施工基坑周邊居民樓受施工影響預分析研究與應用

李勇生（上海市建筑科學研究院有限公司，上海 200032）

上海某小我 23～25# 和 26～28# 兩幢居民樓建于 20 世紀90 年代初，兩幢房屋均為 6 F 住宅建筑，擬在房屋周邊建設軌道交通車站，進行深基坑開挖和隧道盾構施工。通過分析軟件計算施工導致的周邊房屋沉降變形值，結合多年來城市基礎設施周邊房屋在施工過程中實測沉降變形值結果對房屋沉降變形計算值進行校核，預估相對準確的沉降變形值。根據已有的科研成果，預分析評估房屋在短時間內被迫產生的較大沉降變形作用下結構安全性受到的影響程度，針對房屋和施工提出預先處理建議。

1 居民樓和基坑狀況簡介

1.1 居民樓基本狀況

23～25# 和 26～28# 兩幢居民樓均為磚混結構，房屋承重墻體采用燒結標準磚和混合砂漿實砌，有圈梁、無構造柱；房屋樓面、屋面一般采用 120 mm 厚預應力多孔板，陽臺、衛生間和廚房位置采用鋼筋混凝土現澆板，陽臺采用懸挑板式陽臺。房屋采用墻下混凝土條形基礎和天然地基，基礎埋深 1.6 m；條形基礎底面寬一般為 2.6 m 和 2.9 m。

根據現場調查，兩幢居民樓的墻體窗角裂縫、預制板拼接縫、瓷磚開裂、墻面粉刷龜裂和滲水發霉、墻面和板底涂料起殼脫落、陽臺封墻與主體承重墻間有接縫、門框與墻接縫脫開等損傷較普遍，個別正在裝修的房屋圈梁開洞；少數陽臺窗開啟不靈和窗變形，部分南側陽臺板整體向南傾。

根據現場測量，23 ～25# 房屋平均向北傾斜率為2.42‰，平均向東傾斜為 4.70‰；26～28# 房屋平均向北傾斜率為 3.16‰，平均向東傾斜為 2.02‰。從總體情況來看，兩幢居民樓整體向東和向北傾斜，部分角點傾斜率較大。

兩幢居民樓存在的主要問題是房屋建造年代較久、結構整體性較差，老化損傷較普遍，兩幢居民樓有一定的不均勻沉降、挑板式陽臺明顯向下變形。

因之前兩幢居民樓周邊河道橋梁打樁施工以及房屋周邊使用環境變差等因素，房屋中的居民對周邊軌道交通施工有一定的抵觸情緒。

1.2 基坑設計狀況及房屋與基坑位置關系

根據基坑設計資料，擬建的車站基坑安全等級為一級，環境保護等級定為一級；車站南北兩端均為端頭井，車站全長 208 m，標準段凈寬 19.85 m。車站標準段基坑深度約 16.74 m，圍護結構選用 800 mm厚地下連續墻，墻長30.5 m，沿基坑深度方向設置五道支撐；端頭井基坑深度約18.74～19.5 m，選用 800 mm 厚地下連續墻，墻深 32 m，沿基坑深度方向設置五道支撐。為減少標準段和端頭井基坑開挖階段圍護結構的位移，提高車站底板所處地層的土抗力，坑底下 3 m 采用攪拌樁抽條加固。

擬建車站場地位于吳淞江古河道沉積我，屬于濱海平原地貌類型，地勢開闊平坦，地面高程 4.28～4.57 m，地基土類型為軟弱場地土。

車站東南側為 23～25# 房屋和 26～28# 房屋，兩幢居民樓長邊走向總體上和基坑平行，23～25# 房屋距車站基坑南端頭井外邊線最近距離約為 8.07 m、距北側 1 號出入口 19.77 m，26～28# 房屋距線路中心線最近距離約為 12.54 m、距車站基坑南端頭井外邊線最近距離約為 32.5 m，兩幢房屋和車站基坑位置關系見圖 1。

圖1 居民樓和周邊基坑總平面示意圖

2 沉降變形估算、預分析和建議

隨著城市化進程的加快，地下空間大規模開發利用，基坑變形引起的環境工程問題更加嚴重。基坑開挖（包括降水等）引起地表變形，而地表變形又會影響臨近房屋變形，特別是位于開挖影響我域內的淺基礎房屋，模擬估算周邊房屋變形情況，為后續房屋受影響預分析和提出處理建議提供參考。

2.1 建模驗算

采用專業軟件建立模型，土體模型長高尺寸為 162 m×80 m；房屋為 6 層的砌體結構，層高 2.8 m；地鐵車站基坑寬深尺寸為 22.1 m×16.74 m，詳見圖 2。

圖2 未開挖模型

居民樓基礎為混凝土條形基礎，房屋距離基坑邊 8.07 m，由于小我建筑不規則，按最不利情況考慮，三開間。模型底邊固定約束，頂面為自由邊界，其余邊界皆為法向約束。基坑開挖完成后示意如圖 3 所示。

