鄰近重要建構筑物條件下的基坑工程施工研究

謝國森

（粵水電軌道交通建設有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

由于城市中遍布高樓大廈，并且這些建筑物在人們正常的生產生活中都占有重要地位，即便在遠離市區的偏遠地帶，也會有諸如橋梁等重要建構筑物，而進行基坑工程施工時，由于對地層會造成或多或少的影響，進而影響鄰近建筑物的安全與穩定，因此在施工環境周圍有重要建構筑物時，基坑施工要采取相應的規避措施，以求將影響降到最低。

1 鄰近重要建構筑物對基坑工程施工的影響

1.1 淺基礎影響

若基坑工程附近的重要建構筑物的埋深小于基礎寬度的4 倍的基礎稱為淺基礎，當基坑與鄰近重要建構筑物的距離大于等于基坑深度加支護結構的深度減去鄰近重要建構筑物的入地深除以tan θ 的值時，在進行基坑的工程施工時則不必考慮鄰近重要建構筑物的重量荷載。（其中 θ 值為 45°+?/2），而這個距離小于這個數值時，就要進行鄰近重要建筑物的壓力負載計算，將鄰近重要建構筑物的附加壓力與土重、主動土的壓力系數、自天然地面計算的深度以及土的粘聚力進行測量分析，并通過得出來的數值進行基坑工程的設計與改良，以免基坑結構出現問題，影響基坑工程的質量和效率。

淺基礎鄰近重要建構筑物若在距離基坑較近的位置上，會導致基坑的深度超過鄰近重要建構筑物的地下埋深，這樣的基坑工程在施工時，稍有不慎便會對鄰近建構筑物的地層造成變形影響，控制難度較大，尤其在進行基坑土方的開挖工作時，更會受到極大的限制，以致基坑的土方卸載出現不均衡的狀態，造成基坑結構變形，并且在后期基坑的拆除工作時，也針對此種因素使得拆除工作難度加大[1]。

1.2 樁基礎影響

若基坑工程鄰近的重要建構筑物的地下基礎為樁基礎時，同樣首先要考慮基坑與鄰近重要建構筑物的距離，當距離小于安全范圍，也要進行主動土壓力的計算，利用鄰近重要建構筑物樁基礎中樁端的分擔負載比例、樁長、等效基底附加壓力、樁埋深度等數據來進行分析計算。其計算示意如圖1 所示。

在樁基礎鄰近重要建構筑物條件下，其會對基坑的開挖起到超載影響，基坑開挖會產生卸載作用，這項工序會造成圍護結構的壓力差出現擴大趨勢，坑外土層的位移也出現增加幅度，若此時鄰近重要建構筑物的樁長足夠深，超過了連續墻支護結構的入地深度時，鄰近重要建構筑物的荷載就會由地上導入地下，其對于基坑的超載作用就會降低，基坑所遭受的荷載減小，位移就會得到控制，坑外土層的變形趨勢也會減慢。但是若樁長并沒有達到這么深程度，沒有超過基坑結構墻的深度，基坑圍護結構的位移就不會受到壓制，位移會明顯加大，同時坑外土層也會發生變形。

2 基坑工程在鄰近重要建構筑物條件下的具體施工

2.1 基坑降水

在進行此項目的研究之前，要明確基坑降水工作會對鄰近重要建構筑物產生什么樣的影響，當基坑進行開挖后，會對地下水進行疏導，這一工序會造成地下結構出現空缺，進而影響地表的土層，使其發生沉降，而如果鄰近的重要建構筑物屬于人員較多、樓層較高的大廈或是重要的地標性建筑，這樣的沉降會造成十分嚴重的水平偏移，影響重要建構筑物的安全與穩定，并且水平偏移也會造成建構筑物發生內部結構的擠壓，久而久之造成建構筑物內部結構出現斷裂，甚至造成坍塌[2]。

