基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響

張旺生

（上海雋城置業(yè)有限公司，上海 201899）

基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響

張旺生

（上海雋城置業(yè)有限公司，上海 201899）

結(jié)合沿海地區(qū)某深基坑工程實(shí)例，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析基坑開挖對(duì)周圍建筑物的影響，指出開挖基坑前對(duì)周圍建筑的加固措施能有效地減少了基坑開挖對(duì)建筑的影響；通過對(duì)鄰近建筑地基進(jìn)行增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度；合理的施工工序和挖土過程；控制地下水位；排除水患等加固方式，可以得到減少鄰近建筑物沉降。

深基坑；周圍建筑；水平位移；沉降；數(shù)值模擬

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.017

1 引言

鄰近建筑物發(fā)生沉降變形是基坑開挖必然引起的施工效應(yīng)，尤其對(duì)于深基坑的施工。基坑施工過程中由于坑內(nèi)土體開挖帶了的卸荷作用會(huì)引起基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形以及坑后土體的豎向位移。當(dāng)位移量或者沉降值超過工程設(shè)計(jì)可控范圍之后，將會(huì)對(duì)影響鄰近道路、建筑物以及地下管線的正常使用，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生工程事故，造成房屋倒塌，道路變形，煤氣管線破裂泄露等一系列嚴(yán)重后果。本文結(jié)合基坑施工過程中對(duì)周圍小區(qū)以及建筑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，得出對(duì)周圍建筑物影響的一般規(guī)律。同時(shí)，通過對(duì)建筑沉降的差異，得出減少沉降的有效方法。同時(shí)通過對(duì)周圍建筑的重點(diǎn)分析，總結(jié)出基坑開挖過程中，對(duì)鄰近建筑物保護(hù)的有效方法，為類似工程提供借鑒。

2 工程簡介

嘉定區(qū)項(xiàng)目位于雅丹路以北康蘇路以西地塊。本工程占地面積約3.75hm2，工程擬建建筑主要為公寓、辦公、商業(yè)及地下車庫，主要由6～17層建筑、3層地下室組成，項(xiàng)目位于嘉定區(qū)安亭板塊地塊。根據(jù)建筑物平面分區(qū)及不同開挖深度，將本工程基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)分四塊，即1#～4#基坑，見圖1。

本工程±0.000m相當(dāng)于絕對(duì)標(biāo)高+4.200m。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及地形圖，本工程周邊場地自然地面絕對(duì)標(biāo)高為3.95～4.59m。本工程各基坑開挖深度如表1所示。

圖1 基坑平面形狀示意圖

表1 各基坑開挖深度

開挖的4個(gè)基坑地下室外墻均非常接近保護(hù)、保留建筑基礎(chǔ)。1#基坑西側(cè)和南側(cè)為高層建筑；2#基坑除西側(cè)為市政路外，其余三側(cè)均為保留建筑；3#基坑?xùn)|、西兩側(cè)均為保留建筑物，南北兩側(cè)與2#、4#基坑相連；4#基坑北側(cè)和西側(cè)保留建筑，東側(cè)和南側(cè)為需要保留的建筑物外墻。

4個(gè)基坑被該地塊周圍的4條道路所包圍，除3#基坑外每個(gè)基坑均有1條或2條邊線臨近周圍道路。周圍道路下密集分布著多條地下管線，基坑開挖對(duì)周圍道路及地下管線影響應(yīng)引起足夠的重視，盡量減小基坑開挖對(duì)周圍道路及地下管線的影響，保證道路和地下管線的安全。由上可知，本工程4個(gè)基坑的周圍環(huán)境非常復(fù)雜，基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響分析極為重要。

為增加坑內(nèi)被動(dòng)土壓力，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，改善挖土條件，坑內(nèi)需進(jìn)行加固處理，加固采用雙軸水泥土攪拌樁2根700mm@1000mm，寬度約為4.2m（1#、2#、3#基坑）和3.2m（4#基坑），其中,1#、2#、3#基坑加固深度自第二道支撐底至坑底下4.0m，水泥摻量坑底以上8%，坑底以下13%，4#基坑加固深度為坑底下4.0m。在靠近保護(hù)建筑及基坑局部陽角部分，采用坑底全加固。對(duì)于基坑內(nèi)部局部加深的部位，例如，電梯井和集水坑位置，周圍采用水泥土攪拌樁進(jìn)行圍護(hù)。為控制基坑側(cè)向變形及坑底隆起，墊層厚度加大到200mm，且坑邊10m范圍內(nèi)考慮采用配筋墊層。

