深圳地區深基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

郭秋蘋 張領帥 陳枝東 嚴 樹 李 燕 劉峻滕

(深圳宏業基巖土科技股份有限公司，廣東 深圳 518063)

0 引言

隨著城市建設步伐的加快，如何減輕基坑開挖對周邊環境造成的影響已成為基坑支護工程的重要使命。基坑開挖改變了土體的原有的應力狀態，同時現場施工很容易對周邊環境造成影響，不但會影響周邊建筑物的正常使用與安全，嚴重時更會造成支護結構失穩、深基坑變形過大造成周邊建筑損壞。

在深圳地區廣泛分布的花崗巖殘積土，是一種揉合了不均勻性、各向異性、軟化性、崩解性、觸變性等多種特性的特殊土。近年來，很多學者開展了大量工作，發現花崗巖殘積土在實際工程中暴露出了越來越多的工程問題，需要一種更適合的計算方法。在過往研究中，侯學淵等[1]通過分析沉降監測數據，在Peck經典理論公式基礎上提出新的假定，并推導出地表沉降計算公式；徐方京[2]針對軟土地區地下連續墻支護結構在基坑開挖全過程對周邊沉降的影響，結合Rayleigh相關變形函數，獲得了判別基坑安全性的新方法。但總的來說，目前針對深圳花崗巖殘積土地區基坑開挖全過程所引發的周邊建筑的變形沉降研究較少。因此針對基坑開挖全過程對鄰近建筑物沉降影響及變形規律的研究具有重要意義。

1 工程實例

1.1 項目概況

本項目位于深圳市福田區濱河大道與泰然九路交叉處的東北角，北臨泰然八路，南面緊鄰下沙公汽站，交通便利。基坑北側約20 m外為亞芳大廈，該建筑物地下3層，地上30層，設4個沉降觀測點，分別為JZ01～JZ04，具體詳見圖1。

1.2工程地質條件

依據勘察資料，開挖深度礫質黏性土厚度為11.3 m，約為基坑開挖深度的1/2，由下伏基巖花崗巖風化殘積而成，是典型花崗巖殘積土地區土質。

1.3 基坑支護方案

基坑周邊采用地下連續墻支護，普遍區域厚1.0 m。豎向設置3道鋼筋混凝土支撐，支護剖面圖如圖2所示。

2 基坑開挖對鄰近建筑物影響的三維有限元分析

2.1 土體本構模型

表1 巖土體本構模型計算參數

2.2 基坑開挖全過程的施工步序

本文通過有限元軟件來模擬基坑開挖全過程施工。具體工況如表2所示。

2.3 三維有限元模型的建立

為分析開挖過程中各工序對于鄰近建筑的影響，對基坑開挖過程進行模擬。模型包括了土體、圍護結構、水平支撐、鄰近亞芳大廈結構。地下連續墻、立柱樁、鄰近建筑的樓板和墻體采用板單元模擬，鄰近建筑物樁基采用Embedded-pile樁單元模擬。水平支撐、腰梁和冠梁、鋼管立柱采用梁單元模擬。各結構單元采用彈性模型模擬，材料屬性如表3所示，各材料泊松比均取0.2。

表2 施工步序

表3 結構單元材料屬性表

3 鄰近建筑物沉降變形分析

3.1 沉降監測結果與計算對比

表4是鄰近建筑物各監測點在開挖各工況下的實測沉降和計算結果的對比，圖3是鄰近建筑物各監測點沉降隨施工步序的變化關系圖。可以看出，各工況下監測點JZ01～JZ03的實測數據與計算結果均能較好地吻合。項目施工后期在JZ04附近增設了回灌井，故該點后期實測數據與計算結果差距較大。在實際施工中，如果出現沉降過大的現象，可考慮增設回灌井以達到減小沉降影響的目的。

表4 沉降實測與計算對比表 mm

3.2 沉降特點

本基坑鄰近建筑物為樁基礎，表5顯示了建筑物JZ01,JZ02沉降監測點的各施工階段沉降值及占總沉降值比例值，分析表中數據可以得出：鄰近建筑物沉降隨著基坑開挖逐漸發展，總體來說影響較小，沉降累計量均未超過報警值。其中施工步序8對監測點JZ01的影響最大，階段沉降值占總沉降值的55%，施工步序4，8對監測點JZ02的沉降影響最大，階段沉降值分別占總沉降值的42%，42%。

4 建筑物沉降因素分析

基坑開挖造成的鄰近建筑物沉降的成因錯綜復雜，不僅僅與支護結構有關，建筑物本身作用和開挖各階段也是影響沉降的重要因素，此外與周圍土體性質等多種因素也是密切相關的。

表5 鄰近建筑物各施工階段沉降值及占總沉降值比例值

4.1 圍護結構影響

基坑開挖時圍護結構嵌入剛度較大的巖體內，可以限制土體往連續墻方向移動。但隨著基坑開挖不斷加深，地連墻的限制作用逐漸減小，土體位移逐漸增加。對于圍護結構嵌入深度較淺的基坑，由于基底土體的位移，鄰近建筑物更容易沉降和開裂，而對于圍護結構嵌入深度較大的基坑，由于基底土體受擾動較小，產生的影響也相對較小。

4.2 建筑物本身作用

一般認為，基坑開挖對鄰近建筑物的影響主要通過開挖過程中土體受擾動后產生的水平位移來體現。由于鄰近建筑物下設樁基礎，該區域的土體受工程樁的擠密效應使得剛度和抗變形能力增加，而且樁為鋼筋混凝土結構，剛度和抗變形能力更大，因此鄰近建筑物下設樁基區域由于基坑開挖引起的沉降一定小于無樁基區域產生的沉降。實際若遇基坑開挖對周邊建筑物沉降要求較高，可通過模擬無樁基時基坑開挖引起沉降用于評估基坑開挖對周邊建筑物的沉降影響是非常保守且安全的。

4.3 各施工階段的影響

基坑開挖中地表沉降一般由于土體開挖引起土體應力釋放，使土體側移超出土體極限范圍，出現地層塌孔或水土流失而引起的。一般來說，周邊環境受基坑開挖的影響會隨著基坑開挖深度的增加而增加，隨距離基坑邊線水平距離的增加而減小。實際施工中可以通過減小一次開挖深度，多次淺層開挖來減小對周圍地層的擾動，減小水土流失及底層損失，從而達到保護鄰近建筑物的目的。

5 結語

為深入研究花崗巖殘積土地區內支撐開挖對周邊建筑物的沉降的作用，本文針對深圳某基坑進行了有限元分析，研究了基坑開挖全過程施工對鄰近建筑物的沉降影響。主要結論如下：

1)本文基于HS土體本構模型進行的三維有限元分析能夠較好地反映基坑開挖過程對周邊環境的影響。對于花崗巖殘積土，土體本構模型參數的取值與一般土體不同。

2)鄰近建筑物的不均勻沉降隨施工步序的進行，總體上呈增大的趨勢，最后一層土體的開挖對鄰近建筑物的沉降影響最為顯著。因此要尤其關注此工序，施工過程中加強觀測，提前判斷和分析可能出現的險情事故及原因，以根據發生事故的危害程度，采取對應措施并組織實施。

3)鄰近建筑物沉降變形是基坑圍護體系、各施工階段、周邊環境情況等多種因素共同作用的結果。因此對于復雜條件下的基坑開挖應制定合理周到的監測方案，實行動態設計和信息化施工，以確保基坑順利施工及周邊建筑物的安全。