深淺坑基坑工程施工對緊鄰建筑的影響分析

謝芝蕾

上海松江方松建設投資有限公司

正文：

一、深淺坑基坑工程概況

上海國樂廣場擴建商辦項目位于上海市松江區茸平路南側、茸興路東側、茸樹路西側。項目用地面積25165m2，總建筑面積70350m2，項目西區為2棟5層及12層商業辦公樓組成，地下設兩層地庫；東區由7棟二層商業建筑組成，地下設一層地庫。基坑總面積達14376m2，其中西區基坑面積4834m2，基坑開挖深度9.6m；東區基坑面積9542m2，基坑開挖深度6.85m。

東區基坑北側為已建的一期高層商辦用房，基礎形式為樁基礎，建筑物距離基坑開挖邊線最近約6.4m。西區基坑北側為上海大眾特約維修站，基礎形式為淺基礎，建筑物距離基坑開挖邊線最近約12.6m。

圖1 基坑環境及分區平面圖

根據勘察報告，該場地為典型的軟土地質，基坑挖深范圍內有②層灰黃色粉質黏土、③1層灰色淤泥質粉質黏土、③3層灰色淤泥質粘土。③1層、③3層為淤泥質粉質黏土，土質軟弱呈流速狀態。場地內地下水主要有淺部黏性土層的潛水、⑤2層微承壓含水層以及⑦1層承壓含水層。經驗算，微承壓水和承壓水對本工程基底不產生突涌的風險。

二、基坑圍護結構的設計

綜合考慮基坑的規模、周邊環境、施工便利、工程進度等多方面因素，基坑圍護體系采用板式支護結合內支撐的形式。西區基坑圍護結構采用Φ800mm@1000mm L=21.0m 鉆孔灌注樁+二道混凝土內支撐，東區基坑圍護結構采用Φ700mm@900mm L=14.0m鉆孔灌注樁+一道混凝土圓環支撐。西區止水帷幕采用單排Φ850mm@600mm L=16.0m三軸水泥土攪拌樁；東區止水帷幕采用雙排Φ700mm@500mm L=16.0m雙軸水泥土攪拌樁。分隔樁采用Φ800mm@1000mm L=21.0m鉆孔灌注樁，雙側設置Φ850mm@600mm L=16.0m三軸水泥土攪拌樁止水。基坑圍護剖面圖見圖2、圖3。

圖2 西區基坑圍護結構剖面圖

圖3 東區基坑圍護結構剖面圖

三、基坑施工順序

針對工程的實際進度安排，本基坑工程采取“先深后淺”的施工順序。總體施工順序為：施工圍護樁、止水樁→整體澆筑東、西兩區第一道支撐→開挖西區→澆筑西區第二道支撐→開挖西區→澆筑西區大底板、換撐帶→拆除西區第二道支撐→施工西區地下一層結構、換撐帶→拆除西區第一道支撐→施工西區頂板→開挖東區→澆筑大底板、換撐帶→拆除東區支撐→施工東區地下一層結構→破除分隔墻→東西區地下結構相連→施工出±000。

四、基坑監測分析

在基坑工程實施過程中采取了全過程、系統的監測工作，重點觀測基坑施工過程中周邊環境的變形情況。周邊建筑物的監測時間從2017年5月26日至2019年1月19日，在建筑物監測點F1～F26中選取了10個典型的監測點進行分析，監測點位置分布見圖4。

圖4 周邊建筑物監測點位置分布

土方開挖以及支撐的拆除過程是基坑外土體應力釋放的主要階段，選取深淺坑施工過程中六個開挖及拆撐的施工工況，對周邊建筑物的沉降情況進行分析：

工況一：西區開挖第一皮土；

工況二：西區開挖第二皮土；

工況三：西區拆除第二道支撐；

工況四：西區拆除第一道支撐；

工況五：東區開挖第一皮土；

工況六：東區拆除支撐。

實測數據見圖5，數據表明：1）在基坑施工過程中，建筑物距離基坑最近的位置產生的沉降最大。2）高層建筑物平行于基坑邊線方向，建筑物中部的沉降值大于兩側的沉降值。3）位于深基坑附近的建筑物沉降受淺基坑施工影響較小。4）位于淺基坑附近的建筑物變形均受到深基坑與淺基坑施工的影響，沉降值在整個施工階段不斷累計增大。

圖5 各監測點在不同工況下的累計沉降值

五、有限元軟件分析

為了合理地描述深淺坑施工全過程對周邊建筑物的影響，本文采用MIDAS/GTS有限元分析軟件對基坑先深后淺施工進行模擬。MIDAS/GTS是Midas公司開發的專門求解巖土力學問題的大型三維有限元程序，通過建立土體與圍護結構、支撐體系的相互作用來模擬基坑的施工工況。為充分考慮基坑施工對周邊環境的影響，三維計算模型的尺寸取：370m×470m×40m。基坑開挖在施工過程中遵循“隨挖隨撐”的原則。

基坑三維模型包括土體、基坑支護結構以及周邊建筑物。基坑支護結構由鉆孔灌注樁、立柱以及混凝土支撐組成，模擬時均采用梁單元。土體采用Mohr-Coulomb本構模型，土體參數見表1。

表1 土體參數

通過建立三維計算模型對深淺坑基坑施工進行模擬，在周邊建筑物上選擇10個監測點（與實際監測點位置一致）。

圖6 計算模型

深淺坑施工導致周邊建筑物的最終沉降情況見圖7所示。各監測點在各工況下的沉降情況見圖8。

圖7 建筑物最終沉降變形云圖

圖8 數值模擬各監測點在不同工況下的累計沉降值

六、結語

緊鄰建筑物的深淺基坑施工，對周邊環境的影響是復雜的，本文利用MIDAS/GTS有限元分析軟件進行3D建模，選取與實際監測點一致的位置進行數值模擬，得到在典型工況下的建筑物沉降數據。有限元數值模擬得到的建筑物沉降值較實際監測值偏大，但是通過數值模擬充分驗證了基坑施工對周邊建筑的影響，建筑物距離基坑最近的位置產生的沉降最大；位于深基坑附近的建筑物沉降受淺基坑施工影響較小；位于淺基坑附近的建筑物變形均受到深基坑與淺基坑施工的影響，沉降值在整個施工階段不斷累計增大。本文借助對該工程的實測數據與數值分析，淺析深淺坑施工對周邊建筑的影響，為后續類似工程的設計和施工提供成功的經驗。