某深基坑局部垮塌对周边建筑安全性影响分析

屈建民，谭 玮，刘方亮，张 杰

（湖南博联工程检测有限公司，湖南 常德 415000）

0 引言

20 世纪 80 年代以来我国城市建设迅猛发展，随着城市化进程的逐步推进，地下空间资源利用越来越受到重视，各类建筑物的地下部分所占空间越来越大，埋置深度越来越深，基坑工程向更大、更深、条件更加复杂的方向发展，带来了更多的基坑工程安全与周边环境保护问题［1］。基坑工程一旦出现事故，将会严重威胁人民生命财产安全，造成巨大的经济损失和社会影响，尤其是位于中心城区的大部分深基坑工程，基坑周边地面建（构）筑物较多，常存在历史保护建筑、重要的工业建筑或民用建筑，基坑周边建筑安全与基坑工程安全具有同等重要性。因而开展基坑周边建筑的安全性研究具有重要的现实意义。

近年来，工程界和学术界对基坑工程安全进行了大量研究［2］，对基坑周边建筑的安全关注相对较少。本文以某深基坑工程为例，通过现场调查和检测，结合地质勘察资料，从垮塌后基坑稳定性、周边建筑地基基础和上部结构安全性等方面，研究分析了该深基坑工程局部垮塌对周边高层和多层建筑安全性的不同影响，为处理基坑事故中周边建筑安全性问题提供了参考依据。

1 基坑概况

某深基坑位于湖南省某市区内，基坑开挖深度 6.5～10 m，总长度为 188.5 m，分为 AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI 共 8 段，其中 AB、BC 段基坑支护安全等级为二级，其余 6 段安全等级均为一级，基坑支护设计采用直径 1.0 m、长度 9～20 m 的人工挖孔灌注桩，桩间距 2.0 m，桩端嵌入持力层（中风化泥质灰岩）的深度≥1.5 m，且不小于基坑深度的 0.8 倍，桩间采用 80 mm 厚挂钢筋网喷射混凝土护面。基坑于 2020 年 4 月开挖，2020 年 6 月 29 日该市区突降暴雨，19 点 30 分，基坑西侧 CD、DE 段支护结构发生垮塌，垮塌区域长度约 66.00 m，造成约 33 根支护桩、冠梁、周边建筑围墙及临近室外停车坪垮塌。基坑垮塌现场如图 1 所示。

图1 基坑局部垮塌现场

2 现场情况调查

基坑西侧有一栋 12 层的办公楼和一栋 2 层的食堂，现场工作人员反映基坑垮塌时办公楼和食堂建筑的震感明显，为确定深基坑垮塌对周边建筑的现阶段结构安全性影响，本文对基坑周边建筑物结构情况、基坑垮塌前后与周边建筑的相对位置关系、基坑岩土工程勘察资料进行了调查。

2.1 基坑周边建筑物结构情况调查

2.1.1 办公楼结构基本情况

根据设计资料，该办公楼为 12 层框架剪力墙结构，建筑面积约 9 763.18 m2，建于 2016 年，基础为机械冲击成孔灌注桩，持力层为中风化灰岩，承载力特征值为 6 000 kPa，桩径分别为 1.0、1.2、1.5 m，单桩承载力特征值分别为 4 800、6 300、9 200 kN，桩端进入持力层≥0.5 m。办公楼建筑外观照片如图 2 所示。

图2 办公楼建筑外观

2.1.2 食堂结构基本情况

根据设计资料，该食堂原设计为 2 层框架结构，建筑面积约 761.12 m2，现已在原屋面板上搭建钢结构罩棚一层，使用功能为健身房，该食堂建于 2016 年，基础形式为柱下独立基础，地基承载力特征值为 150 kPa，基础采用 C25 混凝土，混凝土垫层采用 C15 素混凝土，基础埋深 -1.5 m。食堂建筑外观如图 3 所示。