針對于這一點，基坑工程在進行施工時，要將地下水在鄰近地下的結構支撐能力加以考量，不可盲目進行降水與排水措施。

我們可以建構一個基坑模型，以此來對鄰近重要建構筑物條件下基坑降水工程的施工進行分析。

首先，擬定一個大約平面尺寸為（30×40）m2的基坑，基坑開挖深度設定為10m 左右。基坑尺寸為220m×200m×50m，土層上部為粉質粘土，下部為粉細砂，厚度分別是30m 與20m。地下水位在地下2m 處。

其次，此基坑使用的支護結構為地下連續墻支護結構，墻厚8m，深為35m，在0m、地下3m、地下7m 處設置支撐點，支撐板厚度為1.2m，立柱之間間隔6m，樁長40m，樁柱直徑為8m。

再次，深基坑施工作業過程中，基于部分高層建筑使用的是裝配式剪力墻結構，本次模擬同樣將鄰近重要建構筑物的框架定為裝配式剪力墻結構。在這些前提條件下，建設一個初始地應力場，這也是我們進行該項分析的初始條件，同時將位移定在0 處，將鄰近重要建構筑物的自重條件下的沉降以及結構變形進行分析。再將位移歸零，進行基坑支護結構的分析判斷，并將二者結合。

最后進行降水工作，為了將對鄰近重要建構筑物的影響降到最低，降水工作要分三步來進行，當水位降至4m 時，進行第一層支撐的使用，在0m 處進行，同時基坑下挖3m。當水位降至8m 時，進行第二層支撐的使用，在3m 處進行，同時基坑下挖7m。當水位降至11m時，進行第三層支撐樁的使用，在7m 處進行，同時基坑下挖10m。

到這一步，基坑開挖工作已經完畢，地下水降水工作圓滿完成，同時基于支撐樁的使用，鄰近重要建構筑物的沉降并不會受到影響，極大地實現了雙贏局面。

2.2 基坑開挖

基坑開挖同樣會對鄰近重要建構筑物的沉降造成影響，但其影響不足以與降水相比，但基坑開挖會對周邊地層的結構造成破壞，因此基坑開挖不僅會影響基坑土體的沉降，還會影響鄰近建筑物，由于基坑在開挖時伴隨有支護工程的開展，不同的支護方式會對基坑產生不同的受力影響，在這一點上，鄰近建筑物與基坑之間的距離也是影響因素之一。通過相關數據分析可以發現，鄰近重要建構筑物距離基坑越近，其受到沉降的影響就越大，具體表現可以通過圖2 看出，我們設定鄰近重要建構筑物距離基坑的位置為5m、10m、15m、20m、30m。

而隨著基坑開挖深度不斷加大，基坑周邊的地層結構的沉降也會越來越嚴重，同時沉降的范圍也會隨著開挖深度的加大而加大，當深度不斷增加，鄰近重要建構筑物的沉降傾斜會逐漸加重，甚至最終導致建筑物結構破壞，當開挖深度超過10m 后，鄰近重要建構筑物的沉降量會加倍增長。

針對這種情況，結合當前基坑開挖的工藝，建議采用先撐后挖的手法來進行。基坑開挖對鄰近重要建構筑物造成影響是不可避免的，但是使用適當的施工手段能夠將影響降到最低，在當前的基坑工程中，共有三種開挖手法，分別是先挖后撐、先撐后挖、邊挖邊撐。在這三種中，先撐后挖所造成的影響是最小的，其次是邊挖邊撐，最后是先挖后撐[3]。

先撐后挖即先進行支護結構的支撐，再進行開挖施工，先在開挖區域的支撐部位進行鋼筋綁扎，然后進行支撐置模和支撐混凝土澆筑工藝，這時第一層的支撐工藝已經完畢，開始進行第一層和第二層土方的開挖。當第二層土方開挖結束后，進行第二層的支撐墊層以及支撐置模和支撐混凝土澆筑工藝，當第二層的支撐作業完畢后進行第三層土方的開挖，至此，基坑的開挖工作與支撐工作都已圓滿完成，而鄰近重要建構筑物的沉降速度和水平偏移度也在最大限度上得到了保全。