為了將因?yàn)榛娱_挖造成的鄰近建筑物產(chǎn)生的附加沉降、傾斜及水平位移較小到最低，對(duì)其基礎(chǔ)采取了以下加固措施：

1）增加原基礎(chǔ)剛度。從新施加基礎(chǔ)梁以增加建筑物基礎(chǔ)整體剛度，增加基礎(chǔ)整體性，降低由于基礎(chǔ)不均勻沉降造成的影響。

2）對(duì)建筑物的基礎(chǔ)進(jìn)行整體置換，利用新基礎(chǔ)將荷載傳遞到深層土體中。在充分考慮建筑物現(xiàn)狀以及基坑施工實(shí)際情況的前提下，擬采取錨桿靜壓鋼管樁。

3 鄰近建筑物沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 鄰近小區(qū)居民樓沉降數(shù)據(jù)分析

位于基坑?xùn)|邊一居民樓沉降隨時(shí)間的變化曲線如圖2所示。本基坑從6月開始坑內(nèi)降水，同時(shí)，本基坑于6月11日開始從基坑北端施工。圖中數(shù)據(jù)顯示在基坑降水至基坑開挖之前建筑物并沒有發(fā)生明顯的沉降，由此說明本基坑地下連續(xù)墻的設(shè)計(jì)插入深度符合工程需求，能夠有效的隔斷基坑外部地下水向基坑內(nèi)部滲流路徑；同時(shí)，圖中曲線還顯示在基坑施工過程中鄰近建筑物的沉降值變化較大，累計(jì)值均超過報(bào)警值±20mm；最后，從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，在3月9日基坑底板施工完成以后有效地控制了建筑物的沉降，由此反映出基坑底板對(duì)鄰近建筑物沉降的變化有重要影響。

圖2 基坑?xùn)|側(cè)小區(qū)沉降曲線

從施工現(xiàn)場也發(fā)現(xiàn)該建筑物因?yàn)榛娱_挖而出現(xiàn)裂縫和傾斜。并且，該小區(qū)煤氣管線也曾發(fā)生過漏氣現(xiàn)象。小區(qū)人行道上鋪設(shè)的石磚也出現(xiàn)了多處隆起的現(xiàn)象。在監(jiān)測(cè)站報(bào)警的情況下，施工方加快施工進(jìn)度，對(duì)小區(qū)內(nèi)的房屋進(jìn)行大規(guī)模修補(bǔ)，排除了小區(qū)居民的安全隱患。

3.2 周圍建筑沉降數(shù)據(jù)分析

如圖3所示是鄰近某一建筑物的沉降曲線圖。分析圖中數(shù)據(jù)可以看出，建筑物沉降曲線變化特點(diǎn)和上節(jié)中小區(qū)居民樓沉降變化特點(diǎn)具有相似的規(guī)律，即在基坑降水階段建筑物并沒有發(fā)生明顯的沉降，說明地下連續(xù)墻有效地阻止了基坑

外部的水向基坑內(nèi)部的通道。隨著基坑的開挖，建筑物的沉降值速率也不斷增加，直到底板澆筑完畢以后建筑物沉降的速率才有所變小，有明顯緩和的趨勢(shì)，說明底板澆筑對(duì)控制地表沉降有著重要的作用。

圖3 建筑沉降曲線

但是，對(duì)比小區(qū)居民樓沉降曲線和建筑沉降曲線可以發(fā)現(xiàn)，建筑沉降數(shù)值明顯小于小區(qū)居民樓的沉降數(shù)值。小區(qū)居民樓的最大沉降值接近60mm（遠(yuǎn)超過報(bào)警值20mm），且小區(qū)建筑出現(xiàn)較大的裂縫以及道路出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，而建筑沉降的最大值僅為24.31mm（略超過報(bào)警值）且未出現(xiàn)明顯裂縫和傾斜。分析基坑開挖前對(duì)這兩個(gè)建筑不同的處理方法可知，開挖基坑前對(duì)建筑的加固措施以及在靠建筑一側(cè)地下連續(xù)墻外增加800mm的排樁發(fā)揮良好了的作用，有效地減少了基坑開挖對(duì)周圍建筑的影響。同時(shí)，工程監(jiān)測(cè)的警戒建議值在實(shí)施中嚴(yán)格按照了有關(guān)規(guī)定要求，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)及時(shí)進(jìn)行了報(bào)警，并通知各相關(guān)單位和部門，也起到了一定的作用。

4 保留建筑的加固方法和沉降曲線分析

4.1 2#基坑開挖的影響的加固措施及沉降曲線分析

保留建筑距離2#基坑很近，主要受到2#基坑開挖的影響。

在避開1層保護(hù)區(qū)域的前提下，在原有基礎(chǔ)兩側(cè)增設(shè)基礎(chǔ)梁，梁截面取b×h＝800mm×550mm，并在梁開間內(nèi)布置300mm厚筏板，形成梁板式基礎(chǔ)，為增加新舊基礎(chǔ)的整體性，采取以下兩種措施：

