基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

林 座 （福建閩東建設發展有限公司，福建 寧德 352100）

0 引言

隨著我國的工業化進程不斷加快，城市的發展也日新月異。但有限的土地資源制約著城市化進程的快速推進。為此，全國各地越來越重視地下空間的開發利用。地下空間的開發利用涉及基坑工程。為確保基坑的施工安全以及鄰近既有建（構）筑物的安全，筆者依托對沿海地區某公建項目深基坑工程的分析，討論了本工程的基坑支護方案安全可靠性，期望能為類似項目提供借鑒、參考。

1 基坑概況

該工程場地位于寧德市仙蒲路東側，擬建建筑物為4幢4～5F建筑物及其裙樓，下設1層連體滿鋪外挑地下室。場地屬海陸交互相地貌，場地地基土除表層雜填土外，主要為沖積、淤積成因類型及花崗巖風化巖層。工程施工開展之前，需先進行場地整平，其標高暫為4.700m。

本工程室內標高±0.000為黃海高程 5.300m，場地整平標高暫定為4.700m，相對標高為-0.600m。根據已有資料，本工程中地下車庫底板不同區域板面標高分別為-4.100/4.700/4.800/5.400 m，地下車庫底板厚為400mm，墊層厚100mm，則不同區域分別開挖至坑底標高-4.600/5.200/5.300/5.900m，開挖深度為4.00/4.60/4.70/5.30m；部分開挖至承臺底-6.100m，開挖深度為5.50m。基坑面積約為 12300m，基坑周長約為475m。本基坑工程屬深基坑。

2 土層情況及周邊條件

2.1 土層情況

本基坑坑內土層從上到下依次為①雜填土、②淤泥、③粉質粘土、④殘積砂質粘性土、⑤全風化花崗巖、⑥強風化花崗巖（砂土狀）等土層，本工程基底主要位于②淤泥層。

2.2 周邊構筑物概況

擬建場地北側為2幢商業建筑物（2F，框架結構，樁基礎），與擬建物最小間距約20m；南側為規劃玉塘路，尚未施工，現為青苗地；西側為仙蒲路與地下室邊界線，最小間距約7m；東側為金馬路，間距約25m。

3 基坑支護方案

3.1 支護方案的總體思路

根據開挖深度及周邊環境情況，基坑鄰近既有建筑物一側采用Ф800@1200沖孔灌注樁，豎向設置一道型鋼斜拋支撐（Ф609×16@8000，H400型鋼連桿），坑底采用Ф600@450單軸攪拌樁（水泥土摻量為20%，坑底以上為10%，長度5m），如圖1所示。

圖1 鄰近既有建筑物側基坑剖面圖

3.2 既有建筑物側基坑開挖工序

本基坑工程嚴格按照順作法施工工藝，具體工序：①在土方開挖前先行施工基坑支護結構及排水設施，待支護結構強度達到安全開挖強度要求后，再自上而下分層分段開挖卸土；②當基坑開挖至坑底設計標高后，及時施工底板墊層、底板以及支撐牛腿；③結構底板、支撐牛腿混凝土強度達到設計強度的80%后及時架設鋼支撐，方可繼續開挖基坑內剩余土體；④施工剩余底板及地下室側墻并澆筑出地面，當混凝土強度達到設計強度的80%后方可拆除鋼支撐。具體施工工況詳見圖2所示。

圖2 基坑開挖工序流程圖

4 有限元分析

4.1 數值模型建立

在有限元計算軟件中建立二維分析模型，如圖4、圖5所示。

圖4 有限元計算模型

圖5 單元剖分圖

4.2 計算結果分析

如圖6～圖9。

圖6 水平位移計算云圖

圖7 豎向位移計算云圖

圖8 既有建筑物的豎向位移（7.7 mm）

圖9 既有建筑物的彎矩圖（最大值，kN·m/m）

4.3 周邊環境影響分析

從基坑水平位移計算云圖（圖6）、豎向位移計算云圖（圖7）、既有建筑物基礎豎向位移（圖8）及彎矩圖（圖9）四圖可知：本基坑支護結構的側向水平位移15.7mm，符合現行《建筑基坑支護技術規程》中關于基坑支護結構側向水平位移小于37mm的規定，有效地保證了基坑土體開挖卸載的安全性；既有建筑物的變形為7.7mm，小于10mm，也符合規程規定，既有建筑物變形也處于可控范圍內。

