支護形式對基坑近鄰建筑物沉降影響分析★

張顥繽 趙延林

(黑龍江科技大學建筑工程學院，黑龍江哈爾濱 150027)

0 引言

在城市環境中進行深基坑工程的施工，必然會對基坑周邊土體的應力場和位移場產生擾動，從而引起緊鄰建筑物或道路產生沉降變形，如果處理不當，就會引發工程事故［1］。在深基坑工程中，內支撐與土層預應力錨桿是控制基坑變形的兩種有效措施［2］，文中應用彈塑性大變形理論與有限差分理論，對地下連續墻加內支撐與地下連續墻加錨桿兩種支護形式下基坑開挖引起的周邊建筑物沉降變形進行了對比分析。

1 數值模擬方案

1.1 基坑支護方案

模擬基坑長120.00 m，寬78.00 m，設計開挖深度為17.00 m。距基坑邊緣8.5 m處有一棟地上10層、地下1層的高層建筑，地上部分層高為3.0 m，地下部分層高為4.0 m，結構形式為框架結構，基礎為筏板基礎。

基坑擬采用地下連續墻加內支撐與地下連續墻加錨桿兩種支護方案。地下連續墻厚800 mm，總高度為30 m，混凝土為C30，鋼筋采用二級鋼筋。

錨桿與內支撐的設計參數如表1，表2所示。

表1 內支撐的設計參數

表2 錨桿的設計參數

1.2 數值模擬模型

選取計算土體長度為105 m，厚度為40 m，選擇較大的邊界，主要是為了減小邊界條件對計算結果的影響。土體應用Mohr-Coulomb屈服準則，數值模擬模型如圖1，圖2所示，圖中建筑物基礎的左下角點與右下角點分別為建筑物沉降變形的監測點1與監測點2。

1.3 數值模擬方案

整個數值計算過程與實際施工過程完全一致，具體步驟如下:

1)對沒有建筑物和基坑的土體進行重力作用下的平衡計算，獲得土體的初始應力狀態;

2)模擬開挖近鄰建筑物的基坑，建立建筑物的模型，進行建筑物自重作用下的平衡計算，以獲得基坑施工前的土體應力狀態;

3)模擬地下連續墻的施工，并進行計算，得到基坑開挖前的土體應力狀態;

4)土體位移矢量與速度矢量的初始化;

5)基坑開挖分9步進行，前8步每步開挖2 m，第9步開挖1 m，最終開挖深度為17 m，開挖過程中，在相應的標高位置施工內支撐或錨桿。

圖1 地下連續墻加內支撐數值模擬模型

圖2 地下連續墻加錨桿數值模擬模型

2 數值模擬結果分析

圖3～圖8是基坑周邊建筑物沉降變形監測點1，2的沉降量對比曲線。從圖中可以看到，建筑物的沉降量隨基坑開挖深度的增加而增加，隨內支撐(或錨桿)層數的增加而減小。由于監測點1距基坑邊緣較近，其沉降變形量受基坑開挖及基坑周邊土體位移的影響較大［3］，因此，監測點1的沉降位移呈現增加—減小—增加的特點。由于監測點2距基坑邊緣較遠，其沉降變形量受基坑開挖及基坑周邊土體位移的影響率發生了較大的衰減，故監測點2的沉降位移只呈現單一增加的特點［4］。

圖3 一道支撐（或錨桿）時1點沉降曲線

同時，從圖3～圖8中還可以看到，對于監測點1，在第5步開挖結束以前，兩種支護形式下的沉降曲線基本重合，從第6步開挖開始，1點的沉降出現了較大的差異;對于建筑物的2點，在第6步開挖結束以前，兩種支護形式下的沉降曲線基本重合，從第7步開挖開始，2點的沉降出現了較大的差異。而且兩種支護形式下建筑物的最終沉降量相差很大，為了便于分析，把監測點1，2的最終沉降變形量匯總，如表3，表4所示。

圖4 一道支撐（或錨桿）時2點沉降曲線

圖5 二道支撐（或錨桿）時1點沉降曲線

圖6 二道支撐（或錨桿）時2點沉降量曲線

圖7 三道支撐（或錨桿）時1點沉降曲線

由表3與表4可知，采用地下連續墻加一道內支撐時，建筑物1，2點的最終沉降分別為采用地下連續墻加一道錨桿時的42%和54%;采用地下連續墻加二道內支撐(或錨桿)支護時，該數據為22.6%和47.5%;采用地下連續墻加三道內支撐(或錨桿)支護時，該數據為25%和46%。

圖8 三道支撐（或錨桿）時2點沉降曲線

表3 兩種支護形式下監測點1的沉降量對比表 mm

表4 兩種支護形式下監測點2的沉降量對比表 mm

以常規設計(地下連續墻加兩道或三道內支撐或錨桿)為例，采用地下連續墻加內支撐的支護形式可使基坑近鄰建筑物的沉降變形相對于地下連續墻加錨桿的情況減小70%～80%。

3 結語

1)建筑物的沉降量隨基坑開挖深度的增加而增加，隨內支撐(或錨桿)層數的增加而減小;2)由于監測點1距基坑邊緣較近，其沉降變形量受基坑開挖及基坑周邊土體位移的影響較大，因此，監測點1的沉降位移呈現增加—減小—增加的特點;3)采用內支撐或土層預應力錨桿與其他支護結構相結合的支護形式，可有效減小基坑支護結構及周邊建筑物的沉降變形;4)內支撐在控制基坑變形方面的作用遠大于土層預應力錨桿。因此，當工程要求對周邊環境變形控制較嚴格，或在軟土地區進行城市深基坑施工時，應首選內支撐與其他支護結構相結合的復合支護形式。

［1］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2009:756-762.

［2］夏明耀，曽進倫.地下工程設計施工手冊［M］.北京:中國建筑工業出版社，2002:709-716.

［3］趙延林，張春玉，姜封國，等.深基坑開挖對周邊地表沉降變形的影響［J］.黑龍江科技學院學報，2009，19(2):97-100.

［4］李志偉.軟土地區深基坑開挖對鄰近建筑物影響的三維有限元分析［D］.天津:天津大學，2011.

［5］郭 超，陳 超.地鐵深基坑開挖對周邊地表及建筑物的影響［J］.山西建筑，2012，38(7):63-64.