基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析

摘 要：隨著經濟的發展和社會的進步，高層建筑逐漸增多，基坑開挖技術的應用范圍也在不斷的擴大。由于城市空間有限，因此，為了節約土地資源，建筑物之間的距離往往很小，如何減少基坑開挖對鄰近建筑物的影響成為工作人員必須要面對的問題。本文結合實例，采用沉降觀測的方法，計算分析基坑開挖對鄰近既有建筑物的影響。

關鍵詞：基坑開挖；鄰近建筑物；影響

引 言

目前我國各地基礎設施建設如火如荼，在土建工程中時常遇到在已有建筑物鄰近開挖基坑的情況，基坑開挖對鄰近建筑物自然會有不同程度的影響，甚至使既有建筑產生嚴重的損壞，影響已有建筑的使用安全，阻礙在建工程的正常進行，加之現在人們法律維權意識的增強，必須妥善處理建設前與建設過程中與此相關的各方面問題，因此針對受影響的相鄰既有建筑物的鑒定工作顯得尤為重要。

1 工程概況

該小區建筑面積約為17851.80m2，地下車庫面積約為2703.1m2。該小區在建的A樓與西側老樓B樓之間因受規劃限制，基坑坑壁至老樓的距離約為3m。已建場地屬江淮丘陵區沖溝地貌單元。場地北高南低，地面標高16.49～20.11m，最大高差約3.52m。根據鉆探揭露，已建場地地基土層分布規律及巖性特征，地質詳細情況見表1。已建場地地下水類型為上層滯水，主要賦存于①層雜填土中，勘察期間測得靜止水位埋深為0.90～1.60m，水面標高15.09～18.67m。場地地下水主要補給來源為大氣降水及生活用水。地下水受天氣、季節影響較明顯。

2 選擇合適的計算模型

選擇合適的計算模型能夠有效的、精確的找到基坑開挖對鄰近建筑物的影響。采用Plaxis3DFoundation進行模擬，模型的具體參數如下：

（1）基坑尺寸。基坑開挖深度取12m，圍護結構采用地下連續墻，厚度0.8m，深度24m，1/2基坑開挖寬度為30m。

（2）圍護結構變形形式。根據以往學者的研究成果，本文將圍護結構的變形形式歸納為懸臂式、踢腳式、內凸式及復合式等四種形式，并通過控制圍護結構剛度、插入深度及支撐剛度等來調整圍護結構變形形式，并得到如圖1所示的四種變形形式。

除了基坑尺寸和圍護結構變形形式還需要確定建筑物的參數以及相對位置參數。

（3）建筑物參數。根據筆者已進行的研究，構造一個坑外建筑物模型：建筑物外形輪廓為長條形，長22.5m，寬4.5m，層數3層，每層高3m，總高度9m，2層和3層為標準層，門、窗洞口的尺寸分別為2.0m×1.5m，1.8m×1.5m，且門窗開洞面積比例約為20%，具體尺寸如圖2所示。其中，模型中縱墻、橫墻、橫隔墻及樓板均考慮為理想彈性材料，不考慮梁、柱的影響，樓板厚度取0.10m。彈性模量取30GPa，泊松比0.2，墻體厚度取0.24m，且建筑物采用墻下條形基礎。如前文所述，在實際工程中，基坑鄰近建筑物的剛度各異，尤其是對于老舊的歷史建筑物，很難準確地評估建筑物的整體剛度，因此，為了更好地反映建筑物的整體變形性狀，本文在建立建筑物精細化模型的基礎上，通過調整建筑物在自重作用下所產生的不均勻沉降來反算建筑物的墻體剛度。根據以往學者的研究成果可知，對于土地層中產生下凹撓曲變形的砌體結構，當長高比小于3時，其容許撓度比為0.4‰；當長高比大于5時，其容許撓度比為0.67～0.71‰。此外，由《建筑地基基礎設計規范》可知，對于中、高壓縮性地基中建筑物，其局部傾斜限值為2～3‰。故本文取建筑物的撓度比為0.2‰，即此時建筑物的不均勻沉降最大值為4.2mm，如圖3所示，此時撓度比滿足上述的限值要求，同時，建筑物的局部傾斜最大值發生在端部，約為0.7‰，亦滿足規范要求。當建筑物發生如圖3所示的不均勻沉降時，建筑物的墻體彈性模量為220MPa，泊松比取0.1，即當建筑物的墻體剛度取該值時，建筑物的整體剛度是合理的。

（4）建筑物與基坑相對位置參數。為了對比不同圍護結構墻體位移情況下，建筑物受基坑開挖影響的差異，取建筑物距基坑距離D分別為1m，3m，6m，9m，12m，18m，24m，30m。

