深基坑開挖對(duì)相鄰建筑影響分析

郝 建 軍

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030001)

深基坑開挖對(duì)相鄰建筑影響分析

郝 建 軍

(煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院,山西 太原 030001)

通過對(duì)某已建辦公大樓在相鄰建筑深基坑的開挖過程的側(cè)斜、水位觀測(cè)和沉降觀測(cè)，分析了已建辦公大樓地面、墻體嚴(yán)重裂縫的原因，結(jié)合分析結(jié)果,指出在設(shè)計(jì)基坑時(shí)要充分估計(jì)環(huán)境效應(yīng)問題，及時(shí)控制其環(huán)境條件的變化，要充分重視和考慮地基水的滲流問題等。

深基坑，差異沉降，紊流，止水帷幕

1 工程概況

某建成于1988年的辦公大樓(以下簡(jiǎn)稱舊樓)采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上13層，局部15層。地下室1層，樓層高度58.00 m，箱形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深-5.60 m，地基采用碎石樁復(fù)合地基處理，樁長(zhǎng)5.5 m～12.0 m，樁頂鋪設(shè)800 mm的碎石墊層。

2009年5月，在該舊辦公樓北側(cè)10 m處，開工建設(shè)新項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱新樓)，由一幢23層辦公樓、一幢25層酒店、4層裙樓及地下車庫組成。地下3層，基坑設(shè)計(jì)深度14.60 m。地下水位受公園湖水補(bǔ)給影響，水位較高，地質(zhì)條件復(fù)雜，回填土厚，砂層深，基坑等級(jí)為一級(jí)。基坑平面位置見圖1。

場(chǎng)地地貌單元為汾河?xùn)|岸Ⅱ級(jí)階地。巖性以人工填土、粉土、粉質(zhì)粘土、砂土及碎石類為主。2009年5月新建項(xiàng)目基坑開始開挖，2009年8月，在開挖過程中，舊辦公樓地下室及樓層就發(fā)現(xiàn)多處裂縫，墻體開裂等。新樓基坑支護(hù)方案采用支護(hù)樁和止水帷幕加JL擴(kuò)大頭錨桿。支護(hù)樁直徑為900 mm，樁長(zhǎng)為24.00 m，帷幕樁長(zhǎng)18.70 m。其剖面見圖2。

根據(jù)1986年1月的勘察資料該區(qū)域地下水位標(biāo)高783.00 m。在2007年9月的勘察資料地下水位標(biāo)高782.64 m～784.09 m之間。兩次勘察資料水位在這23年之間并無太大變化。

降水方案設(shè)計(jì)：降水井35眼，水位觀測(cè)孔3眼，周邊回灌井24眼，降水井深度20 m～32 m，共四排，南北變?nèi)啪?0 m，中間井深32 m。回灌井深18 m。

2 舊樓變形情況及原因分析

當(dāng)新樓基坑開挖至8 m～10 m處，基坑西側(cè)突然出現(xiàn)涌水及流土情況，基坑無法繼續(xù)施工，基坑西南側(cè)最為嚴(yán)重，緊急采用了堆土措施，基坑開挖工作停止。舊樓地面、墻體等均已出現(xiàn)較為嚴(yán)重的裂縫， 2009年8月31日對(duì)本樓進(jìn)行了變形監(jiān)測(cè)。

2.1 觀測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括以下內(nèi)容：1)側(cè)斜及水位觀測(cè)：2個(gè)側(cè)斜孔、2個(gè)水位觀測(cè)孔。平面尺寸見圖1。2)沉降觀測(cè)點(diǎn)8個(gè)，其位置見圖3；位移觀測(cè)點(diǎn)4個(gè)；傾斜觀測(cè)為東西和南北兩對(duì)觀測(cè)點(diǎn)。

2.2 觀測(cè)成果及分析

2.2.1 沉降觀測(cè)分析

從2009年8月31日開始起至12月30日止共進(jìn)行28次沉降觀測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)的每次累積沉降量與時(shí)間繪制成曲線(見圖4)。

由各點(diǎn)的沉降與時(shí)間曲線可以看出有3個(gè)時(shí)間窗，分別為10月30日、12月12日和12月19日。從8月31日到10月30日歷時(shí)60 d，這期間地基土屬于活躍期，沉降量時(shí)小時(shí)大，此時(shí)地基土受差異沉降影響，開始遭受破壞，但大部分地基土還有一定的結(jié)構(gòu)性。第二階段從2009年10月30日到12月12日，此階段地基土的結(jié)構(gòu)性已經(jīng)大部分破壞，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)已經(jīng)趨于一致下沉，但還有局部地基土有結(jié)構(gòu)性，沉降速率較上一階段加快。第三階段地基土體的結(jié)構(gòu)性已經(jīng)遭受徹底破壞，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)重新尋找應(yīng)力平衡，在尋找平衡過程中沉降速率明顯加快，并且運(yùn)移方向趨于一致(向下)。

