臨近基坑交叉施工安全間距研究進(jìn)展

周培嬌

近年來，隨著城市的發(fā)展，流入城市的人口也越來越多，導(dǎo)致城市用地緊張的情況越加凸顯，催動(dòng)著城市建筑朝著高、大、深方向進(jìn)展。如交通網(wǎng)絡(luò)密集，地鐵隧道快速新建，臨近基坑工程開挖工況的案例也越來越多。大量的基坑工程實(shí)踐表明，城鎮(zhèn)中單個(gè)基坑開挖在一定范圍內(nèi)會(huì)影響周邊建筑安全，如引起地下管線變形出現(xiàn)不能正常運(yùn)維、臨近建筑物不均勻沉降導(dǎo)致的開裂情況等，當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)臨近單獨(dú)基坑施工時(shí)，其相互影響更大，施工風(fēng)險(xiǎn)更高[1-2]，如圖1。此外，對(duì)于同一工程項(xiàng)目，涉及分區(qū)開挖時(shí)，往往也可視作臨近基坑處理，如圖2。

臨近基坑在施工過程中，除受自身施工影響外，還受到臨近基坑的開挖、支護(hù)、卸載等因素的影響，使得基坑的變形、受力情況也呈現(xiàn)出一定的復(fù)雜化[3]。

由此發(fā)現(xiàn)，工程中的相鄰基坑間的基坑間距是交叉施工影響最重要的因素之一，安全距離臨界值不僅能最大化地利用土地資源，同時(shí)也能滿足相鄰基坑各自安全施工[4]。許多學(xué)者進(jìn)行了臨近基坑安全距離的研究，旨在為基坑設(shè)計(jì)提供借鑒。

1.基坑間距大于3 倍基坑深度

為研究臨近基坑施工相互影響可忽略不計(jì)時(shí)的基坑距離，通過對(duì)兩個(gè)臨近施工的基坑進(jìn)行研究，分析了不同基坑間距下的軸力、變形、坑底隆起等現(xiàn)象，當(dāng)基坑間距大于4 倍以上基坑深度時(shí)，坑底隆起，其單個(gè)基坑的變形以基坑中心線為軸對(duì)稱，相當(dāng)于獨(dú)立基坑[5]。當(dāng)對(duì)基坑間距為3～4 倍基坑開挖深度情況進(jìn)行研究時(shí)，其臨近基坑開挖對(duì)單個(gè)基坑的施工影響也可忽略[6]。在分析大量基坑開挖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)在基坑開挖支護(hù)過程中，不同的土質(zhì)情況下臨近間距影響區(qū)域均落在2～4 倍間距的基坑深度[7]，而大于4 倍基坑深度的情況也可視作為獨(dú)立基坑開挖，小于2 倍基坑深度內(nèi)的為主要影響區(qū)域，介于兩者之間的為次影響區(qū)域[8]。

因此，相鄰基坑間距對(duì)工程施工影響不容忽視，目前一些學(xué)者對(duì)于“臨界距離”進(jìn)行了研究，取得了研究成果，但是，其主要集中于臨界距離對(duì)基坑工程中的某一種特定工況而言，對(duì)于其他復(fù)雜的實(shí)際工況，仍然值得采用試驗(yàn)、實(shí)測(cè)分析、數(shù)值模擬及理論研究等綜合研究方法進(jìn)一步進(jìn)行探究。

2.基坑間距為2～3 倍基坑深度

對(duì)于兩個(gè)深度相同的臨近基坑，通過三維有限元模擬，當(dāng)開挖深度大于3 倍挖深時(shí)，臨近基坑施工影響較小，當(dāng)開挖深度小于2 倍挖深時(shí)，臨近基坑施工影響較大，介于兩者之間時(shí)，隨基坑間距增大，影響逐漸減小[9]。在對(duì)基坑間距在2～3 倍基坑深度時(shí)，分別采用二維和三維有限元對(duì)臨近基坑施工不同情況進(jìn)行模擬，當(dāng)基坑間距在2.5～3 倍基坑深度時(shí)，其相互施工影響較小，此外，三維模擬結(jié)果較二維更接近于實(shí)際[10-11]。在文獻(xiàn)中有針對(duì)考慮不同土質(zhì)影響，分析基坑開挖前后地表沉降數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了臨近間距的主要影響區(qū)的沉降包線均呈三角形分布，而對(duì)于砂性土或者軟黏土其影響區(qū)域大約為2 倍基坑深度，而在地基堅(jiān)硬地區(qū)的情況，臨近基坑的影響區(qū)間距大致為3倍基坑開挖深度[12]。

綜上所述，確定臨近基坑安全間距的研究為2～3 倍的基坑深度情況，主要是總結(jié)了現(xiàn)有學(xué)者依據(jù)有限元數(shù)值分析的結(jié)果，還可以進(jìn)一步總結(jié)工程實(shí)測(cè)情況，需與工程實(shí)測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)證與對(duì)比分析。

圖1 同一項(xiàng)目臨近基坑開挖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

圖2 基坑分區(qū)開挖（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

3.基坑間距小于2 倍基坑深度

對(duì)不同基坑間距下的已建和新建基坑進(jìn)行三維有限元模擬，當(dāng)基坑間距小于1 倍基坑深度時(shí)，基坑開挖影響顯著，當(dāng)基坑間距大于2 倍基坑深度時(shí)，鄰近基坑開挖相互影響可不計(jì)，而介于兩者之間時(shí)，影響較顯著，隨間距增大，影響逐漸較弱[13]。

基坑間距大于2 倍基坑深度時(shí)，認(rèn)為基坑之間同時(shí)或者先后施工的影響不大，可以根據(jù)工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步驗(yàn)證，確定臨近間距的工況影響因素。

對(duì)于兩個(gè)基坑（基坑群）在施工時(shí)，其安全間距和基坑深度、基坑間距之間存在一定的規(guī)律，且我們往往采用數(shù)值模擬對(duì)兩個(gè)同樣的基坑進(jìn)行分析，或者取較深的基坑深度值做研究，但在研究過程中，發(fā)現(xiàn)仍然受到基坑的形狀尺寸、基坑的深度差、支護(hù)形式等施工工況的影響。圖3給出了相鄰基坑的平面示意圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，基坑臨界間距的確定對(duì)基坑施工的影響因素較大，包括了基坑開挖的順序，基坑支護(hù)條件，基坑大小以及基坑深度等等，目前針對(duì)各影響因素的研究成果較多，主要集中于工程實(shí)測(cè)分析和有限元數(shù)值模擬等。

圖3 剖面示意圖

4.小結(jié)

臨近基坑施工安全間距已經(jīng)取得了不少研究成果，基坑施工的臨近安全距離主要受到了基坑施工的復(fù)雜工況情況的影響，如基坑的開挖方案、基坑的支護(hù)情況、工程加卸載情況等。但隨著基坑工程向著高大深方向不斷發(fā)展，仍存在以下問題需進(jìn)一步研究：

（1）臨近基坑施工受多方面因素影響，如考慮臨近基坑更多施工順序、支護(hù)形式下的安全距離，可以進(jìn)一步根據(jù)工程實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬和理論分析方法等多路徑進(jìn)行研究，為工程實(shí)踐提供可靠建議；

（2）地基土質(zhì)也是決定臨近基坑間距的一個(gè)影響因素，可以進(jìn)一步考慮坐落于不同地基土質(zhì)上的臨近基坑安全距離，對(duì)補(bǔ)充不同區(qū)域地質(zhì)情況的實(shí)際工況具有重要意義。