某深基坑開挖引起臨近建筑物沉降變形監測分析

程 妍，王 亮

（1.珠海興業綠色建筑科技有限公司，廣東 珠海 519000；2.中國建材國際工程集團有限公司，廣東 深圳 518000）

近年來，已有很多學者對基坑開挖引起臨近建筑物變形發展規律進行了總結[1-3]，吳朝陽等[4]結合實際工程監測結果發現，隨著基坑開挖深度增加，周圍建筑物沉降不斷增大后逐漸穩定，建筑物距離基坑距離越遠，受基坑開挖影響越小；張波等[5]利用數值模擬方法很好地預測了臨近基坑建筑物沉降，并與實際工程進行了對比。但現有文獻主要是對一般地質條件下基坑開挖引起的周圍建筑物變形進行規律總結，在變形機理上尚需更深入的探討。

華南地區濕熱多雨氣候形成了獨特的地質條件，廣泛分布著花崗巖殘積土，該類土屬于特殊土的一種，天然狀態下具有高強度、高孔隙比和低密度、中低壓縮性等特點，粗顆粒含量多且級配不連續。本文結合深圳市某大型深基坑工程施工及監測實例，分析在復雜工程水文地質條件和場地周邊環境下，臨近深基坑建筑物發生沉降變形的原因。

1 工程概況

深圳市某綜合廣場項目場地原為建筑房屋區，經拆遷后成為工程用地，擬建建筑包括3棟超高層框架-筒體結構建筑和裙房，高層建筑高度分別為100m（28層）、150m（35層）和180m（43層），裙房為5～10層，地下部分為3層地下室，局部為2層和1層地下室，基坑開挖深度約12m，北側和東側局部開挖深度分別為4m和8m。基坑開挖周長約740m，開挖面積約29 270m2。

如圖1所示，基坑北側西段8m外緊鄰1所學校，包括3棟教學樓，分別為A1、A2、A3，東段3m外為1所幼兒園C和3棟6層住宅樓B1、B2、B3，東側距離某大廈D約10m，西側和南側距離市政道路分別是30m和70m寬的綠化帶，北側和東側地下管線較多（見表1）。該基坑開挖深度較大，跨雨季施工，其開挖對北側及東側建筑物均有很大影響。

1.1 場地地質條件

根據勘察結果，擬建場地內分布主要地層自上而下為：①人工填土層；②第四系沖洪積層，含有機質粉砂；③第四系上更新統沖洪積層，含黏性土中砂；④第四系上更新統坡積層，含礫黏土；⑤第四系上更新統坡積層，礫質粉質黏土；⑥燕山晚期花崗巖，全風化、強風化、中風化花崗巖。場區地質土體為典型花崗巖殘積土，工程地質性質較為特殊。

圖1 基坑周圍建筑物平面分布

表1 臨近建筑物信息和沉降結果

1.2 地下水條件

場地內地下水根據其賦存介質和埋藏條件不同，主要分為2類：①主要賦存于人工填土層及第四系各地層中，測得鉆孔地下水位埋深介于0.40～3.80m，受大氣降水影響，水位變化因季節而異；②下伏基巖中賦存基巖裂隙水，主要賦存于燕山晚期花崗巖中，其補給、徑流及涌水量大小受地質構造及節理裂隙控制。

1.3 主要工程問題

1）地下水影響 本場地基坑地層比較均勻，南側、東側及北側有3～6m厚的砂層，透水性極好的砂層含水量較大，流砂、管涌等現象將直接影響基坑穩定性，須采取必要措施進行地下水處理，確保基坑周邊建筑物和基坑的安全。

