某深基坑相鄰建筑物沉降規(guī)律研究

■ 伍 波 Wu Bo

0 引言

在我國(guó)大城市的建設(shè)發(fā)展過程中，高層建筑越來越多，建筑物密度也越來越大。在市區(qū)新建的高層建筑物周邊，往往存在著很多老舊既有建筑物。那么，如何才能減少基坑開挖施工對(duì)相鄰房屋的影響，避免不必要的糾紛呢？這是擺在每一位設(shè)計(jì)和施工人員面前的難題。曾有人對(duì)此作過一些研究，如馬德云等[1]探討了某大型基坑對(duì)周邊房屋安全的影響；周斌等[2]則探討了樁基和基坑工程施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。但他們都只是針對(duì)特定的相鄰建筑物進(jìn)行討論，并未研究基坑周邊不同建筑物的沉降規(guī)律。另外，對(duì)于基坑開挖的影響范圍，《上海基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程》（D G/T J 0 8—2 0 0 1—2 0 0 6） 中考慮了基坑周邊2倍開挖深度范圍內(nèi)的環(huán)境條件，《上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范》（D G/T J 0 8—6 1—2 0 1 0）中建議采用經(jīng)驗(yàn)方法預(yù)估基坑開挖引起的圍護(hù)墻后的地表沉降。

本文將以某大型深基坑開挖施工為例，根據(jù)對(duì)其相鄰房屋施工前后損壞情況的對(duì)比檢測(cè)和長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，探討基坑施工影響范圍，以及對(duì)不同距離、不同結(jié)構(gòu)形式、不同平面布局相鄰建筑物的影響規(guī)律。

1 工程概況

本工程基坑面積約2.2萬m2，普遍區(qū)域開挖深度為2 2.1 0 m。該基坑圍護(hù)采用順作法施工，分5個(gè)區(qū)域進(jìn)行：首先施工西側(cè)和東側(cè)基坑，待兩側(cè)基坑地下室結(jié)構(gòu)施工完成后，再進(jìn)行中間基坑的施工；因該基坑工程南側(cè)臨近地鐵，故在該基坑南側(cè)留有2個(gè)小基坑，待3個(gè)主要區(qū)域基坑地下室結(jié)構(gòu)施工完成后，再進(jìn)行南側(cè)小基坑的施工。

基坑周邊圍護(hù)體采用1000mm厚地下連續(xù)墻，坑內(nèi)5個(gè)施工區(qū)域間采用地下連續(xù)墻作為臨時(shí)隔斷，采用5道鋼筋混凝土支撐。坑內(nèi)加固采用Φ850@600三軸水泥土攪拌樁；坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)加固體與地下連續(xù)墻槽壁的間隙內(nèi)采用Φ600@400或Φ1000@700高壓旋噴樁填充加固。降水采用疏干管井并加載真空負(fù)壓進(jìn)行疏干降水。

2 工程地質(zhì)及水文概況

2.1 工程地質(zhì)

經(jīng)勘察探明，擬建場(chǎng)地為古河道沉積區(qū)，淺部土層分布較穩(wěn)定，中下部土層除局部區(qū)域有一定起伏外，一般分布較穩(wěn)定。在所揭露深度1 3 0.4 0 m范圍內(nèi)，地質(zhì)土屬第四紀(jì)中更新世Q2至全新世Q4沉積物，主要由黏性土、粉性土、砂土組成，一般具有成層分布的特點(diǎn)。根據(jù)土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)差異，可劃分為9個(gè)主要層次，地層分布如表1所示。

2.2 水文條件

擬建場(chǎng)地淺部地下水屬潛水類型，受大氣降水及地表徑流補(bǔ)給，勘察期間所測(cè)得的地下水靜止水位埋深一般在1.00～2.20m之間。

擬建場(chǎng)地內(nèi)承壓水主要為深部第7層、第9層及第1 1層承壓含水層，對(duì)本工程有直接影響的為第7層承壓水，承壓水頭埋深約為6.6m。

3 典型相鄰建筑物概況

基坑西側(cè)主要為高層商業(yè)辦公樓，有地下室，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)；北側(cè)和東側(cè)主要為2～3層的磚木結(jié)構(gòu)住宅和一些多層的框架結(jié)構(gòu)商業(yè)樓，基礎(chǔ)形式前者為大放腳基礎(chǔ)，后者主要為筏板基礎(chǔ)；南側(cè)為空曠地。基坑周邊典型建筑物分布見表2（A~C為基坑北側(cè)房屋，D~F為基坑?xùn)|側(cè)房屋）。

