某民房結構安全性評定及相鄰基坑開挖對其影響之分析

牛彥俊，牛昌林，劉新文，王海明，賈 琦

（甘肅建投科技研發有限公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

隨著國家城鎮化建設的不斷推進，新城區的建筑密度越來越大，許多擬建建筑物周邊老舊砌體結構房屋林立，地下管網縱橫交錯，地下地上環境均較為復雜，在此類環境中面臨基坑開挖的新建建筑，往往容易忽視基坑開挖前后對臨近建筑物進行必要的結構安全性評定和比較，以及論證評價基坑開挖對周邊臨近建筑的影響程度。為了對工程建設的順利進行提供必要的論證基礎，本文通過西北某新城區建設中的一個類似案例，因未考慮上述建設流程，在基坑開挖后，出現對未經過正式勘察設計的淺埋基礎民房有了不同程度的影響，甚至導致此民房產生相應的損傷，影響其結構的安全使用，并阻礙新建項目的正常進行，又引起了不必要的司法糾紛。那么妥善處理類似項目建設前與建設過程中與此相關的各方面問題，就顯得尤為重要。本文通過對基坑開挖后臨近淺埋基礎的民房進行詳細調查檢測以及結構安全性評定，從理論計算上分析了相鄰某基坑開挖后，長時間暴露在大氣環境中，未及時進行支護對該民房的結構安全是否存在相應影響，明確了責任影響范圍，供類似工程參考以引起對復雜環境中基坑開挖建設流程和支護重要性的認識。

1 工程概況

某民房位于西北某市新城區，為新農村整村搬遷項目，由主房和附屬房屋相依而建，主房建于 2009 年，附屬房屋建于 2011 年，均為二層砌體結構，建筑平面及主附房位置（虛線內為主房）如圖 1～2 所示，建筑總長度為 18.2 m，總寬度為 12.3 m，建筑物總高度為 6.75 m，建筑面積約 430 m2。主附房基礎采用磚砌條形基礎，設地圈梁，主房 1～2 層層高均為 3.0 m，樓、屋蓋為鋼筋混凝土現澆板；附屬房屋 1～2 層層高均為 3.0 m，樓、屋蓋為鋼筋混凝土預制樓板。

圖1 民房一層平面布置圖（單位：mm）

根據 GB 50011－2010《建筑抗震設計規范》［1］，該新城區建筑工程抗震設防烈度為 7 度，設計基本地震加速度值為 0.15g，所屬的設計地震分組為第三組。

現場調查看出，該民房與待建的某單位綜合業務用房（為六層框架結構）臨近，民房與該綜合業務同房，施工開挖基坑位置關系如圖 3 所示，該綜合業務用房于 2013 年 11 月 20 日-11 月 30 日實施基坑開挖后，民房部分墻體出現不同程度的裂縫，且裂縫寬度還有繼續擴展的趨勢。

圖2 民房二層平面布置圖（單位：mm）

圖3 民房與臨近開挖基坑位置關系剖面圖（單位：mm）

2 現場調查、檢測

2.1 基礎檢查

為查清民房基礎現狀，在主房 1×C～D 軸線墻體處開挖探井 TJ1，開挖深度為基礎底面下 1.5 m。對T J1 進行檢查：房屋基礎采用磚砌條形基礎，剖面如圖 4 所示，設置有地圈梁，基礎寬度 730 mm，高度為 490 mm，地圈梁寬 370 mm，高 240 mm，基礎底面下設置 600 mm厚灰土層，灰土下為素土。

圖4 民房墻下基礎剖面圖（單位：mm）

2.2 相對沉降傾斜觀測

通過對該民房進行相對沉降觀測，該房屋地基相對沉降量在 0～15 mm，基礎局部傾斜率在 0.36 ‰～2.56 ‰，基礎局部傾斜率超出 GB 50007－2011《建筑地基基礎設計規范》［2］第 5.3.4 條中關于“中、低壓縮性地基土砌體承重結構基礎的局部傾斜≤2 ‰”的要求。地基基礎沉降趨勢較明顯。

