试论深基坑开挖对邻近建筑物基础的影响

刘小林

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001）

试论深基坑开挖对邻近建筑物基础的影响

刘小林

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450001）

随着城市化进程的不断加速，大量人口涌进城市，造成城市人口密度过大、用地紧张，因而如何充分利用城市地下空间是今后城市开发的重点。地下空间工程的建设要开挖大量的深基坑，但城市中建筑物密集管线繁多难免会对临近建筑物的稳定产生影响，使得深基坑开挖施工难度大。做好深基坑支护设计，采取必要措施减少深基坑开挖对临近建筑物基础的影响，降低事故发生具有重要的意义。本文以武汉港西二期泵站及雨污水管道工程荆州街段箱涵工程为例，叙述深基坑开挖工程对临近建筑物的损害形式、并对这些损害进行风险评估，提出降低深基坑开挖对邻近建筑物基础影响的有效防范措施。

深基坑 基坑开挖 浅基础 损害形式 防范措施

改革开放以来我国经济迅速发展，城市化进程不断加快，在人们享受到城市生活水平的方便快捷的同时也暴露出了城市的弊病。城市土地供求关系紧张，城市有限的建设用地大量被城市道路，住宅等消耗，给排水、供电等其它基础设施建设用地愈加紧张，地下空间就成了其建设的必选空间。城市中建筑物密集，深基坑开挖会对周边土体产生扰动，容易产生建筑物基础不均匀沉降，地表倾斜，增加地基应力，给基坑施工带来了很大的风险。所以，深基坑施工过程中，不仅要关注基坑本身的安全，还要重点关注深基坑施工是否会对对周边既有建筑物的影响。

1 基坑开挖对邻近建筑物损害形式

1.1 地表均匀沉降破坏

深基坑开挖扰动周边土体使之产生均匀沉降，土体均匀沉降会使整个建筑物整体下沉。均匀沉降一般不会对建筑物的结构安全产生太大的影响，但是，若沉降过大时也会有一定的影响，例如，当下沉量较大且地下水位埋深较浅时，地表下沉就会造成地面积水从而影响建筑物的正常使用，并且影响结构强度。

1.2 地表倾斜损害

当原有地层不均匀时，在新建建筑物完成后会导致地层倾斜，从而改变了地面的原始坡度，虽然建筑物本身不会受到损害，但当邻近有其它深基坑开挖时往往会对周围土体产生扰动，就会导致土体内力重新分配甚至土体滑动。特别是对于基础底面积较小的高耸建筑物，在地基不均匀沉降时会使建筑物的重心发生偏移，导致建筑物结构内应力发生变化，沉降过大时会引起结构破坏如出现裂缝甚至倒塌等。

1.3 地表曲率损害

图1 钢板桩的入土深度计算

地表曲率损害是一种常见的开挖引起的损害形式，与地基本身的物理力学性质和开挖引起的变形形式有关。深基坑开挖对邻近建筑物的地表曲率损害是叠加了邻近建筑物的自重引起的弯曲损害，与因地基不良而发生的建筑物损害相比是不同的。当地表发生弯曲变形时，建筑物将有部分基础产生悬空现象，荷载由其余部分承担，从而使地基应力变大。

2 基坑开挖对建筑物破坏风险评估

基坑开挖引起的邻近地层的移动是引起建筑物变形破坏的主要原因。基坑开挖会导致地层在竖直与水平两个方向上同时移动，可以使用角变量、裂缝宽度等变形参数来描述建筑物损伤程度，进行建筑破坏风险评估。

2.1 建筑结构角变量与水平应变的关系

建筑物垂直方向的容许沉降量受基坑开挖引起的土体侧向变形影响。从研究得出建筑结构角变量与水平应变的关系为：建筑物的角变量大水平应变不大时，建筑物损坏程度并不一定大；相反，当角变量较小而水平应变较大时，建筑物的损坏也有可能会大。

2.2 建筑结构裂缝与临界应变的关系

裂缝是建筑物中常见的破坏形式，也最能直观的体现建筑物的破坏程度，因此，用建筑物产生的裂缝宽度来评价建筑物破坏等级更直观易懂。可以把建筑物产生的应变与临界应变做比较，来确定建筑物的损坏程度。不同结构形式的临界应变值砖混结构为0.02%，框架结构为0.05%。