4 完損檢測(cè)情況

房屋A和房屋C長(zhǎng)方向垂直于基坑邊線，其余房屋長(zhǎng)方向均平行于基坑邊線。房屋A和房屋F在施工期間未發(fā)現(xiàn)有明顯損壞現(xiàn)象出現(xiàn)；房屋B~D在施工期間均出現(xiàn)縱橫墻陰角通長(zhǎng)開裂等損壞現(xiàn)象，部分木樓板格柵與墻體節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)滑移，房屋C甚至出現(xiàn)了通長(zhǎng)橫向開裂；房屋E出現(xiàn)了墻磚和地磚起鼓脫落損壞現(xiàn)象。

表1 地層分布一覽表

另外，在基坑?xùn)|側(cè)2～3倍開挖深度范圍內(nèi)的2層磚木結(jié)構(gòu)房屋中，也出現(xiàn)了通長(zhǎng)橫向開裂的損壞現(xiàn)象，裂縫主要出現(xiàn)在樓梯間、天井等剛度薄弱部位。

5 沉降規(guī)律分析

5.1 基坑開挖影響范圍及地表沉降曲線

根據(jù)《上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范》第1 7.2節(jié)，“對(duì)于板式支護(hù)體系，可采用經(jīng)驗(yàn)方法預(yù)估基坑開挖引起的圍護(hù)墻后的地表沉降，其沉降分為主影響區(qū)域（0～2倍的基坑開挖深度）和次影響區(qū)域（2～4倍的基坑開挖深度），最大沉降的位置為0.5倍的基坑開挖深度處”。圍護(hù)墻后地表沉降預(yù)估曲線見圖1。

從本工程房屋沉降監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，地表沉降主要表現(xiàn)為如下3點(diǎn)：

（1）基坑開挖的主要影響范圍為3倍基坑開挖深度以內(nèi)，處于2～3倍開挖深度范圍之間的磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體出現(xiàn)了新的開裂損壞。

（2）基坑?xùn)|側(cè)房屋沉降最大位置約為1倍基坑開挖深度處。現(xiàn)場(chǎng)傾斜監(jiān)測(cè)結(jié)果也反映了這種趨勢(shì)：1倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的房屋傾斜朝基坑外方向增加；1倍基坑開挖深度范圍外的房屋傾斜朝基坑方向增加。

（3）基坑北側(cè)房屋沉降最大位置約為0.5～1倍基坑開挖深度處。

建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)典型剖面沉降曲線如圖2所示。

5.2 相同距離處測(cè)點(diǎn)的沉降規(guī)律

相同距離處的沉降測(cè)點(diǎn)大致表現(xiàn)出如下規(guī)律：基坑邊線中部區(qū)域房屋的沉降較角部區(qū)域房屋的沉降大；相同基礎(chǔ)形式的房屋層數(shù)越多，沉降越大。前者是因?yàn)榛舆吘€中部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移比角部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移大；后者是因?yàn)榉课菰礁撸讐毫υ酱螅娱_挖降水時(shí)，地基土的沉降越大（圖3）。

表2 基坑周邊典型建筑物概況

圖1 圍護(hù)墻后地表沉降預(yù)估曲線圖

對(duì)單幢房屋來說，因房屋上部結(jié)構(gòu)剛度能大大改善基礎(chǔ)的縱向彎曲程度，故房屋沉降由一端向另一端呈遞增或遞減變化，其沉降表現(xiàn)為：靠近基坑邊線中部的沉降大于其他測(cè)點(diǎn)的沉降。如相同距離處房屋周邊有較高房屋時(shí)，則因基礎(chǔ)應(yīng)力疊加效應(yīng)，靠近較高房屋處測(cè)點(diǎn)的沉降較大。