2.3 上部承重結構

2.3.1 房屋結構體系調查

現場調查發現主房為二層砌體結構，承重墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑，平面布置呈“口”字形，設置圈梁、構造柱；樓、屋蓋采用現澆鋼筋混凝土樓板，基礎采用磚砌條形基礎。附屬房屋為二層砌體結構，墻體采用水泥砂漿和普通黏土磚砌筑，采用磚柱與磚墻共同承重，樓、屋蓋修建時采用當地預制廠生產的鋼筋混凝土預制空心樓板，基礎形式為磚柱下獨立基礎和承重砌體墻下的條形基礎，未設置地梁。

2.3.2 主要墻體側向位移觀測

采用經緯儀對該房屋 1×A、1×G 軸線外墻頂點位移進行了觀測，其房屋頂點位移在 6～25 mm，整體傾斜率在 0.89 ‰～3.70 ‰，傾斜率基本滿足 GB 50007－2011《建筑地基基礎設計規范》中第 5.3.4 條關于“多層和高層建筑的整體傾斜≤4 ‰”的要求。

2.3.3 砌體砂漿和磚強度檢測

根據 GB/T 50315－2011《砌體工程現場檢測技術標準》［3］的規定，在該主房與附房一、二層縱橫軸線墻體處隨機抽取 6 片承重墻，每片墻上布置 5 個測區，采用回彈法對砂漿和磚強度進行檢測，可以看出砂漿測區強度平均值為 0.7～1.5 MPa；墻體磚抗壓強度平均值為 10.14 MPa，在進行砂漿強度檢測的測區內隨機選取3 處灰縫進行砂漿碳化深度測量，碳化深度均＞3 mm。

2.3.4 結構整體性檢查

該主房結構整體性較好，房屋高度、層高、房屋層數、樓板形式、房屋實際高寬比、抗震橫墻最大間距、樓梯間位置、承重窗間墻最小寬度等基本構造滿足規范要求，構造柱及圈梁設置亦滿足規范要求；該附屬房屋整體性較差，為 2 層砌體結構，1～2 層層高均為 3.0 m，內、外墻厚度均為 240 mm，樓、屋蓋采用鋼筋混凝土預制空心板，采用磚柱、磚墻及鋼筋混凝土梁共同支撐上部結構，未形成有效整體結構。

2.3.5 裂縫情況調查檢測

從宏觀情況看，民房墻體裂縫主要出現在主房與附屬房屋的交接處，以及 2 層局部圈梁與墻體交接處。從墻體裂縫的出現位置看，主房與附屬房屋 6 軸線交接處整體脫開；附屬房屋與相鄰住戶房屋 7 軸線交接處墻體整體脫開；2 層E×3～6 圈梁與墻體交接處、6×B～C 梁及墻交接處開裂；部分門窗洞口出現裂縫（裂縫分布見圖 5）；所有裂縫形式表現特點：6 軸線與 7 軸線裂縫呈豎向分布，2 層 E×3～6 圈梁與墻體交接處、6×B～C 梁及墻交接處裂縫呈水平分布；裂縫深度和寬度：6 軸線與 7 軸線裂縫寬度為 20～35 mm，E×3～6 軸線圈梁與墻體交接處裂縫寬度為 0.1～0.5 mm，裂縫最大達 3.0 mm；另附屬房屋地面開裂，1 層 A×7，B×7 軸線磚柱頂部呈斜向斷裂，裂縫寬度達 25 mm。

圖5 墻體裂縫圖

2.4 臨近開挖基坑調查

2.4.1 場地地質資料情況

整體場地地形地貌單元屬河西岸Ⅱ級階地后緣及山前坡積疊加地帶，地基土類型為中軟場地土。場地內地層主要由①濕陷性黃土狀粉土②非濕陷性黃土狀粉土構成，場地地層穩定。該場地為 Ⅳ 級自重濕陷性場地，最大濕陷深度 17.0 m，場地類別為 Ⅱ 類，地基土具有微腐蝕性，最大凍土深 98 cm。

