不同基坑降水方案對毗鄰建筑的影響研究

王慕元

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津 300251)

0 引言

隨著城市的發展，建筑物越來越密集，臨近建筑的施工，特別是大型深基坑的開挖對周邊既存建筑物的影響，越來越受到設計者及科研學者的重視，本文采用數值模擬的方法，通過對成都某基坑工程的降水方案研究，分析了在考慮坑內及坑外不同降水方式的情況下周邊建筑的變形情況，為相關工程的設計及施工提供參考。

1 模型的建立

1.1 工程概況

成都某新建辦公樓位于成都市兩條環路交匯處，用地面積15314m2，主體工程總建筑面積59120m2，擬建地上6層、地下2層，建筑高度58m，最大挖深約15m。建筑物地下部分南北向基坑長103m，東西向基坑寬64m(見圖1)。

基坑東邊為辦公大樓，基坑圍護邊緣與辦公大樓邊緣的距離為30m，北邊緊鄰4層職工住宅樓，由于距基坑較遠，本文不做分析。

由于成都地區卵石層較厚，在周邊環境允許的情況下，深基坑支護多采用人工挖孔樁配合錨索的方案。該方法在成都地區應用較多，技術成熟，不需設置止水帷幕，經濟性較好。但是降水對周邊環境影響卻較大，降水帶來的水土流失易引起地面及其毗鄰建筑物的沉降，且影響范圍大。因此，周邊環境對基坑工程采用何種降水方案有一定的影響。

1.2 工程地質情況

各土層物理力學指標見表1。

表1 土層地質參數

1.3 計算模型

根據文獻研究的成果，并綜合考慮計算模型的單元數量、計算速度和工程實際情況，模型邊界長邊方向采用至少3倍的開挖深度，在豎直方向上的距離采用約3倍的開挖深度。最終模型的尺寸為270m×40m(長×寬)。模型邊界兩側施加水平方向的約束，底部施加豎直方向的約束。計算模型圖見圖2。

1.4 施工工序

施工工序見表2。

表2 工序步驟

1.5 基本計算假定

1)在計算中考慮降水引起的水壓變化，通過水位線的變化來實現;2)既有建筑物的模擬通過剛性地基上施加豎向荷載模擬，豎向荷載大小為80kPa;3)咬合排樁直徑為1.2m，近似為1.2m的地連墻，采用板單元(2維)模擬;4)土體采用摩爾庫侖模型。

2 數值模擬結果分析

2.1 坑內降水與坑外降水對比

通過圖3～圖5排樁的水平位移情況可以看出，坑內降水與坑外降水導致排樁整體的變形趨勢相同，但坑內降水導致排樁向坑內方向的水平最大位移值為10mm，而坑外降水方案水平位移值則為6mm，坑內降水對基坑的整體安全性更為不利。由圖4排樁的彎矩受力情況可以看出，坑外降水引起排樁的彎矩值稍大于坑內降水，而從圖5中可以看出，兩種情況下，排樁的受剪情況大致相同。

2.2 基坑周邊建筑的沉降分析

基坑開挖至坑底后，坑外降水方案導致基坑底部土體最大回彈量為24mm，而引起毗鄰建筑物邊界處的最大沉降值則為16mm;基坑開挖至坑底后，坑內降水方案導致基坑底部土體最大回彈量為30mm，而引起毗鄰建筑物邊界處的最大沉降值則為7mm。

通過對比可以看出，同坑外降水方案相比，采用坑內降水方案能減少一半的豎向沉降，對毗鄰建筑影響更小，更有利于既存建筑物的安全。由此可見，對于本工程而言，若采用坑外降水，極易造成周邊建筑物的不均勻沉降，尤其是基坑東側的辦公大樓。若該結構整體剛度差，則存在很大的風險，更加不適應坑外降水。因此，本工程中采用了坑內降水。

3 結語

通過坑內降水與坑外降水的對比分析，得出了在大開挖基坑工程中，基坑在坑內降水方案下，排樁圍護體的水平位移會有增大，相比之下，坑外降水方案更有利于基坑整體的安全。在有毗鄰建筑物的情況下，坑外降水方案會使毗鄰建筑受影響程度更加明顯，通過研究發現，采用不同的降水方案，毗鄰建筑邊界處的豎向沉降值會有一倍的差距。因此，對于相同情況下的基坑工程中，合理選擇降水方案，能有效減小對毗鄰建筑物的影響，本文提供了較大的參考借鑒意義。

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