4.3 監測數據

為保證基坑支護結構及鄰近建（構）筑物的安全，首要要求就是控制基坑的變形。在基坑施工過程中，必須對支護結構及鄰近建（構）筑物進行系統監測，建立嚴格的監測網絡，并及時對監測數據進行分析，做到及時反饋，實現信息化施工。具體的監測數據詳見表3所示。

土層力學性質參數表 表1

既有建筑物開挖至坑底工況下影響結果 表2

基坑開挖基坑監測數據 表3

4.4 基坑開挖安全性采取的技術措施

本基坑開挖深度相對不深且僅在鄰近既有建筑物一側空間較為緊張，其余方向建（構）筑物距離基坑相對較遠。根據有限元計算結果（圖6～圖9）、周邊環境影響（表2）及監測數據，在土體開挖過程中，基坑支護結構及鄰近既有建筑物的變形均能夠滿足規范要求。施工中主要采取了下列技術措施：

①嚴格按照基坑支護工程設計圖，確定基坑開挖方案，在鄰近既有建筑物一側進行地基加固，從而增加被動區的土體側墻剛度，減小基坑位移，進而保護基坑周邊建（構）筑物；

②基坑開挖過程中，嚴格遵循“分段分層，均勻對稱，由上至下，先支撐后開挖，嚴禁超挖”的原則，從而有效控制基坑側向變形；

③基坑周圍地面設置排水溝，避免雨水流入基坑內；開挖前，在基坑內設置必要的降水井等降水設施，用潛水泵抽取降水井中的地下水，開挖前基坑內水位應降至開挖面以下0.5～1m；開挖過程中，基坑內設置必要的排水設施，并做好坑內井點降水工作，有效提高土體的抗剪強度與基坑穩定性。

④開挖至設計坑底標高后適時施作底板結構、支撐牛腿；待底板、支撐牛腿混凝土強度達到設計強度的80%后，及時架設已施加預應力的鋼支撐，以防基坑變形過大，影響基坑安全。

⑤根據本工程的自身特點，進行優化監測設計，基坑開挖過程中，適時加密監測頻率，及時分析監測數據，并及時反饋，實現信息化施工。

⑥在基坑開挖前，可采取在鄰近建筑物基礎附近設置跟蹤注漿孔措施，控制鄰近建（構）筑物的變形。

5 結論

筆者依托沿海地區某深基坑為背景，采用有限元分析方法，建立基坑開挖的有限元數值模型，研究了基坑開挖對鄰近建（構）筑物的變形影響。研究結論如下：

①通過基坑開挖計算和利用有限元二維模型模擬兩種手段分析，不管是基坑變形還是對周邊環境的影響，都在規范允許范圍之內，該技術方案安全可行；

②隨著基坑的開挖卸載，基坑支護結構向基坑方向水平位移從上部向下，漸漸增大，直至達到最大水平位移，基坑支護結構最大的側向水平位移為15.7mm，最大變形發生在坑底附近；

③基坑開挖應遵循“分段分層，均勻對稱，由上至下，先支撐后開挖，嚴禁超挖”的原則，當基坑開挖至坑底設計標高后，應及時澆筑地下室底板墊層、底板及支撐牛腿，如有必要可加固被動區土體，以便提高被動區土體抗力，保證施工安全；

④在基坑開挖過程中，提高變形監測頻率，及時反饋監測數據，可有效保證基坑工程的安全。