图3 食堂建筑外观

2.2 基坑垮塌前与周边建筑的相对位置关系调查

基坑西侧与办公楼相邻段为 CD、DE 段，与食堂相邻段为 FG、GH 段；CD、DE 段基坑底设计标高为 204.40 m，与办公楼室外地坪高差约为 10 m，CD、DE 段支护桩边与办公楼最近水平距离约为 9.67 m；FG、GH 段坑底设计标高为 208.50 m，与食堂室外地坪高差约为 6.5 m，FG、GH 段支护桩边与食堂最近水平距离约为 13.67 m。基坑与周边建筑相对平面位置如图 4 所示，基坑与办公楼相对剖面关系（垮塌前）如图 5 所示，基坑与食堂相对剖面关系如图 6 所示。

图4 基坑与周边建筑相对平面位置示意图（单位：m）

图5 基坑与办公楼相对关系剖面图（垮塌前）（单位：m）

图6 基坑与食堂相对关系剖面图（单位：m）

2.3 基坑垮塌后与周边建筑的相对位置关系调查

基坑垮塌段为 CD、DE 段，垮塌后施工单位临时采取了堆载反压措施，反压后坡顶边线与办公楼水平距离约为 5 m，坡脚与办公楼水平距离约为 21.6 m；反压后基坑与办公楼相对位置剖面关系如图 7 所示。基坑与食堂相邻的 FG、GH 段未发生垮塌现象，FG、GH 段支护桩未破坏；垮塌后基坑与食堂相对剖面关系仍如图 6 所示。

图7 基坑与办公楼相对关系剖面图（反压处理后）（单位：m）

2.4 岩土工程勘察资料调查

根据岩土工程勘察报告，场地内地层自上而下可以分为：杂填土、可塑状红黏土、软塑状红黏土、强风化泥质灰岩、中风化泥质灰岩，各土层情况如下所述。

1）杂填土。杂色，松散～稍密，主要由黏性土、泥质灰岩碎块石堆填形成，局部夹少量建筑垃圾，碎块石含量约占 30 %，粒径 50～100 mm。该层主要分布在场地所在山坡下部较平坦地段，场地整体分布厚 0.50～0.60 m，平均厚 0.50 m。

2）可塑状红黏土。褐黄－褐红色，可塑状，中～高压缩性，土体结构为巨块状，具较多裂隙，残坡积成因。收缩后复浸水膨胀，不能恢复到原位，复浸水特性为Ⅱ类。该层在整个场区均有分布，整体分布厚 0.80～16.20 m，平均厚 7.30 m，层底标高 196.20～232.70 m。

3）软塑状红黏土。褐黄－红色，软塑状为主，局部为可塑状，中～高压缩性，土体结构为巨块状，具较多裂隙，由泥质灰岩风化残积形成。收缩后复浸水膨胀，不能恢复到原位，复浸水特性为 Ⅱ 类。该层仅在部分钻孔揭露，整体分布厚 0.60～4.30 m，平均厚 2.50 m，层底标高 193.06～206.47 m。

4）强风化泥质灰岩。褐黄色，主要矿物成分为方解石，岩体结构构造多已遭到破坏，层理不清，岩芯多呈碎块状，岩体破碎，岩体基本质量等级为 V 级。该层在大部分钻孔均有揭露，整体分布厚 0.70～5.30 m，平均厚 2.30 m，层底标高 190.41～232.03 m。

5）中风化泥质灰岩。深灰色，主要矿物成分为方解石，泥质结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，局部方解石脉充填，岩芯多呈柱状，少量块状，局部发育溶蚀裂隙，由软塑～流塑状黏性土全充填，岩石质量指标 RQD＜75，岩体较破碎，岩体基本质量等级为 IV 级。该层在场地内均有分布，场地内该层埋深 1.90～22.50 m，平均 10.60 m，标高 177.86～201.54 m，完整基岩面起伏大。

场地地下水类型主要为岩溶裂隙水，属潜水，一般不具承压性，岩溶裂隙水赋存于基岩浅部的岩溶裂隙中，稳定地下水埋深为 5.70～16.40 m，标高介于 196.26～206.67 m。

3 现场检测

为确定该基坑工程局部垮塌后，办公楼和食堂现阶段结构安全性的影响，本文在现场情况调查的基础上，对办公楼和食堂进行了裂缝检测、结构主体沉降和房屋倾斜观测，以确定房屋结构是否存在安全隐患。

