連墻高度為16m。地連墻由四種槽段類型組成，其共形成55 幅，槽段之間使用管柔性接頭進(jìn)行連接，鎖口形狀為圓形。地連墻的支撐鋼筋選用HRB400 級(jí)，鋼材直徑為28cm 或32cm，主筋的保護(hù)層為統(tǒng)一尺寸，0.7m 為最佳。同時(shí)將地連墻與底板使用鋼筋進(jìn)行連接，鋼筋之間使用直螺紋接駁器來(lái)進(jìn)行連通，通過(guò)預(yù)插埋筋的方式來(lái)實(shí)行。

同時(shí)注意地連墻加內(nèi)支撐在進(jìn)行槽段開挖時(shí)，要進(jìn)行注漿管的設(shè)置，注漿管的管底在槽段底部的2～5m，注漿時(shí)間為支護(hù)墻體的混凝土達(dá)到70%強(qiáng)度時(shí)，注漿管使用的水泥量為2t。

通過(guò)這樣的地連墻加內(nèi)支撐以及槽段分層開挖，能夠?qū)踩阅艽蟠筇嵘⑶疫@樣的支護(hù)方式能夠及時(shí)將地層結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，以免在回填前對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物的質(zhì)量造成不可挽回的影響。

2.4 軟土層深基坑變形

深基坑工程在施工時(shí)，基于施工環(huán)境的因素，對(duì)基坑結(jié)構(gòu)及施工質(zhì)量會(huì)造成一定的影響，這種影響在軟土層區(qū)域中尤為顯著，而基坑結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定出現(xiàn)變形，會(huì)對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物的影響加倍。

深基坑變形可能是由支護(hù)結(jié)構(gòu)、坑底土體、坑外土體變形引起的。

其中，支護(hù)結(jié)構(gòu)變形會(huì)造成坑外的土體出現(xiàn)位移，進(jìn)而影響鄰近重要建構(gòu)筑物，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)變形的原因有很多，例如土質(zhì)、支護(hù)材料、支護(hù)工藝等。而坑底土體變形主要是坑底的土體出現(xiàn)了彈性隆起或是塑性隆起?？油馔馏w變形主要是來(lái)源于坑外地表沉降，這也是對(duì)鄰近重要建構(gòu)筑物影響最大的一種[5]。

因此，在基坑工程施工時(shí)，基于鄰近重要建構(gòu)筑物的條件下，施工過(guò)程要嚴(yán)格控制坑外的土體變形。通過(guò)對(duì)數(shù)值分析法等計(jì)算方法的使用，將坑外土體的變形進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，亦可以通過(guò)對(duì)圍護(hù)墻、內(nèi)支撐、地面負(fù)荷等項(xiàng)目的施工控制來(lái)進(jìn)行。

在基坑工程施工時(shí)，將圍護(hù)墻的剛度與深度進(jìn)行適量提升，經(jīng)過(guò)相關(guān)分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)圍護(hù)墻剛度在10E的時(shí)候，其緩解沉降能力最佳。當(dāng)圍護(hù)墻深度在10～30m 時(shí)，對(duì)地表沉降的緩解度最優(yōu)。同時(shí)，內(nèi)支撐的剛度也能影響地表沉降的速度，當(dāng)內(nèi)支撐剛度在10K 時(shí)，緩解能力最佳，隨著剛度不斷增加，緩解能力反而呈下降趨勢(shì)。地面負(fù)荷力度與鄰近重要建構(gòu)筑物的沉降呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，當(dāng)?shù)孛尕?fù)荷不斷增加時(shí)，沉降度也會(huì)相應(yīng)增加。

經(jīng)過(guò)以上幾點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，在基坑工程施工時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整能夠有效解決基坑的變形問題，進(jìn)而在維護(hù)基坑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上保持鄰近重要建構(gòu)筑物的穩(wěn)定。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以看出鄰近重要建構(gòu)筑物條件下基坑的工程施工確實(shí)受到了一定的影響，但基于當(dāng)前我國(guó)城市化建設(shè)的腳步，這樣的限制不僅不能避免反而會(huì)適當(dāng)增加，因此，基坑工程施工一定要找準(zhǔn)相應(yīng)的工藝方法，在保證鄰近重要建構(gòu)筑物盡量不受到影響的前提下推進(jìn)基坑工程的施工。通過(guò)上文中的研究，希望基坑工程能夠找到合適的方法以便工程能夠保證施工效率。