根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)沉降點(diǎn)zb1和zb2，舊樓南北兩端的各一點(diǎn)，各觀測(cè)點(diǎn)的每次位移變化量和時(shí)間關(guān)系的走勢(shì)曲線見圖5，可以明顯看到兩點(diǎn)沉降趨勢(shì)開始為“壓板橋現(xiàn)象”，即一端起時(shí)另一端則降，隨著時(shí)間推移至12月19日該現(xiàn)象消失，各點(diǎn)沉降趨于一致。形象生動(dòng)的表明了地基土在遭受非常不穩(wěn)定的土壓力，一邊沉降，一邊上升，在這樣的反復(fù)升降過程中，地基土被擾動(dòng)，其強(qiáng)度降低，以至被破壞，直至尋找新的平衡。

2.2.2 平面位移觀測(cè)分析

在舊樓樓頂設(shè)置4個(gè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)。現(xiàn)將2009年8月31日的觀測(cè)值作為初始點(diǎn)進(jìn)行了水平位移數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，見表1。

表1 水平位移量速率

各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的水平位移量、位移速率均不能滿足規(guī)范要求小于0.04 mm/d，屬于不穩(wěn)定期。但在第二階段水平位移量開始出現(xiàn)反方向值，說明向著相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)展。

觀察各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)矢量圖發(fā)現(xiàn)1號(hào)，2號(hào)和4號(hào)點(diǎn)方向基本在北東方向(第一象限內(nèi))，各點(diǎn)位移方向與正北夾角在50°左右。僅3號(hào)點(diǎn)有些矢量方向進(jìn)入第四象限內(nèi)。特別是第二組數(shù)據(jù)在基坑中央，受基坑開挖及降水影響較大，使舊樓建筑物在新樓基坑開挖過程中整體建筑物水平位移方向不定，各點(diǎn)位移方向相悖，使該建筑物呈撕裂狀，導(dǎo)致舊樓受力不均勻，部分墻體開裂。

2.2.3 側(cè)斜數(shù)據(jù)分析

在舊樓與新樓基坑之間設(shè)置1號(hào)，2號(hào)兩個(gè)側(cè)斜孔(見圖1)。截止到2009年12月31日共進(jìn)行23次側(cè)向位移觀測(cè)。選擇2號(hào)側(cè)斜孔繪制深度與位移曲線，選擇8條有代表性的繪制出曲線，見圖6。2號(hào)側(cè)斜孔由于在基坑邊沿，在8條位移線中，11月26日的深度與位移曲線嚴(yán)重偏離正常曲線，這是由于在測(cè)試過程中基坑邊緣正在施工防水帷幕堵漏工程鉆孔所致。

觀察2號(hào)側(cè)斜孔最大位移量位置多數(shù)在4.00 m～7.00 m之間。由于該側(cè)斜點(diǎn)位于基坑中部，該位置的地基土產(chǎn)生水平位移直接受基坑支擋樁頂位移的影響。其側(cè)限僅是支護(hù)樁的側(cè)限，與1號(hào)側(cè)斜孔有所不同。當(dāng)然也有特殊情況，比如在12月14日的側(cè)斜數(shù)據(jù)中最大水平唯一點(diǎn)在21 m(766.00 m)處，也就是基礎(chǔ)底面下1.0b(箱形基礎(chǔ)寬度)，這屬于地下水“繞流現(xiàn)象”，在“繞流現(xiàn)象”過程中地基土體在動(dòng)水壓力作用下產(chǎn)生側(cè)移。

分析地基土側(cè)移的原因，主要有以下幾點(diǎn):1)基坑降水使地基土體的固體顆粒在動(dòng)水壓的作用下與液體同時(shí)位移。2)基坑開挖使地基土體失去了側(cè)限，土體為了尋找新的平衡產(chǎn)生水平位移。3)由于在降水過程中，地基土受損程度不同，而建筑物是箱筏基礎(chǔ)，整體剛度好，使得建筑物地基形成“壓板橋現(xiàn)象”，板橋的支點(diǎn)逐步由受損嚴(yán)重的地基向受損不嚴(yán)重的地基轉(zhuǎn)移。這一過程也使固體顆粒產(chǎn)生水平位移。