圖3 基坑開挖完成后模型

驗算模型包括了土體、圍護結構、支撐體系、鄰近房屋及其基礎等結構構件。簡化模型各土層物理力學參數根據勘察報告參數取值，采用地下連續墻加五道支撐的圍護形式。

3.2 估算結果

（1）基坑開挖完成后土體垂直位移估算結果見圖 4，土體垂直位移在靠近居民樓一側下最大，最大垂直位移為－50.7 mm（下沉）；坑底土體在大底板澆筑前有局部回彈。

圖4 基坑開挖完成后土體垂直位移云圖

（2）基坑水平位移估算結果見圖 5，墻身水平位移沿地下連續墻呈上小、中大、底部幾乎不變形，最大水位位移為 55.8 mm（向基坑方向偏移）。

圖5 基坑開挖完成后水平位移云圖

（3）基坑周邊房屋垂直位移估算結果見圖 6，周邊房屋垂直位移均向下沉，最大垂直位移發生在基坑 0.5 H～1.0 H（H 為基坑深度）范圍內，建筑近端最大垂直位移為－50.7 mm（下沉），建筑遠端向下垂直位移為－42.0 mm（下沉）。

圖6 基坑開挖完成后建筑垂直位移云圖

（4）基坑周邊建筑水平位移估算結果見圖 7，總體上周邊建筑水平位移較小（其影響可忽略不計）。

圖7 基坑開挖完成后建筑水平位移云圖

3.3 房屋受影響程度預分析

根據估算結果，周邊建筑（選取 23～25#房屋）垂直位移均向下沉，最大垂直位移發生在基坑 0.5 H～1.0 H（H為基坑深度）范圍內，建筑近端最大向下垂直位移為50.7 mm，建筑遠端向下垂直位移為 42.0 mm。地下剪力墻最大水平側移為 55.8 mm。

根據 DG/TJ08—61—2010《基坑工程技術規范》和相關工程經驗，收集了上海地我多棟磚混結構受基坑開挖影響的資料，結果發現當房屋總沉降量為 40 mm 以上時，絕大部分房屋出現了不同程度的損壞。對于一般磚墻承重結構（房屋長高比＜10、有圈梁、天然地基＋條形基礎）差異沉降與房屋長度之比達 1/150（針對本檢測對象東西向傾斜率達6.67‰），分隔墻及承重墻將產生相當多的裂縫，可能發生結構破壞；車站基坑位于兩幢居民樓西側，兩幢居民樓均向東傾斜（23～25# 房屋向東平均傾斜率為 4.70‰），本次基坑開挖一般情況下不會大幅增加房屋傾斜率（差異沉降），兩幢房屋一般不會發生結構性破壞。

根據房屋沉降估算結果、技術規范和相關工程經驗，正常施工情況下車站基坑周邊房屋不會發生危及房屋結構安全性的破壞；但房屋沉降會導致墻體開裂或裂縫增大，尤其是門窗角部易開裂，樓屋面預制板易新增拼接縫，部分裂縫會導致屋面和外墻出現滲漏現象；房屋較大的沉降會使得房屋周邊環境尤其是底層使用環境（包括底層排水不暢等）進一步惡化并導致房屋周邊地下管線的變形及開裂等影響正常使用的不利狀況發生。

23～25# 房屋受雙向不均勻沉降影響，房屋一半處于車站基坑范圍、一半處于隧道盾構范圍，加上房屋北側可能受到 1 號出入口基坑施工影響；且房屋結構平面不規則，平面凹角較多；23～25# 房屋在不均勻沉降下容易出現墻體開裂等問題。

26～28# 房屋離車站基坑較遠，但房屋近端處于車站基坑施工影響范圍而遠端不在影響范圍內，不均勻沉降將對全部上部結構變形損傷產生影響，再考慮盾構施工對房屋的影響和結構平面不規則，26～28# 房屋也可能出現一些開裂損傷。

2.3 處理建議和實際效果

(1)在條件許可和大多數居民同意的情況下對兩幢房屋（尤其是23～25# 房屋）進行基坑開挖前的地基加固以保護房屋，建議采用錨桿靜壓樁進行基礎托換以避免基坑開挖引起房屋較大的沉降。

(2) 實際預加加施工中，兩幢居民樓增加底層外墻采用砂漿鋼絲網片加固措施，提高底層墻體的整體性。

(3) 根據施工監測結果，在車站基坑開挖期間兩幢居民樓沉降均在 30 mm 以內，房屋在施工期間未發現有引起結構安全的結構性損傷，一般性的損傷可控；居民在施工過程中反應相對平穩，可能由周邊施工引起的社會矛盾得到有效提前化解。

3 結 語

(1) 23～25# 房屋和 26～28# 房屋均為淺基礎、距離車站基坑較近且基坑開挖較深，房屋存在一定的結構缺陷，老化損傷普遍，房屋抵抗變性能力差；兩幢房屋可能會產生較大的沉降，尤其是 23～25# 房屋在基坑開挖深度 0.5 倍范圍內，其北側為出入口等不利因素。根據房屋沉降估算結果、技術規范和相關工程經驗，房屋較大的沉降會使得房屋產生相當多的裂縫、可能發生結構破壞，并且周邊環境會進一步惡化影響房屋的正常使用。建議在條件許可和大多數居民同意的情況下對兩幢房屋（尤其是 23～25# 房屋）進行基坑開挖前的地基預加固以保護房屋。

(2) 基坑開挖前了解基坑周邊房屋的重要性和結構狀況以及潛在的矛盾點，針對有重要歷史價值和結構狀態差的房屋，過大的變形甚至引起既有房屋傾斜受損，從而導致的經濟損失、社會影響非常巨大；建議針對房屋主動采用合理的預加固處理，在基坑施工前完成受影響房屋的地基基礎加固，在基坑施工過程中加強落實監護措施。

(3) 在預估沉降變形值和房屋受施工影響預分析方面，配合政府部門和業主單位立足預防、提前介入的目的，有效緩解日益突出的社會糾紛和矛盾，取得良好的經濟和社會效益。