2.3 地連墻加內支撐

在基坑工程施工中，為了保障基坑結構的完整性與穩定性，會采用支護工藝來進行結構的保護，地連墻加內支撐是基坑支護工藝中最為常用的一種支護工具，其在基坑工程中的使用同樣會給鄰近重要建構筑物造成影響[4]。

我們擬定一個基坑結構來進行地連墻支護的影響以及施工，基坑深度為25m 左右，面積為6169m2，地下水位在2.3～3m，土層自上而下為雜填土、粘土、粉質粘土、細砂等共9 層，支護采用的是鋼筋混凝土結構。

此基坑中的地連墻加內支撐中混凝土的設計強度為C30，抗滲級別為S10，地連墻的頂標高度為-2.95m，底標高度為-38.9m，地連墻由上至下的整體高度為35.95m，基坑下的地連墻高度為16m。地連墻由四種槽段類型組成，其共形成55 幅，槽段之間使用管柔性接頭進行連接，鎖口形狀為圓形。地連墻的支撐鋼筋選用HRB400 級，鋼材直徑為28cm 或32cm，主筋的保護層為統一尺寸，0.7m 為最佳。同時將地連墻與底板使用鋼筋進行連接，鋼筋之間使用直螺紋接駁器來進行連通，通過預插埋筋的方式來實行。

同時注意地連墻加內支撐在進行槽段開挖時，要進行注漿管的設置，注漿管的管底在槽段底部的2～5m，注漿時間為支護墻體的混凝土達到70%強度時，注漿管使用的水泥量為2t。

通過這樣的地連墻加內支撐以及槽段分層開挖，能夠將安全性能大大提升，并且這樣的支護方式能夠及時將地層結構進行支撐，以免在回填前對鄰近重要建構筑物的質量造成不可挽回的影響。

2.4 軟土層深基坑變形

深基坑工程在施工時，基于施工環境的因素，對基坑結構及施工質量會造成一定的影響，這種影響在軟土層區域中尤為顯著，而基坑結構不穩定出現變形，會對鄰近重要建構筑物的影響加倍。

深基坑變形可能是由支護結構、坑底土體、坑外土體變形引起的。

其中，支護結構變形會造成坑外的土體出現位移，進而影響鄰近重要建構筑物，影響支護結構變形的原因有很多，例如土質、支護材料、支護工藝等。而坑底土體變形主要是坑底的土體出現了彈性隆起或是塑性隆起。坑外土體變形主要是來源于坑外地表沉降，這也是對鄰近重要建構筑物影響最大的一種[5]。

因此，在基坑工程施工時，基于鄰近重要建構筑物的條件下，施工過程要嚴格控制坑外的土體變形。通過對數值分析法等計算方法的使用，將坑外土體的變形進行提前預測，亦可以通過對圍護墻、內支撐、地面負荷等項目的施工控制來進行。

在基坑工程施工時，將圍護墻的剛度與深度進行適量提升，經過相關分析計算，發現圍護墻剛度在10E的時候，其緩解沉降能力最佳。當圍護墻深度在10～30m 時，對地表沉降的緩解度最優。同時，內支撐的剛度也能影響地表沉降的速度，當內支撐剛度在10K 時，緩解能力最佳，隨著剛度不斷增加，緩解能力反而呈下降趨勢。地面負荷力度與鄰近重要建構筑物的沉降呈現良好的線性關系，當地面負荷不斷增加時，沉降度也會相應增加。

經過以上幾點數據分析，在基坑工程施工時進行相應的調整能夠有效解決基坑的變形問題，進而在維護基坑結構的基礎上保持鄰近重要建構筑物的穩定。

3 結語

綜上所述，可以看出鄰近重要建構筑物條件下基坑的工程施工確實受到了一定的影響，但基于當前我國城市化建設的腳步，這樣的限制不僅不能避免反而會適當增加，因此，基坑工程施工一定要找準相應的工藝方法，在保證鄰近重要建構筑物盡量不受到影響的前提下推進基坑工程的施工。通過上文中的研究，希望基坑工程能夠找到合適的方法以便工程能夠保證施工效率。