5.3 相同距離不同朝向的房屋沉降規(guī)律

對(duì)于狹長(zhǎng)形居民樓來說，平行于基坑邊房屋和垂直于基坑邊房屋的相同距離處測(cè)點(diǎn)的沉降也不同。主要原因?yàn)椋悍课萆喜拷Y(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)具有一定的整體性，房屋兩個(gè)方向上的剛度不同，抵抗變形的能力也不同。當(dāng)房屋長(zhǎng)邊平行于基坑邊線時(shí)，房屋各測(cè)點(diǎn)的沉降近似一致，房屋所受的影響也相對(duì)較小；當(dāng)房屋的長(zhǎng)邊垂直于基坑邊線時(shí)，房屋近端測(cè)點(diǎn)的沉降將明顯大于遠(yuǎn)端測(cè)點(diǎn)的沉降。對(duì)于結(jié)構(gòu)整體性較差的磚木結(jié)構(gòu)住宅樓來說，此時(shí)，則極易在縱墻上產(chǎn)生自上而下的通長(zhǎng)貫穿開裂現(xiàn)象。

5.4 不同施工階段的沉降規(guī)律

基坑周邊房屋的沉降主要由兩部分組成：一部分是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形所引起的沉降，另一部分是由降水引起的沉降[3]。前者發(fā)展迅速，主要發(fā)生在基坑開挖期間，其變化規(guī)律大致遵循規(guī)范中關(guān)于基坑開挖引起的圍護(hù)墻后的地表沉降規(guī)律。后者變化較慢，貫穿整個(gè)降水期間；因降水區(qū)域較大，其所引起的房屋沉降較為均勻。本工程基坑開挖和降水所引起的周邊房屋沉降量之比約為1∶1～1.2 5∶1之間。

典型房屋（房屋B和房屋E）的累計(jì)沉降曲線如圖4、5所示。

圖2 房屋沉降監(jiān)測(cè)曲線圖

圖3 相同距離處測(cè)點(diǎn)的典型沉降曲線圖

圖4 房屋B的累計(jì)沉降曲線圖

圖5 房屋E的累計(jì)沉降曲線圖

6 結(jié)語

深基坑施工對(duì)周邊建筑物的影響主要體現(xiàn)在由降水和基坑開挖引起的不均勻沉降方面；對(duì)于結(jié)構(gòu)整體性較差、抗變形能力較弱的老舊建筑物，在基坑施工過程中極易產(chǎn)生裂縫等損壞情況。因此，在建筑物密集的城市市區(qū)進(jìn)行深基坑施工時(shí)，除在基坑設(shè)計(jì)和施工時(shí)采取加強(qiáng)措施外，還需對(duì)基坑周邊建筑物按照距離遠(yuǎn)近、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)形式、建筑物平面布局等進(jìn)行梳理分類，制定具有針對(duì)性的檢測(cè)和監(jiān)測(cè)方案。對(duì)較易損壞的房屋需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，做好應(yīng)急預(yù)案，一旦在施工過程中出現(xiàn)緊急情況，及時(shí)跟業(yè)主溝通，采取臨時(shí)支撐等補(bǔ)救措施，防止發(fā)生安全事故。對(duì)于長(zhǎng)方向垂直于基坑邊線的老舊住房，建議監(jiān)測(cè)和檢測(cè)范圍擴(kuò)至3倍基坑開挖深度。相信本工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可為以后類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供一定的技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬德云.南錕,宋佳,等.某超期深基坑對(duì)周邊建筑物沉降影響的研究[J].建筑科學(xué),2 0 1 4,3 0(1 1):1 1 2-1 1 6.

[2]周斌,張可能,劉翠蓮,等.高層建筑基礎(chǔ)施工對(duì)相鄰建筑物的影響[J].四川建筑科學(xué)研究,2 0 0 9,5(1):1 4 3-1 4 6.

[3]龔曉南主編.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1 9 9 8.