基坑開挖和支護對周邊建筑的安全影響分析

潘龍慶 卜崇陽 王元韓 楊驍麟 熊 波

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

基坑開挖和支護對周邊建筑的安全影響分析

潘龍慶 卜崇陽 王元韓 楊驍麟 熊 波

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

近年來軟土地區基坑的開挖與支護受到普遍關注，基坑開挖模擬過程根據基坑設計的開挖方法與支護措施采用ANSYS進行安全影響分析；模擬開挖過程分為八個工況，并逐一分析每個工況的沉降及側向位移。從位移及力學角度上分析，該工程K0+050～K0+080段基坑開挖與支護對基坑、市政建筑物及設施的安全性影響，基坑自身安全性：側向變形滿足規范要求，但是沉降變形不滿足規范要求，應在基坑支護中加大支護參數；周邊市政建筑物及設施由于基坑的開挖而產生的變形滿足規范要求。

基坑開挖；沉降；側向位移；支護參數

1 工程概況

本工程施工場地范圍內地下管線縱橫交錯，箱涵基坑開挖位置左側為臨近建筑區，開挖范圍較窄，無放坡條件，采用直立開挖措施并對基坑進行臨時性支護；K0+050～K0+080段主要覆土為人工填土，場地為丘陵斜坡地貌。場內無斷層、滑坡、軟弱夾層、崩塌和地下洞室不良地質現象。

根據現場實際了解調查，本次安全評估分析為段 K0+050～K0+080段基坑開挖可能對周邊建筑產生影響的有：該處既有地下通道、江南大道及0+030-0+060 左側一根DN400排污管道，其中地下通道靠基坑側邊墻距離基坑水平距離最近處僅7m。K0+050～K0+080段地址剖面圖、平面圖如下圖1-1～1-2。

圖1-1 K0+050～K0+080段地質剖面圖

2 模型建立及觀測點選取

本次數值計算采用有限元程序ANSYS進行。將巖土視為各向同性的理想彈性-塑性材料，并采用Drucker-Prager屈服準則；巖土力學參數，根據前期勘察結果并參照《工程地質勘察規范》進行選取。整個計算模型有限元網格采用3種單元：其中solid45單元模擬土體，shell63單元模擬擋墻，beam189單元模擬鋼支撐及鋼管樁。

本次有限元模擬分為8個工況進行模擬計算，具體布置情況參照圖2-1。

圖2-1 觀測點布置情況示意圖

3 評估計算分析與結果

3.1 觀測點位移結果分析

1-8號觀測點沉降值及側向變形值見圖3-1～2-6所示。

圖3-1 1-4號觀測點Y方向位移變化隨土體開挖變形值

圖3-2 1-4號觀測點Z方向位移變化隨土體開挖變形值

由上圖可以看出，隨著土體的開挖，1-4號觀測點的沉降及側向變形的變化趨勢越來越大。4號觀測點最終沉降值為39.9mm,朝基坑方向變形值13.2mm，1號觀測點最終沉降值為4mm，朝基坑方向變形值為10.1mm。

圖3-3 5-6號觀測點Y方向位移變化隨土體開挖變形值

圖3-4 5-6號觀測點Z方向位移變化隨土體開挖變形值

由上圖可以看出，隨著土體的開挖，5號觀測點沉降值始終大于6號觀測點，但是朝基坑方向變形值6號觀測點大于5號。5號觀測點最終沉降值為39.6mm,朝基坑方向變形值11.1mm；6號觀測點最終沉降值為33.5mm，朝基坑方向變形值為15.2mm。

圖3-5 7-8號觀測點Y方向位移變化隨土體開挖變形值

圖3-6 7-8號觀測點Z方向位移變化隨土體開挖變形值

由上圖可以看出，地下通道靠近基坑處邊墻的變形值是隨著土體的開挖一直變大的，7號、8號觀測點最終沉降值為14.9mm、3.6mm，側向變形值為5.1mm、5.9mm。

3.2 結果分析總結

根據 《GB50202-2002建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》 規定，符合下列情況之一的基坑，定為一級基坑：

1）重要工程或支護結構作為主體結構的一部分；

2）開挖深度大于10m；

3）與鄰近建筑物、重要設施的距離在開挖深度以內的基坑；

4）基坑范圍內有歷史文物、近代優秀建筑、重要管線等需要嚴加保護的基坑。

由于本次基坑 K0+050～K0+080段開挖深度均大于 10m，所以基坑K0+050～K0+080段基坑為一級基坑。

根據《GB50497-2009建筑基坑工程監測技術規范》第8.0.3、8.0.4、8.0.5條款要求，由建筑基坑引起的位移應按表3-3和3-4控制：

表3-3 基坑及支護結構監測警報值

表3-4 建筑基坑工程周邊環境監測警報值

表3-5 風險源安全性評估表

表3-6 風險源安全性評估表

綜上所述，從位移及力學角度上分析，重慶國際商業中心項目排水箱涵工程K0+050～K0+080段基坑開挖與支護對基坑、市政建筑物及設施的安全性影響，基坑自身安全性：側向變形滿足規范要求，但是沉降變形不滿足規范要求；周邊市政建筑物及設施由于基坑的開挖而產生的變形滿足規范要求。

4 結論

結合本次計算結果分析重慶國際商業中心項目排水箱涵工程K0+050～K0+080段基坑開挖與支護對基坑、市政建筑物及設施的安全性總結如下：

（1）基坑自身安全性：側向變形滿足規范要求，但是沉降變形不滿足規范要求；因此，本次基坑施工過程中應及時調整加大支護參數；周邊市政建筑物及設施由于基坑的開挖而產生的變形滿足規范要求。

（2）從靜力、施工安全性、工期、施工機械等方面考慮，嚴格按照鋼管樁及內撐施工順序進行基坑開挖施工，且應及時施作擋板抑制土體的側向變形及沉降。由于基坑周邊建筑物較多，在施工過程中加強對基坑及附近市政設施的監控量測，避免基坑失穩導致對周邊市政設施的破壞。

（3）由于上層土體為素填土和雜填土，土體性質較弱，降雨施工時，在開挖范圍外設截、排水溝，避免雨水浸入土體，土體安全系數折減導致基坑失穩。

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1007-6344（2016）07-0250-02