深浅坑基坑工程施工对紧邻建筑的影响分析

谢芝蕾

上海松江方松建设投资有限公司

正文：

一、深浅坑基坑工程概况

上海国乐广场扩建商办项目位于上海市松江区茸平路南侧、茸兴路东侧、茸树路西侧。项目用地面积25165m2，总建筑面积70350m2，项目西区为2栋5层及12层商业办公楼组成，地下设两层地库；东区由7栋二层商业建筑组成，地下设一层地库。基坑总面积达14376m2，其中西区基坑面积4834m2，基坑开挖深度9.6m；东区基坑面积9542m2，基坑开挖深度6.85m。

东区基坑北侧为已建的一期高层商办用房，基础形式为桩基础，建筑物距离基坑开挖边线最近约6.4m。西区基坑北侧为上海大众特约维修站，基础形式为浅基础，建筑物距离基坑开挖边线最近约12.6m。

图1 基坑环境及分区平面图

根据勘察报告，该场地为典型的软土地质，基坑挖深范围内有②层灰黄色粉质黏土、③1层灰色淤泥质粉质黏土、③3层灰色淤泥质粘土。③1层、③3层为淤泥质粉质黏土，土质软弱呈流速状态。场地内地下水主要有浅部黏性土层的潜水、⑤2层微承压含水层以及⑦1层承压含水层。经验算，微承压水和承压水对本工程基底不产生突涌的风险。

二、基坑围护结构的设计

综合考虑基坑的规模、周边环境、施工便利、工程进度等多方面因素，基坑围护体系采用板式支护结合内支撑的形式。西区基坑围护结构采用Φ800mm@1000mm L=21.0m 钻孔灌注桩+二道混凝土内支撑，东区基坑围护结构采用Φ700mm@900mm L=14.0m钻孔灌注桩+一道混凝土圆环支撑。西区止水帷幕采用单排Φ850mm@600mm L=16.0m三轴水泥土搅拌桩；东区止水帷幕采用双排Φ700mm@500mm L=16.0m双轴水泥土搅拌桩。分隔桩采用Φ800mm@1000mm L=21.0m钻孔灌注桩，双侧设置Φ850mm@600mm L=16.0m三轴水泥土搅拌桩止水。基坑围护剖面图见图2、图3。

图2 西区基坑围护结构剖面图

图3 东区基坑围护结构剖面图

三、基坑施工顺序

针对工程的实际进度安排，本基坑工程采取“先深后浅”的施工顺序。总体施工顺序为：施工围护桩、止水桩→整体浇筑东、西两区第一道支撑→开挖西区→浇筑西区第二道支撑→开挖西区→浇筑西区大底板、换撑带→拆除西区第二道支撑→施工西区地下一层结构、换撑带→拆除西区第一道支撑→施工西区顶板→开挖东区→浇筑大底板、换撑带→拆除东区支撑→施工东区地下一层结构→破除分隔墙→东西区地下结构相连→施工出±000。

四、基坑监测分析

在基坑工程实施过程中采取了全过程、系统的监测工作，重点观测基坑施工过程中周边环境的变形情况。周边建筑物的监测时间从2017年5月26日至2019年1月19日，在建筑物监测点F1～F26中选取了10个典型的监测点进行分析，监测点位置分布见图4。

图4 周边建筑物监测点位置分布

土方开挖以及支撑的拆除过程是基坑外土体应力释放的主要阶段，选取深浅坑施工过程中六个开挖及拆撑的施工工况，对周边建筑物的沉降情况进行分析：

工况一：西区开挖第一皮土；

工况二：西区开挖第二皮土；

工况三：西区拆除第二道支撑；

工况四：西区拆除第一道支撑；

工况五：东区开挖第一皮土；

工况六：东区拆除支撑。

实测数据见图5，数据表明：1）在基坑施工过程中，建筑物距离基坑最近的位置产生的沉降最大。2）高层建筑物平行于基坑边线方向，建筑物中部的沉降值大于两侧的沉降值。3）位于深基坑附近的建筑物沉降受浅基坑施工影响较小。4）位于浅基坑附近的建筑物变形均受到深基坑与浅基坑施工的影响，沉降值在整个施工阶段不断累计增大。

图5 各监测点在不同工况下的累计沉降值

五、有限元软件分析

为了合理地描述深浅坑施工全过程对周边建筑物的影响，本文采用MIDAS/GTS有限元分析软件对基坑先深后浅施工进行模拟。MIDAS/GTS是Midas公司开发的专门求解岩土力学问题的大型三维有限元程序，通过建立土体与围护结构、支撑体系的相互作用来模拟基坑的施工工况。为充分考虑基坑施工对周边环境的影响，三维计算模型的尺寸取：370m×470m×40m。基坑开挖在施工过程中遵循“随挖随撑”的原则。

基坑三维模型包括土体、基坑支护结构以及周边建筑物。基坑支护结构由钻孔灌注桩、立柱以及混凝土支撑组成，模拟时均采用梁单元。土体采用Mohr-Coulomb本构模型，土体参数见表1。

表1 土体参数

通过建立三维计算模型对深浅坑基坑施工进行模拟，在周边建筑物上选择10个监测点（与实际监测点位置一致）。

图6 计算模型

深浅坑施工导致周边建筑物的最终沉降情况见图7所示。各监测点在各工况下的沉降情况见图8。

图7 建筑物最终沉降变形云图

图8 数值模拟各监测点在不同工况下的累计沉降值

六、结语

紧邻建筑物的深浅基坑施工，对周边环境的影响是复杂的，本文利用MIDAS/GTS有限元分析软件进行3D建模，选取与实际监测点一致的位置进行数值模拟，得到在典型工况下的建筑物沉降数据。有限元数值模拟得到的建筑物沉降值较实际监测值偏大，但是通过数值模拟充分验证了基坑施工对周边建筑的影响，建筑物距离基坑最近的位置产生的沉降最大；位于深基坑附近的建筑物沉降受浅基坑施工影响较小；位于浅基坑附近的建筑物变形均受到深基坑与浅基坑施工的影响，沉降值在整个施工阶段不断累计增大。本文借助对该工程的实测数据与数值分析，浅析深浅坑施工对周边建筑的影响，为后续类似工程的设计和施工提供成功的经验。