3.1 裂缝检测

3.1.1 办公楼裂缝检测

该办公楼墙体裂缝主要为砌体填充墙裂缝，最大裂缝宽度为 4.56 mm；未发现框架梁、框架柱及梁柱节点有开裂现象。

3.1.2 食堂裂缝检测

该食堂裂缝均出现在砌体填充墙表面的粉刷层，最大裂缝宽度为 0.13 mm；未发现框架梁、框架柱及梁柱节点有开裂现象。

3.2 结构主体沉降观测

3.2.1 办公楼沉降观测

根据 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》［3］沉降观测点布设要求，办公楼主体沉降观测布设了 A1～A14 共 14 个观测点（见图 8），观测期从 2020 年 7月 6 日－ 2020 年 12 月 16 日，共观测 31 次。对观测数据进行统计分析发现：各观测点最大累计沉降为 0.52 mm（A8 测点），最小累计沉降为 0.09 mm（A3 测点），所有观测点平均沉降为 0.26 mm；各观测点最后 100 d 的最大沉降速率为 0.003 mm/d（A8 测点）。

图8 办公楼沉降观测点示意图（单位：mm）

3.2.2 食堂沉降观测

食堂主体沉降观测布设了 B1～B8 共 8 个观测点（见图 9），观测期从 2020 年 7 月 29 日－ 2020 年 12月 09 日，共观测 23 次。对观测数据进行统计分析发现：各观测点最大累计沉降为 0.33 mm（B5 测点），最小累计沉降为 0.13 mm（B3 测点），所有观测点平均沉降为 0.22 mm；各观测点最后 100 d 的最大沉降速率为 0.003 mm/d（B8 测点）。

图9 食堂沉降观测点示意图（单位：mm）

3.3 房屋倾斜观测

3.3.1 办公楼倾斜观测

根据 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》，对办公楼靠近基坑的一侧布设了 C1～C6 共 6 个观测点（见图 10）进行倾斜观测，观测期为 2020 年 7 月 6 日－2020 年 12 月 16 日，共观测 6 次。对观测数据进行统计分析发现：各观测点最大顶点位移值（C3 测点）为 7.2 mm，最小顶点位移值（C6 测点）为 0.9 mm，6 次观测中各测点顶点位移值无明显变化。各测点顶点位移方向如图 10 中箭头所示。

图10 办公楼倾斜观测点平面布置图（单位：mm）

3.3.2 食堂倾斜观测

食堂布设了 D 1～D 6 共 6 个倾斜观测点（见图 11），观测期从 2020 年 7 月 29 日－ 2020 年 12 月 9 日，共观测 6 次。对观测数据进行统计分析发现：各观测点最大顶点位移值（D5 测点）为 35.1 mm，最小顶点位移值（D4 测点）为 5.1 mm，6 次观测中各测点顶点位移值无明显变化。各测点顶点位移方向如图 11 中箭头所示。

图11 食堂倾斜观测点平面布置图（单位：mm）

4 结构安全性影响分析

4.1 垮塌段（CD、DE 段）边坡稳定性分析

根据现场调查及检测，垮塌后 CD、DE 段坡顶边线与办公楼最小水平距离约为 5 m，反压后坡脚与办公楼水平距离约为 21.6 m，坑底与办公楼室外地坪高差约为 10 m，由此可算得现阶段边坡坡率为 1∶1.66；现场调查可知，边坡原状土为可塑红黏土，反压材料为中风化岩块与黏性土体。根据 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》第 6.3.11 条、6.7.2 条，土质边坡稳定坡率允许值在 1∶2.00～1∶1.50，结合地质勘察资料及现场基坑反压情况，初步判断垮塌段（CD、DE 段）边坡现阶段基本稳定。

4.2 办公楼现阶段结构安全性影响分析

4.2.1 办公楼地基基础安全性影响分析

根据原设计图纸可知，办公楼采用机械冲孔灌注桩基础，以中风化灰岩为持力层，桩端入岩 0.5 m，桩端深度大于基坑深度；根据前文分析可知，基坑垮塌段（CD、DE 段）边坡现阶段基本稳定，办公楼基桩周围土体尚未明显扰动与破坏；由现场检测与调查可知，办公楼上部结构尚未发现因地基不均匀沉降引起的反应，在观测期间办公楼沉降、倾斜观测值均无明显变化，最后 100 d 的最大沉降速率小于 JGJ 8－2016《建筑变形测量规范》第 7.1.5 条规定的 0.01～0.04 mm/d 要求，可认为现阶段结构处于稳定状态。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 7.2.3 条、第 H.0.6 条，可判断现阶段基坑垮塌（CD、DE 段）对办公楼地基基础安全性无显著影响。