2）周邊環境 基坑北側有學校、幼兒園及住宅樓等，基坑東側有1座商業大廈，必須采取嚴格措施控制基坑變形，尤其是北側3m左右的住宅樓附近。

3）考慮到基坑處于鬧市區，場地空間狹小，主體施工及建筑材料堆放施工等因素，基坑開挖線不能超過用地紅線，所以基坑必須直立開挖。

2 基坑支護及降水方案

依據深圳市標準SJG 05—2011《深圳市基坑支護技術規范》表3.1.2規定，本基坑支護工程安全等級按照一級考慮。

考慮基坑開挖深度不同，故地下1層平臺以上在用地紅線內放坡，采用土釘墻支護，平臺以下直立開挖，采用φ1 200mm＠2 800mm人工挖孔樁+預應力錨索方式進行支護，基坑北側和東側支護樁間距為2 400mm。根據場地水文地質條件，樁外側采用單排攪拌樁形成止水帷幕進行止水。

考慮到工程地質土層含水量豐富、滲透系數大和開挖深度大等特點，基坑降水采用深井井點降水，并配用輕型井點降水開挖淺層土體，加快施工進度。

3 監測結果分析

按照動態化設計原則及信息化施工要求，基坑施工過程中進行全過程跟蹤監測，及時發現出現的問題并采取相應措施處理。變形監測主要內容包括：基坑頂和支護樁的位移觀測、周邊建筑物和道路及重要管線的沉降、地下水位變化等。

圖2為該工程基坑開挖周邊8棟臨近建筑物角點沉降及其附近水位變化。監測記錄時間從基坑支護階段一直到建筑地下室部分完成并進行基坑周邊回填后的半年時間。2015年3月支護墻開始施工，6月開始開挖，2016年1月開始地下室底板澆筑，至2016年5月，建筑地下部分完成并進行基坑四周回填繼續上部結構施工。

圖中實線代表近鄰基坑一側（建筑物南側）的監測結果，虛線代表相對遠離基坑一側（建筑物北側）的監測結果，其中沉降值采用建筑4個邊的角點沉降變化表示，如圖2a中A11和SW1分別表示建筑物A1第1個遠臨基坑一側的角點沉降變化和近臨基坑一側水位變化。考慮本次監測結果顯示基坑本身變形不大且均在警戒值范圍、地下管線埋深較淺受影響較小等因素，本次監測結果分析對象主要是沉降變形差異較大的臨近建筑物。

圖2 臨近8棟建筑物角點沉降和附近水位變化

表1后4列給出了所有建筑物近臨和遠臨基坑每一側的角點沉降最大值及相應每側附近水位最低值。如圖2a～2c所示，建筑物A1，A2，A3均位于基坑北側西段，最大沉降分別為 21.1、8.2、20.7mm，均在變形控制值及 JGJ 8—2016《建筑變形測量規范》規定范圍以內，最低水位值分別為-6.50，-4.70，-6.40m。可知建筑物A1和A3的沉降大小、附近水位變化基本相同，而建筑物A2相對較小，這可能主要由于它們距離基坑的距離不同，建筑物A1和A3與基坑最近距離分別只有4.0m和5.0m，基本接近，而建筑物A2離基坑46.0m，與彭志雄等[6]距離基坑越遠建筑物的沉降變形影響越小的結論一致。然而，由于基坑北側西段開挖深度只有3.6m左右，支護樁頂水平位移變化較小平均只有5.0mm，文獻［4］、［7］給出基坑開挖至5m時周圍地表最大沉降還不足5.0mm，這與臨近建筑物A1和A3發生沉降多達20mm并不一致，結合地下水位變化趨勢圖，分析其主要原因包括：①支護階段期間已發生近4mm沉降，并且地下水位開始下降，說明在支護墻施工階段進行人工挖孔樁時，施工周期長，成孔釋放了建筑地基部分應力及抽取了部分地下水；②開挖期間采用深井井點降水過程中，此時建筑物附近的地下水位也隨之下降較快，最低時達-6.50m，與施工前地下水位平均值-2.70m相差近4m，并且從其他水位變化圖中也可發現，基坑開挖期間均發生不同程度地下水位下降，判斷是支護墻止水帷幕存在滲水情況。因此，造成此處臨近建筑物出現較大沉降的主要原因是支護樁成孔卸荷釋放地基土壓力和地下水下降導致土層再固結，這與田志強等[7]發現隨著基坑開挖深度增大引起建筑物沉降也不斷增加的現象不符，但這并不矛盾，主要是因為各自產生沉降變形的誘因不同，文獻［7］主要是基坑支護墻水平位移不斷增大所致。