3 基坑开挖对邻近建筑物基础沉降的防范措施

3.1 从基坑开挖过程本身采取措施减小基坑变形

邻近建筑物的不均匀沉降的原因是深基坑的开挖，把握好整个深基坑工程施工的全过程才是解决问题的根本。施工中要做好基坑支护、降低地下水、结构施工以及覆土回填的每一个步骤，通过减小基坑的变形、扰动是减小对邻近建筑物的影响最有效的方法。以武汉港西二期泵站及雨污水管道工程荆州街雨水箱涵工程为例，根据岩土工程勘察报告分析，本工程可以采用钢板桩支护方式保证基坑安全。

图2 板桩最大弯矩计算

钢板桩的入土深度计算图1所示。按双撑浅埋板计算，假定上端为简支，下端为自由支承，相当于单跨简支梁，作用在桩后为主动土压力，作用在桩前为被动土压力。

φ—土的内摩擦角 °=24φ ；

H—基坑开挖深度；考虑到基坑开挖深度多处于5m～6m之间，且封底混凝土厚度为0.5m，故开挖深度取较大值，取H=7.3m。取每延米板桩墙宽为研究对象，为使钢板桩保持稳定，在A点的力矩应等于零，即∑MA=0；在D点的力矩应等于零，即∑MD=0；在水平方向上合理为零，即∑Fx=0；即：

故选择12m拉森钢板桩作为围护是合理的。

（2）钢板桩抗弯验算。取每延米板桩墙宽为研究对象，

板桩最大弯矩计算简图如图2：

g——剪力为零的点，此点处板桩弯矩最大；l——g点到地面距离；h——两层围檩之间的间距，1m；Eg——g点以上土层的主动土压力；g点为剪力为零的点，此点处的弯矩即为板桩最大弯矩，即：

得l=5.21m

拉森IV型钢板桩每米墙宽截面模数 W=2270000mm3，

板桩抗弯强度：σ= Mmax/W=278.05×106/2270000=122.49MPa＜［σ］=205 MPa

故选择拉森IV型钢板桩满足抗弯要求。

3.2 从基坑变形的传播途径上采取措施减小对周边环境的影响

基坑变形引起的土层移动会通过坑外土体与地下水传播至周围建筑物，使周围建筑物地基的土体发生变形与地下水位变化从而影响建筑物的结构稳定。要减小变形传播产生的影响就要切断其传播途径，以切断或减小基坑与坑外土体的联系，隔断法是最常用的方法。隔断法是采用将隔断墙、隔水墙、微型桩打设进基础与基坑之间的土体中，插入至可能的基坑滑动面以下抑制地层的滑动，从而减小对周边环境的影响。

3.3 从提高基坑周边环境的抵抗变形能力方面采取措施

必要时也可以采用对周边建筑物进行加固提高其抵抗能力，以减少地基变形对其产生的损坏程度，在基坑开挖前就要对建筑物进行加固或制定好加固方案。常用的加固方式有：注浆加固，对基础底部土体注入泥浆，补强土体刚度，来减小因土体刚度不足引起建筑物过大的沉降；基础托换，在基础底部加设树根桩或者静压锚定杆的方式，将上部荷载传递至土质较好的地层，减小建筑物的不均匀沉降；跟踪注浆，跟踪注浆适用于基坑开挖过程中建筑物沉降倾斜过大的补救措施，控制注浆压力与注浆量。

4 结语

深基坑开挖会对邻近建筑物造成地表均匀沉降、使地表倾斜、地表曲率变形，因而应引起人们的足够重视，并且会随着基坑的开挖深度的加大其影响也越来越大。深基坑施工前要做好详细施工准备，明确周边环境，制定详细的基坑沉降防范措施。施工过程中要做好跟踪观测，做好防护措施，控制开挖速度。在快速城市化的今天真正做到安全、高效、科学的基础设施建设。

［1］丁勇春.软土地区深基坑施工引起的变形及控制研究［D］.上海交通大学，2009.

［2］刘俊岩.深基坑工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

［3］候学渊，刘国彬.城市基坑工程发展的几点看法［J］施工技术，2000 （1）：57.

［4］陈忠汉，程丽萍.深基坑工程［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.