試論深基坑開挖對鄰近建筑物基礎(chǔ)的影響

劉小林

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450001）

試論深基坑開挖對鄰近建筑物基礎(chǔ)的影響

劉小林

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450001）

隨著城市化進程的不斷加速，大量人口涌進城市，造成城市人口密度過大、用地緊張，因而如何充分利用城市地下空間是今后城市開發(fā)的重點。地下空間工程的建設(shè)要開挖大量的深基坑，但城市中建筑物密集管線繁多難免會對臨近建筑物的穩(wěn)定產(chǎn)生影響，使得深基坑開挖施工難度大。做好深基坑支護設(shè)計，采取必要措施減少深基坑開挖對臨近建筑物基礎(chǔ)的影響，降低事故發(fā)生具有重要的意義。本文以武漢港西二期泵站及雨污水管道工程荊州街段箱涵工程為例，敘述深基坑開挖工程對臨近建筑物的損害形式、并對這些損害進行風(fēng)險評估，提出降低深基坑開挖對鄰近建筑物基礎(chǔ)影響的有效防范措施。

深基坑 基坑開挖 淺基礎(chǔ) 損害形式 防范措施

改革開放以來我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市化進程不斷加快，在人們享受到城市生活水平的方便快捷的同時也暴露出了城市的弊病。城市土地供求關(guān)系緊張，城市有限的建設(shè)用地大量被城市道路，住宅等消耗，給排水、供電等其它基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)用地愈加緊張，地下空間就成了其建設(shè)的必選空間。城市中建筑物密集，深基坑開挖會對周邊土體產(chǎn)生擾動，容易產(chǎn)生建筑物基礎(chǔ)不均勻沉降，地表傾斜，增加地基應(yīng)力，給基坑施工帶來了很大的風(fēng)險。所以，深基坑施工過程中，不僅要關(guān)注基坑本身的安全，還要重點關(guān)注深基坑施工是否會對對周邊既有建筑物的影響。

1 基坑開挖對鄰近建筑物損害形式

1.1 地表均勻沉降破壞

深基坑開挖擾動周邊土體使之產(chǎn)生均勻沉降，土體均勻沉降會使整個建筑物整體下沉。均勻沉降一般不會對建筑物的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生太大的影響，但是，若沉降過大時也會有一定的影響，例如，當(dāng)下沉量較大且地下水位埋深較淺時，地表下沉就會造成地面積水從而影響建筑物的正常使用，并且影響結(jié)構(gòu)強度。

1.2 地表傾斜損害

當(dāng)原有地層不均勻時，在新建建筑物完成后會導(dǎo)致地層傾斜，從而改變了地面的原始坡度，雖然建筑物本身不會受到損害，但當(dāng)鄰近有其它深基坑開挖時往往會對周圍土體產(chǎn)生擾動，就會導(dǎo)致土體內(nèi)力重新分配甚至土體滑動。特別是對于基礎(chǔ)底面積較小的高聳建筑物，在地基不均勻沉降時會使建筑物的重心發(fā)生偏移，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力發(fā)生變化，沉降過大時會引起結(jié)構(gòu)破壞如出現(xiàn)裂縫甚至倒塌等。

1.3 地表曲率損害

圖1 鋼板樁的入土深度計算

地表曲率損害是一種常見的開挖引起的損害形式，與地基本身的物理力學(xué)性質(zhì)和開挖引起的變形形式有關(guān)。深基坑開挖對鄰近建筑物的地表曲率損害是疊加了鄰近建筑物的自重引起的彎曲損害，與因地基不良而發(fā)生的建筑物損害相比是不同的。當(dāng)?shù)乇戆l(fā)生彎曲變形時，建筑物將有部分基礎(chǔ)產(chǎn)生懸空現(xiàn)象，荷載由其余部分承擔(dān)，從而使地基應(yīng)力變大。

2 基坑開挖對建筑物破壞風(fēng)險評估

基坑開挖引起的鄰近地層的移動是引起建筑物變形破壞的主要原因。基坑開挖會導(dǎo)致地層在豎直與水平兩個方向上同時移動，可以使用角變量、裂縫寬度等變形參數(shù)來描述建筑物損傷程度，進行建筑破壞風(fēng)險評估。

2.1 建筑結(jié)構(gòu)角變量與水平應(yīng)變的關(guān)系

建筑物垂直方向的容許沉降量受基坑開挖引起的土體側(cè)向變形影響。從研究得出建筑結(jié)構(gòu)角變量與水平應(yīng)變的關(guān)系為：建筑物的角變量大水平應(yīng)變不大時，建筑物損壞程度并不一定大；相反，當(dāng)角變量較小而水平應(yīng)變較大時，建筑物的損壞也有可能會大。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)裂縫與臨界應(yīng)變的關(guān)系