2.2.4 水位觀測(cè)及分析

從三個(gè)水位觀測(cè)孔資料看，1號(hào)觀測(cè)孔受基坑影響最為嚴(yán)重，水位每天都在變化，非常不穩(wěn)定，地下水位從2009年10月22日的-6.0 m到2009年12月18日，降至-7.8 m，降深1.8 m，這是因?yàn)?2月18日，新樓基坑跑水，局部防水帷幕失敗導(dǎo)致降水過程中形成的降落漏斗所致。此時(shí)舊樓地基土內(nèi)的水徑流速度加快，在動(dòng)水壓力的作用下加快了地基損壞的速度。

場(chǎng)地地下水賦存于地基土中，地下水的運(yùn)動(dòng)(有層流和紊流兩種形式)水量大小，水質(zhì)及補(bǔ)給、排泄等水動(dòng)力條件均與地基土的物理、力學(xué)性質(zhì)，區(qū)域地下水運(yùn)動(dòng)規(guī)律有關(guān)。在舊樓竣工后，該大樓地基土穩(wěn)定后，地下水以層流為主，已經(jīng)形成固定的排水通道。當(dāng)?shù)鼗猎獾狡茐暮螅械牡叵滤\(yùn)動(dòng)由層流變?yōu)槲闪鳎闪魇沟鼗羶?nèi)的孔隙水壓力增大，加速地基土破壞。

3 結(jié)論與建議

1)由于新樓基坑距離舊樓僅僅10 m，支護(hù)方案采用支護(hù)樁加擴(kuò)大頭錨索，錨索長(zhǎng)度27 m。而擴(kuò)大頭錨索將舊樓的碎石樁復(fù)合地基損壞，破壞了原有地基土的應(yīng)力平衡，這是導(dǎo)致舊樓在東西方向向東傾斜，南北方向向北傾斜的原因之一。2)防水帷幕漏水嚴(yán)重(可以說該防水帷幕部分失效)，基坑降水過程中產(chǎn)生較大的降落漏斗，使舊樓地基內(nèi)地下水位下降，地下水由原來的層流變?yōu)槲闪鳎咕植繀^(qū)域地基土內(nèi)的孔隙水壓力上升，在動(dòng)水壓的作用下地基土體產(chǎn)生水平位移，使該樓地基土結(jié)構(gòu)部分損壞，隨之導(dǎo)致建筑物整體下沉，在下沉過程中產(chǎn)生差異沉降而導(dǎo)致建筑物局部開裂、損壞。3)如果防水帷幕繼續(xù)漏水，將使新樓基坑內(nèi)降水的降落漏斗半徑加大，舊樓地基內(nèi)水位繼續(xù)下降，會(huì)使該樓地基土再次固結(jié)沉降，同時(shí)產(chǎn)生側(cè)移，并伴隨差異沉降，差異沉降值達(dá)到極限值時(shí)無法繼續(xù)使用。新樓及時(shí)停止施工，堆土回填，且采用三重管旋噴在原來帷幕樁外圍又施工一層防水帷幕進(jìn)行堵漏，并收到一定的效果。4)在設(shè)計(jì)基坑時(shí)要充分估計(jì)環(huán)境效應(yīng)問題，并采取必要的減少環(huán)境效應(yīng)的措施。一定要嚴(yán)肅認(rèn)真對(duì)場(chǎng)地周圍環(huán)境的調(diào)查、了解，準(zhǔn)確掌握相關(guān)數(shù)據(jù)資料，并及時(shí)控制其環(huán)境條件的變化，才能使措施符合實(shí)際，安全可靠。5)水的滲流問題要充分重視和考慮。6)止水帷幕的施工局限性和可靠性，在超過一定深度后的施工，應(yīng)更加謹(jǐn)慎。7)重視監(jiān)控工作，正確設(shè)定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。

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The influence analysis of deep foundation pit excavation to adjacent buildings

HAO Jian-jun

(CoalIndustryTaiyuanDesignandResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Through the side oblique, water level observation and settlement observation of existing office buildings in the excavation process of adjacent buildings, this paper analyzed the causes of existing office building floor, wall serious cracks, combining with the analysis results, pointed out that should be fully estimated environmental effect in design of foundation pit, timely control of environmental conditions changes, fully attention and consideration ground water seepage problems.

deep foundation pit, differential settlement, turbulent flow, sealing curtain

2014-07-13

郝建軍(1977- )，男，工程師

1009-6825(2014)27-0091-03

TU463

A