2.4.2 基坑調查

民房相鄰單位的綜合業務用房于 2013 年 11 月20 日-11 月 30 日實施基坑開挖，2014 年 9 月 23 日基坑回填，基坑暴露時間達 300 d，其間未采取任何基坑支護措施。雨水、污水等對基坑均有侵蝕，基坑與西南側民房最小水平距離 3.88 m，基坑開挖深度為 2.80 m，基坑底面與民房的相對高差為 4.61～4.85 m。

3 計算分析

3.1 開挖基坑邊坡穩定性計算

本次計算軟件選用理正巖土 6.5，計算模型按現場實測數值建立。

3.1.1 坡面信息

按照計算程序要求，根據現場實際情況，坡面線段數為 4（見表 1），坡面線段數為從坡面線起點，往坡上數線段的個數，超載 1：距離 0.010（m），寬 12.300（m），荷載（29.17～29.17 kPa），方向 270.00（度）。

表1 坡面線段數

3.1.2 計算參數（見表 2）

表2 計算參數

3.1.3 計算條件

根據理正巖土圓弧穩定分析方法，計算理論為瑞典條分法；土條重切向分力與滑動方向反向時當下滑力對待；穩定計算目標按照自動搜索最危險滑裂面，條分法的土條寬度按照 1.000（m）輸入，搜索時的圓心步長為 1.000（m），搜索時的半徑步長按 0.500（m）考慮。

3.1.4 計算結果（見圖 6）

圖6 理正計算結果簡圖

3.1.5 最不利滑裂面的確定

從上述計算結果看，該基坑邊坡最不利滑動面滑動圓心為（22.420，8.150）（單位：m），邊坡最不利滑動面滑動半徑為 8.148 m，邊坡最不利滑動面滑動安全系數為 1.629，邊坡穩定安全系數大于 GB 50330－2013《建筑邊坡工程技術規范》［4］和 JGJ 120－2012《建筑基坑支護技術規程》［5］最小穩定安全系數對于臨時邊坡一級為 1.25、二級為 1.20、三級為 1.15 的要求，邊坡存在最危險滑裂面，最危險滑裂面進入民房基礎水平距離約為 1.52 m。

3.2 民房基礎底面應力應變分析

3.2.1 計算原則

根據民房與開挖基坑的位置關系，采用有限元軟件 midas GTS 對基坑開挖前后民房基礎底面應力、應變變化情況進行數值模擬，采用摩爾—庫侖準則進行土體計算。其表達式為：

式中：C為土的黏聚力；φ為土的內摩擦角；σn，τn分別為滑移面上的正應力與切應力。

3.2.2 計算結果

基坑開挖前民房基礎地面的應力分布云圖如圖 7 所示，在基礎所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點進行分析，所有點均承受壓應力，基礎底部應力曲線結果如圖 8 所示；基坑開挖后民房基礎地面的應力分布云圖如圖 9 所示，在基礎所在豎向截面間距為 1.0 m 取 10 個點進行分析，在基礎以下 0～0.75 m 范圍內承受拉應力，0.75 m 以下變為承受壓應力，基礎底部應力曲線結果如圖 10 所示。

圖7 開挖前應力云圖

圖8 開挖前基礎底部應力曲線（單位：kN/m2）

圖9 開挖后應力云圖

圖10 開挖后基礎底部應力曲線（單位：kN/m2）

從計算應力云圖分析，基坑開挖導致民房基礎底面應力發生變化，破壞了應力平衡。對基坑開挖后民房基礎底面的應力分布云圖整體進行分析發現，在基坑邊緣豎直方向距離基坑頂部 4.23 m 處，民房基礎應力擴散進入基坑范圍。

3.3 民房承載能力計算

根據現行 GB 50003－2011《砌體結構設計規范》和 GB 50011－2010《建筑抗震設計規范》的規定，采用中國建筑科學研究院開發的多高層建筑結構分析程序 PKPM 軟件（2010 版）對其主要結構構件進行抗震承載力、局部承壓和高厚比驗算。民房活荷載標準按照 GB 50009－2012《建筑結構荷載規范》進行取值。