圖2d～2f分別為建筑物B1、B2和B3的角點沉降和水位變化圖，可以看出，建筑物B2和B3相對距基坑較遠，分別有32.5m和62.0m，已有研究發現距離基坑65m以外建筑基本不受基坑開挖變形影響[8]，但實際監測顯示建筑物B3也受到了一定影響，開挖期間二者臨近基坑一側最低水位分別達-5.3m和-4.4m，最大沉降有10.2mm和6.1mm，說明地下水對臨近建筑物的影響要比支護墻體變形更為深遠。然而，臨近基坑距離只有3.5m建筑物B1的角點B13發生42.8mm的沉降，建筑墻體出現輕微開裂，比前述建筑物最大沉降相比增加了一倍多，而臨近基坑支護墻體本身變形并沒有增大。查閱基坑開挖期間施工日志發現，在基坑施工過程中，支護墻多處發生過流砂，其中在建筑B1附近基坑先后出現過2次流砂，導致基坑附近土體出現下陷，結合工程地質土層可發現，場地土體為花崗巖殘積而成，土層第2至第5層分別為：含有機質粉砂、含黏性土中砂、含礫黏土和礫質粉質黏土，粗粒土含量較多，滲透性強，顆粒級配不連續，一旦土體中形成滲流通道，易形成流砂或流土現象。如圖2d記錄顯示，臨近基坑建筑物B1的角點B13和B14在流砂的影響下沉降快速增大，地下水位下降到-8.10m，然后隨著地基土體回填和土應力重分布逐漸趨于穩定達到最大值42.8mm。

緊鄰建筑物B1的建筑物C臨近基坑一側距離基坑5.0m，必然也受到流砂的影響，但其對應的角點最大沉降僅為23.7mm，與前述建筑物A1未受流砂影響而沉降最大值21.1mm相近，同建筑物B1相比受影響較小。分析其主要原因，該建筑物的基礎為淺層筏板基礎，基礎整體剛度大，沉降變形影響較小，而前述其他建筑物的基礎為淺層條形基礎，更易受到土體變形影響，不均勻沉降更為明顯。

基坑東側臨近建筑物D為15層高樓，雖然該建筑與基坑最近距離為10m，地下水位下降到-6.00m，但其建筑基礎采用灌注樁基礎，上部荷載直接由樁基礎傳遞到基巖，地層土體變形對該建筑沉降變形影響甚微，最大沉降僅有3.4mm，如圖2h所示。因此可看出，建筑物的基礎類型對基坑開挖的影響也不同，基礎埋深越深，剛度越大，抵抗沉降變形能力也越強。

另外，從圖2可明顯看出，近鄰基坑一側的沉降明顯比遠臨基坑一側大很多，這可能主要是建筑物的縱墻與基坑平行的緣故，已有研究結果證實這一現象。

4 結論及建議

1）基坑支護樁成孔及降水對臨近建筑物的沉降會產生一定影響，特別是人工挖孔樁作為支護樁，建議采用間隔時間和樁位的成樁方式，減少對地基土體和地下水位的影響。

2）基坑周圍地下水下降比基坑本身變形對臨近建筑物影響范圍更深遠，本工程監測結果表明：62m以外建筑物存在一定的沉降變形。

3）深圳地區廣泛分布花崗巖殘積土，其含粗顆粒（主要是砂粒）較多且級配不連續，對于該地區深基坑開挖要做好流砂或流土預防準備，必要時可采取雙層攪拌樁等方法止水。

4）不同基礎類型建筑物對基坑開挖引起的變形影響反應相差很大，端承型樁基礎建筑物沉降基本無影響，淺層條形基礎影響最大。

5）只有在基坑支護墻體強度和止水性能二者同時滿足要求時，基坑施工才能順利進行，臨近建筑物變形影響和損失最小。