1）原有建筑±0.00以下墻體厚度為520mm，為保證新增基礎(chǔ)梁與原有磚墻接合緊密、傳力可靠，沿磚墻墻體兩側(cè)鑿槽100mm×550mm，新增基礎(chǔ)梁內(nèi)嵌入墻體100mm。

由于該保留建筑為磚木結(jié)構(gòu)，受再次擾動(dòng)變形的能力較差，故擬進(jìn)行基礎(chǔ)全托換，鋼管樁樁型為219mm×6mm，樁長為32m，樁基持力層為第⑤3層粉質(zhì)黏土，單樁豎向承載力極限值取540kN。

該保留建筑在地基加固期間，出現(xiàn)了微小的不均勻沉降；加固完成后，由于3#坑施工的影響，出現(xiàn)了較大的沉降，最大的沉降達(dá)到了43mm（超過報(bào)警值）。3#坑施工結(jié)束后，沉降漸漸趨于穩(wěn)定。綜合分析所測(cè)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出該保留建筑沉降基本保持正常。該保留建筑公寓的目前變形處于較小趨勢(shì)，分析部分測(cè)點(diǎn)在部分施工工序中仍有較為明顯的變形現(xiàn)象：一方面說明對(duì)于磚木結(jié)構(gòu)的公寓，抵抗受擾動(dòng)變形的能力較差；另一方面也說明對(duì)該保留建筑公寓基礎(chǔ)采取的加固措施并未取得預(yù)期效果。因此，對(duì)此類建筑的加固措施還需要進(jìn)一步探究。

4.2 3#基坑加固措施及沉降曲線分析

3#基坑附近的保留建筑，主要受到3#、4#基坑開挖的影響。

在避開一層保護(hù)區(qū)域的前提下，在原有基礎(chǔ)兩側(cè)增設(shè)基礎(chǔ)梁，梁截面取b×h＝800mm×550mm，并在梁開間內(nèi)布置300mm厚筏板，形成梁板式基礎(chǔ)，為增加新舊基礎(chǔ)的整體性，采取以下兩種措施：

1）原有建筑±0.00m以下墻體厚度為730mm，為保證新增基礎(chǔ)梁與原有磚墻接合緊密、傳力可靠，沿磚墻墻體兩側(cè)鑿槽100mm×550mm，新增基礎(chǔ)梁內(nèi)嵌入墻體100mm。

安培洋行在地基加固期間，出現(xiàn)了微小的不均勻沉降；加固完成后，由于3#坑開挖的影響，出現(xiàn)了較大的沉降，沉降最大值達(dá)到40mm。3#坑開挖結(jié)束后，沉降趨于穩(wěn)定。綜合分析數(shù)據(jù)，可以看出，安培洋行沉降基本保持正常，這說明基礎(chǔ)的加固措施取得了預(yù)期的效果。但部分測(cè)點(diǎn)在部分工序中仍出現(xiàn)了較大的沉降，因此，在今后類似工程施工過程中，要注意控制關(guān)鍵性的工序。

4.3 4#開挖的影響的加固措施及沉降曲線分析

該建筑基礎(chǔ)外邊線距離2#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)邊線距離較遠(yuǎn)，且其中間隔了亞洲文會(huì)大樓，2#基坑開挖對(duì)其影響較小；基礎(chǔ)外邊線距離3#、4#基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)邊線很近，基坑開挖對(duì)其影響較大。

該建筑原有基礎(chǔ)為柱下承臺(tái)樁基，樁型為鋼筋混凝土方樁，樁截面為305×305mm，樁長9.15m，由于原有獨(dú)立承臺(tái)位于地下室地坪以下約1.68m，地下室地坪相對(duì)室外道路約低于1.1m，故獨(dú)立承臺(tái)埋深約2.78m故樁端深于鄰近3#、4#基坑約6m、1m，考慮獨(dú)立承臺(tái)整體受力效果較差，且柱下荷載較大，在原有地下室地坪開孔補(bǔ)打錨桿靜壓鋼管樁后，拆除原有地坪，增加500mm厚的鋼筋混凝土底板。具體加固措施如下：

1）為了保證增設(shè)的基礎(chǔ)底板與原有承臺(tái)及柱能夠有效傳遞荷載，原有結(jié)構(gòu)柱在地下室范圍內(nèi)增大截面（各邊長外擴(kuò)100mm），柱內(nèi)主筋插入新建底板內(nèi)，使柱上荷載可以傳遞至底板上，并且在原有承臺(tái)表面種植適當(dāng)數(shù)量構(gòu)造插筋，加強(qiáng)承臺(tái)與底板的凝聚力。