4.2.2 办公楼上部结构安全性影响分析

根据现场检测结果可知，办公楼为混凝土框架剪力墙结构，未发现上部结构各承重构件存在缺陷，现阶段裂缝仅在填充墙（非承重构件）出现，且最大裂缝宽度 4.56 mm，小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 5.4.6 条对承重墙体裂缝限值 5 mm 的要求；根据倾斜观测结果，各测点顶点位移值在观测期内无明显变化，顶点最大位移值为 7.2 mm（各测点位移值包含外墙砌筑垂直度偏差及装修层施工误差），小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》表 7.3.10 所规定的结构不适于承载的限值 H/250=18 179 mm/300=60.6 mm。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 7.3 节，可判断该基坑工程局部垮塌对办公楼现阶段上部结构安全性无显著影响。

4.3 食堂现阶段结构安全性影响分析

4.3.1 食堂地基基础安全性影响分析

根据基坑与周边建筑相对平面位置示意图（见图 4）及本文 2.3 节可知，基坑与食堂相邻的 FG、GH 段未发生垮塌现象；根据基坑与食堂相对关系剖面图（见图 6）可知，食堂临近基坑的独立基础与基坑最小距离约为 B=12 m，独立基础底面与基坑底标高的高差约为 H=5.5 m，依据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》附录 H 第 H.0.1 条，B/H=2.18＞1，本工程为Ⅰ类影响区；根据设计资料和岩土工程勘察报告，FG、GH 段基坑底标高为 208.50 m，基坑深度范围内为可塑状红黏土（层底标高 196.20～232.70 m），基坑深度范围内无地下水（地下水位标高 196.26～206.67 m）。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 H.0.3 条，结构安全性可不考虑邻近地下工程施工的影响。

4.3.2 食堂上部结构安全性影响分析

根据现场检测结果可知，食堂为混凝土框架结构，未发现上部结构各承重构件存在缺陷，现阶段裂缝均出现在填充墙表面的粉刷层，裂缝的最大宽度为 0.13 mm，且小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 5.4.6 条对承重墙体的裂缝限值 5 mm 的要求；根据倾斜观测结果，各测点顶点位移值在观测期内无明显变化，顶点最大位移值为 35.1 mm（各测点位移值包含外墙砌筑垂直度偏差及装修层施工误差），小于 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》表 7.3.10 所规定的结构不适于承载的限值 H/200=7 310 mm/200=36.55 mm。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》第 7.3 节，可判断该基坑工程局部垮塌对食堂现阶段上部结构安全性无显著影响。

5 结论及建议

5.1 结论

根据现场调查、检测及初步鉴定分析，该基坑垮塌段（CD、DE 段）经反压处理后现阶段基本稳定，基坑局部垮塌对办公楼和食堂现阶段结构安全性无显著影响，可观察使用。

5.2 处理建议

1）应做好临时加固支护结构、临时排水、封面处理、坡顶主动区卸载等应急处理措施，任何情况下不应在坡脚及破面上积水。

2）对于基坑垮塌部位，建议在原支护桩迎土面采用钢板桩加固，钢板桩顶距基坑底垂直距离≥ 5 m，嵌固深度应满足支护设计规范要求。

3）在基坑处理及后续施工过程中，基坑周边严禁堆载，并按国家规范要求做好基坑监测。基坑回填前，应持续对周边建筑的裂缝、沉降、倾斜进行监测，如有异常应立即采取措施处理。

6 结语

本文以某深基坑工程为例，通过现场调查和检测，结合地质勘察资料，从垮塌后基坑稳定性、周边建筑地基基础和上部结构安全性等方面，分别分析了该深基坑工程局部垮塌对周边高层办公楼和多层食堂建筑安全性的影响，为基坑事故中周边建筑安全性问题的快速处理提供了参考依据。Q