裂縫是建筑物中常見的破壞形式，也最能直觀的體現(xiàn)建筑物的破壞程度，因此，用建筑物產(chǎn)生的裂縫寬度來評價建筑物破壞等級更直觀易懂。可以把建筑物產(chǎn)生的應(yīng)變與臨界應(yīng)變做比較，來確定建筑物的損壞程度。不同結(jié)構(gòu)形式的臨界應(yīng)變值磚混結(jié)構(gòu)為0.02%，框架結(jié)構(gòu)為0.05%。

3 基坑開挖對鄰近建筑物基礎(chǔ)沉降的防范措施

3.1 從基坑開挖過程本身采取措施減小基坑變形

鄰近建筑物的不均勻沉降的原因是深基坑的開挖，把握好整個深基坑工程施工的全過程才是解決問題的根本。施工中要做好基坑支護、降低地下水、結(jié)構(gòu)施工以及覆土回填的每一個步驟，通過減小基坑的變形、擾動是減小對鄰近建筑物的影響最有效的方法。以武漢港西二期泵站及雨污水管道工程荊州街雨水箱涵工程為例，根據(jù)巖土工程勘察報告分析，本工程可以采用鋼板樁支護方式保證基坑安全。

圖2 板樁最大彎矩計算

鋼板樁的入土深度計算圖1所示。按雙撐淺埋板計算，假定上端為簡支，下端為自由支承，相當(dāng)于單跨簡支梁，作用在樁后為主動土壓力，作用在樁前為被動土壓力。

φ—土的內(nèi)摩擦角 °=24φ ；

H—基坑開挖深度；考慮到基坑開挖深度多處于5m～6m之間，且封底混凝土厚度為0.5m，故開挖深度取較大值，取H=7.3m。取每延米板樁墻寬為研究對象，為使鋼板樁保持穩(wěn)定，在A點的力矩應(yīng)等于零，即∑MA=0；在D點的力矩應(yīng)等于零，即∑MD=0；在水平方向上合理為零，即∑Fx=0；即：

故選擇12m拉森鋼板樁作為圍護是合理的。

（2）鋼板樁抗彎驗算。取每延米板樁墻寬為研究對象，

板樁最大彎矩計算簡圖如圖2：

g——剪力為零的點，此點處板樁彎矩最大；l——g點到地面距離；h——兩層圍檁之間的間距，1m；Eg——g點以上土層的主動土壓力；g點為剪力為零的點，此點處的彎矩即為板樁最大彎矩，即：

得l=5.21m

拉森IV型鋼板樁每米墻寬截面模數(shù) W=2270000mm3，

板樁抗彎強度：σ= Mmax/W=278.05×106/2270000=122.49MPa＜［σ］=205 MPa

故選擇拉森IV型鋼板樁滿足抗彎要求。

3.2 從基坑變形的傳播途徑上采取措施減小對周邊環(huán)境的影響

基坑變形引起的土層移動會通過坑外土體與地下水傳播至周圍建筑物，使周圍建筑物地基的土體發(fā)生變形與地下水位變化從而影響建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。要減小變形傳播產(chǎn)生的影響就要切斷其傳播途徑，以切斷或減小基坑與坑外土體的聯(lián)系，隔斷法是最常用的方法。隔斷法是采用將隔斷墻、隔水墻、微型樁打設(shè)進基礎(chǔ)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(huán)境的影響。

3.3 從提高基坑周邊環(huán)境的抵抗變形能力方面采取措施

必要時也可以采用對周邊建筑物進行加固提高其抵抗能力，以減少地基變形對其產(chǎn)生的損壞程度，在基坑開挖前就要對建筑物進行加固或制定好加固方案。常用的加固方式有：注漿加固，對基礎(chǔ)底部土體注入泥漿，補強土體剛度，來減小因土體剛度不足引起建筑物過大的沉降；基礎(chǔ)托換，在基礎(chǔ)底部加設(shè)樹根樁或者靜壓錨定桿的方式，將上部荷載傳遞至土質(zhì)較好的地層，減小建筑物的不均勻沉降；跟蹤注漿，跟蹤注漿適用于基坑開挖過程中建筑物沉降傾斜過大的補救措施，控制注漿壓力與注漿量。

4 結(jié)語

深基坑開挖會對鄰近建筑物造成地表均勻沉降、使地表傾斜、地表曲率變形，因而應(yīng)引起人們的足夠重視，并且會隨著基坑的開挖深度的加大其影響也越來越大。深基坑施工前要做好詳細(xì)施工準(zhǔn)備，明確周邊環(huán)境，制定詳細(xì)的基坑沉降防范措施。施工過程中要做好跟蹤觀測，做好防護措施，控制開挖速度。在快速城市化的今天真正做到安全、高效、科學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

［1］丁勇春.軟土地區(qū)深基坑施工引起的變形及控制研究［D］.上海交通大學(xué)，2009.

［2］劉俊巖.深基坑工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］候?qū)W淵，劉國彬.城市基坑工程發(fā)展的幾點看法［J］施工技術(shù)，2000 （1）：57.

［4］陳忠漢，程麗萍.深基坑工程［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.