2）由于本棟樓外墻基本不可拆除，故所增加底板外邊線與外墻下連梁通過種植鋼筋及混凝土黏合劑進(jìn)行連接。

3）根據(jù)目前建筑物狀況，原有樁基提供的承載力能較好的承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，本次補(bǔ)樁僅在于控制沉降。根據(jù)軟土地區(qū)樁基沉降計(jì)算模型，當(dāng)布樁數(shù)達(dá)到30%以上，則基礎(chǔ)沉降變形呈收斂趨勢(shì)，故本工程補(bǔ)充鋼管樁作用為抗水平荷載及控制豎向變形，為保證基坑開挖過程中更好的控制該棟樓的變形，布樁數(shù)量控制在40%～50%正常樁基數(shù)量。鋼管樁樁型為194mm×6mm，樁長為27m，樁基持力層為第⑤1層粉質(zhì)黏土，單樁豎向承載力極限值取450kN，保證樁端深于鄰近基坑圍護(hù)體地下連續(xù)墻及工法樁。

此外，為消除基坑開挖過程中圍護(hù)墻側(cè)向變形對(duì)周邊保護(hù)、保留建筑物的不利影響，需在基坑開挖前在圍護(hù)墻外側(cè)預(yù)埋注漿管，在基坑開挖過程中進(jìn)行跟蹤注漿，對(duì)建筑物區(qū)域土體損失進(jìn)行補(bǔ)償，以確保周邊建筑物安全。

對(duì)該建筑沉降進(jìn)行分析可以看到，該建筑在地基加固期間沉降不大，基本都在5mm之內(nèi)；之后地基加固和3#坑施工的共同影響，出現(xiàn)了較大的沉降，最大的沉降達(dá)到了15mm，但并未超過報(bào)警值。3#坑施工結(jié)束后，沉降漸漸趨于穩(wěn)定。綜合分析所測(cè)量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以看出，該建筑沉降基本保持正常，說明采取的加固措施起到了較好的效果，保證了該建筑在基坑施工期間的安全。

5 結(jié)語

結(jié)合鄰近建筑物的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了不同類型建筑物受基坑開挖影響的規(guī)律，同時(shí)分析了不同的加固措施對(duì)建筑物沉降的影響，得到如下結(jié)論：

基坑降水至基坑開挖之前鄰近建筑物并沒有發(fā)生明顯的沉降，基坑開挖期間建筑物的沉降值變化速率較大，底板澆筑對(duì)控制地表沉降有著重要的作用。

開挖基坑前對(duì)周圍建筑的加固措施以及在靠建筑一側(cè)地下連續(xù)墻外增加800mm的排樁發(fā)揮良好了的作用，有效地減少了基坑開挖對(duì)建筑的影響。同時(shí)，工程監(jiān)測(cè)的警戒建議值在實(shí)施中嚴(yán)格按照了有關(guān)規(guī)定要求，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)及時(shí)進(jìn)行了報(bào)警，并通知各相關(guān)單位和部門，也起到了一定的作用。

周圍建筑在基坑開挖過程中均未出現(xiàn)嚴(yán)重的工程事故，說明基坑開挖前對(duì)周圍建筑的加固方式是有效的，總結(jié)采用的加固方式，可以得到減少鄰近建筑物沉降的措施有：對(duì)鄰近建筑地基進(jìn)行加固；增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度；合理的施工工序和挖土過程；控制地下水位，排除水患。

【1】劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

【2】徐至均，趙錫紅.逆作法設(shè)計(jì)與施工[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

【3】王磊，吳善能.上海地區(qū)深基坑施工對(duì)周圍建筑物的影響[J].低溫建筑技術(shù)，2011（4）:107-108.

【4】王曙光.復(fù)雜周邊環(huán)境基坑工程變形控制技術(shù)[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35（增1）：474-477.

Effect of Foundation Pit Excavation on AdjacentBuildings

ZHANGWang-sheng
（ShanghaiJuchengReal EstateCo.Ltd.，Shanghai 201899,China）

Inthispaper,adeepexcavationcoastalinstance,accordingtothesitemonitoringdata,analysisofexcavationonthesurrounding buildings,pointing out that the former excavation pit on surroundingbuildings reinforcement measures can effectivelyreduce the open pit diggingonthebuilding;nearthebuildingfoundationconductedbyincreasingtheenvelopedepthofinsertion;reasonableconstructionprocess andexcavationprocess;controlthewatertable;excludefloodsolidifyingway,adjacentbuildingscanbereducedsedimentation.

deepexcavation;thesurroundingbuildings;horizontaldisplacement;settlement;numericalsimulation

TU753；TU94

B

1007-9467（2016）07-0077-04

2016-02-23

張旺生（1983～），男，福建人，助理工程師，從事土木工程研究，（電子信箱）782601138@qq.com。