3.3.1 結構驗算的基本參數（見表 3）

表3 承載力驗算參數

3.3.2 驗算結果

通過對民房墻體的抗震承載力進行驗算可以看出，該民房一層部分承重墻體抗震承載能力（主要指承重墻體抗力與效應之比）不滿足 GB 50011－2010《建筑抗震設計規范》要求，二層墻體抗震承載能力（主要指承重墻體抗力與效應之比）基本滿足規范要求；主房墻體構件高厚比均滿足 GB 50003－2011《砌體結構設計規范》的限值要求；主房承重墻體構件局部承壓均滿足GB 50003－2011《砌體結構設計規范》的限值要求。

4 民房安全性鑒定評級

4.1 地基基礎

根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》的規定，結合本次檢測結果，經綜合分析，該主房地基基礎不均勻沉降超出規范限值，故將其地基基礎安全性等級評定為 Cu級。

4.2 上部承重結構

4.2.1 砌體構件安全性

4.2.2 結構整體性

該民房主房為二層砌體結構，平面布置呈“口”形，總長度為 15.1 m，總寬度為 8.7 m，平、立面布置規則，圈梁、構造柱設置完善。根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》的規定，經綜合分析，該民房主房結構整體性等級評定為 Au級。

4.2.3 結構側向位移評級

根據該民房主房傾斜觀測結果，經綜合分析，按不適于繼續承載的側向位移評定該民房主房結構安全性等級為 Au級。

4.3 鑒定單元安全性綜合評級

將該民房的主房部分作為一個鑒定單元，結合地基基礎、上部承重結構的鑒定結果，根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》的規定評級如表 4 所示。

表4 民房主房結構安全性詳細評定列表

4.4 該民房附屬房屋

該民房附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重，結構布置不合理，存在薄弱環節，未形成完整的體系，構件連接構造不符合國家現行設計規范規定，一層部分磚柱頂部斷裂，裂縫寬度最大處達 25 mm，構件連接部分已失效，存在嚴重缺陷，局部已有松動變形。抗震性能較差，整體性差，經綜合分析，將該民房所屬附屬房屋作為一個鑒定單元，根據 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鑒定標準》的規定，其附屬房屋安全性評級為 Dsu級。

5 相鄰基坑開挖對民房影響原因分析

1）該民房屋地基處理深度為 600 mm，地基處理標準偏低；基礎埋深約為 500 mm，小于場地最大凍深為 980 mm；主房平立面規則，圈梁、構造柱設置完善，結構整體性較好；附屬房屋采用磚柱與磚墻共同承重，圈梁和構造柱設置不完善，房屋整體性及抗震性較差。且局部已有損傷，部分構件連接已失效。

2）開挖基坑邊緣距民房水平最小距離約為3.88 m，基坑底面距民房垂直最大距離約為 4.85 m，根據 GB 50007－2011《建筑地基基礎設計規范》第 9.2.6 條“基坑圍護墻后地表沉降的主要影響區域為 2 倍基坑開挖深度”，因此該民房位于主要影響區內。

3）民房臨近基坑開挖后，基坑暴露在大氣環境中，其間基坑未采取任何支護措施，基坑邊緣距離民房較近，根據計算結果，基坑最不利滑動面進入民房基礎 1.52 m，民房所屬房屋基礎下部應力發生變化，應力擴散范圍進入了基坑。

6 結語

通過上述案例分析可知，對環境復雜的臨近建筑物的基坑工程要根據預計算結果及時進行支護，且暴露時間不宜過長，施工一定要做好過程監測，包括支護結構和對周邊環境的監測，并提出各項監測要求的報警值，同時應對基坑周圍相當 2 倍基坑開挖深度的范圍進行詳細調查，特別是這種城鄉結合地帶或新城區未經過正規勘察設計的民房周邊進行基坑開挖施工時，更要嚴格按照現行規范標準做好前期民房結構調查鑒定并及時與基坑開挖后期進行檢查鑒定比較，并做好基坑開挖過程中的監測，避免引起不必要的意外施工糾紛，以確保工程結構安全可靠和建設項目順利進行。Q