3 基坑開挖對鄰近建筑物的影響研究

3.1 基坑開挖期間沉降觀測

沉降是基坑開挖影響的重要觀測因素，結合工程的實際情況來看，新建A樓在基坑開挖施工過程中必須對相鄰B樓進行沉降觀測。在老樓B樓東面墻體上共布置3個沉降觀測點，具體點位詳見沉降觀測點平面布置圖4。觀測點布設在距新建A樓基坑最近的老樓B樓東面墻體，離地面約0.55m。觀測頻率為每間隔1天觀測1次，觀測時間持續180d。根據施工單位提供的觀測數據，繪制各觀測點的時間與高程關系曲線圖5。由圖5可以看出，離基坑坑壁最近的老樓B樓東面墻體觀測點2#，3#和4#點的高程變化很小，高程小幅波動由地下水變化引起的，砂墊層的變形隨水位的升降而變化，并且有較好的彈性特征，一旦孔隙水壓力恢復，砂墊層變形也迅速恢復，并無滯后現象。然而，大氣降雨滲入砂墊層，當遇到粉質粘土隔水層后，繼續下滲的速度減慢，引起砂墊層迅速回彈，建筑物的沉降量也迅速減小，從而出現了實測數據的微小上浮趨勢。老樓B樓東面墻體觀測點的沉降值及沉降差在《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2002）容許范圍內。也就說老樓B樓東面墻體在新建A樓建設期間發生的沉降量很小，對老樓B樓主體結構安全不構成影響。

3.2 新建對老樓的影響

為了保證建筑物的安全和正常使用，還需研究在外荷作用下，地基內部的應力規律及其可能產生的變形量。新建A樓基礎與老樓B樓的距離為3.0m，根據新建A樓的樁基礎布置圖、筏板基礎布置圖和單樁豎向承載力特征值，假定樁側摩B樓地基下的附加應力，可以加幾個輔助線，通過需要計算的點，采用角點法計算老樓B樓基礎下地基土層的附加應力，并對新建A樓所有樁基對老樓B樓地基所產生的附加應力進行疊加。同時，考慮新建A樓筏板基礎底面應力對老樓B樓地基所產生附加應力的影響。依據上述方法計算所得老樓B樓地基附加應力σz遠小于土的自重應力σc，即可不考慮新建A樓樁底應力對老樓B樓基礎沉降的影響。

4 基坑開挖導致的建筑物基礎沉降控制措施

4.1 控制施工過程，減少基坑變形

施工質量的控制能夠減少基坑變形，施工全過程是基坑變形的源頭，因此，應該從“源頭”下手，通過減小基坑的變形從而減小對建筑物的影響是最直接，最簡單的方法。它幾乎適用于絕大多數基坑工程。工程實際中，常采用優化施工工法與施工工藝、增加內支撐剛度、加大圍護樁的嵌固深度等減小基坑的變形的措施減小對周圍環境的影響。

4.2 減少基坑與坑外土地的聯系

基坑變形引產生的土層移動通過坑外土體與地下水傳播至周圍建（構）筑物，土體的變形與地下水位的改變均會影響建筑物結構的穩定性。從傳播途徑上采取措施，切斷或減小基坑與坑外土體的聯系最常使用的方法是隔斷法。隔斷法可采用將隔斷墻、隔水墻、微型樁打設進基礎與基坑之間的土體中，插入至可能的基坑滑動面以下抑制地層的滑動，從而減小對周邊環境的影響。工程實際中對隔斷法作用機制的研究起步較晚，理論分析還不夠完善，多依靠過往的工程經驗，需謹慎考慮隔斷墻的設計與施工。

4.3 提高建筑物周圍的抗變形能力

在特殊情況下，直接對欲保護的建筑物在基坑施工之前進行加固，提高自身抵抗變形的能力是減小建筑物不均勻沉降最直接的方法。工程中常用的方法有：①基礎托換。②注漿加固。③跟蹤注漿。

5 結束語

總而言之，基坑開挖勢必會給鄰近建筑物造成影響，因此，必須通過觀測找到變形的根本因素，并采取一定的措施進行控制，減少基坑變形情況的發生。基坑開挖對鄰近建筑物的影響分析與控制至關重要，因此，本文研究這個課題具有非常重要的現實意義。

參考文獻

[1]張瑤，呂龍，周衛.曇小路住宅樓沉降觀測及結果分析[J].云南大學學報（自然科學版）.2009（S2）：153～154.

[2]何霞，楊韋生.基礎打樁和基坑井點降水情況下周邊建筑物沉降觀測方法的研究[J].揚州職業大學學報.2009（01）：235～236.

[3]劉欽，余東明，吳紅彬.深基坑開挖對緊鄰建筑物沉降變形的影響[J].低溫建筑技術.2009（04）：209～210.

作者簡介：江峰（1968-），男，大專，工程師，主要從事項目管理和施工現場管理工作。