某民房结构安全性评定及相邻基坑开挖对其影响之分析

牛彦俊，牛昌林，刘新文，王海明，贾 琦

（甘肃建投科技研发有限公司，甘肃 兰州 730050）

0 引言

随着国家城镇化建设的不断推进，新城区的建筑密度越来越大，许多拟建建筑物周边老旧砌体结构房屋林立，地下管网纵横交错，地下地上环境均较为复杂，在此类环境中面临基坑开挖的新建建筑，往往容易忽视基坑开挖前后对临近建筑物进行必要的结构安全性评定和比较，以及论证评价基坑开挖对周边临近建筑的影响程度。为了对工程建设的顺利进行提供必要的论证基础，本文通过西北某新城区建设中的一个类似案例，因未考虑上述建设流程，在基坑开挖后，出现对未经过正式勘察设计的浅埋基础民房有了不同程度的影响，甚至导致此民房产生相应的损伤，影响其结构的安全使用，并阻碍新建项目的正常进行，又引起了不必要的司法纠纷。那么妥善处理类似项目建设前与建设过程中与此相关的各方面问题，就显得尤为重要。本文通过对基坑开挖后临近浅埋基础的民房进行详细调查检测以及结构安全性评定，从理论计算上分析了相邻某基坑开挖后，长时间暴露在大气环境中，未及时进行支护对该民房的结构安全是否存在相应影响，明确了责任影响范围，供类似工程参考以引起对复杂环境中基坑开挖建设流程和支护重要性的认识。

1 工程概况

某民房位于西北某市新城区，为新农村整村搬迁项目，由主房和附属房屋相依而建，主房建于 2009 年，附属房屋建于 2011 年，均为二层砌体结构，建筑平面及主附房位置（虚线内为主房）如图 1～2 所示，建筑总长度为 18.2 m，总宽度为 12.3 m，建筑物总高度为 6.75 m，建筑面积约 430 m2。主附房基础采用砖砌条形基础，设地圈梁，主房 1～2 层层高均为 3.0 m，楼、屋盖为钢筋混凝土现浇板；附属房屋 1～2 层层高均为 3.0 m，楼、屋盖为钢筋混凝土预制楼板。

图1 民房一层平面布置图（单位：mm）

根据 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》［1］，该新城区建筑工程抗震设防烈度为 7 度，设计基本地震加速度值为 0.15g，所属的设计地震分组为第三组。

现场调查看出，该民房与待建的某单位综合业务用房（为六层框架结构）临近，民房与该综合业务同房，施工开挖基坑位置关系如图 3 所示，该综合业务用房于 2013 年 11 月 20 日-11 月 30 日实施基坑开挖后，民房部分墙体出现不同程度的裂缝，且裂缝宽度还有继续扩展的趋势。

图2 民房二层平面布置图（单位：mm）

图3 民房与临近开挖基坑位置关系剖面图（单位：mm）

2 现场调查、检测

2.1 基础检查

为查清民房基础现状，在主房 1×C～D 轴线墙体处开挖探井 TJ1，开挖深度为基础底面下 1.5 m。对T J1 进行检查：房屋基础采用砖砌条形基础，剖面如图 4 所示，设置有地圈梁，基础宽度 730 mm，高度为 490 mm，地圈梁宽 370 mm，高 240 mm，基础底面下设置 600 mm厚灰土层，灰土下为素土。

图4 民房墙下基础剖面图（单位：mm）

2.2 相对沉降倾斜观测

通过对该民房进行相对沉降观测，该房屋地基相对沉降量在 0～15 mm，基础局部倾斜率在 0.36 ‰～2.56 ‰，基础局部倾斜率超出 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》［2］第 5.3.4 条中关于“中、低压缩性地基土砌体承重结构基础的局部倾斜≤2 ‰”的要求。地基基础沉降趋势较明显。

2.3 上部承重结构

2.3.1 房屋结构体系调查

现场调查发现主房为二层砌体结构，承重墙体采用水泥砂浆和普通黏土砖砌筑，平面布置呈“口”字形，设置圈梁、构造柱；楼、屋盖采用现浇钢筋混凝土楼板，基础采用砖砌条形基础。附属房屋为二层砌体结构，墙体采用水泥砂浆和普通黏土砖砌筑，采用砖柱与砖墙共同承重，楼、屋盖修建时采用当地预制厂生产的钢筋混凝土预制空心楼板，基础形式为砖柱下独立基础和承重砌体墙下的条形基础，未设置地梁。

2.3.2 主要墙体侧向位移观测

采用经纬仪对该房屋 1×A、1×G 轴线外墙顶点位移进行了观测，其房屋顶点位移在 6～25 mm，整体倾斜率在 0.89 ‰～3.70 ‰，倾斜率基本满足 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》中第 5.3.4 条关于“多层和高层建筑的整体倾斜≤4 ‰”的要求。

2.3.3 砌体砂浆和砖强度检测

根据 GB/T 50315－2011《砌体工程现场检测技术标准》［3］的规定，在该主房与附房一、二层纵横轴线墙体处随机抽取 6 片承重墙，每片墙上布置 5 个测区，采用回弹法对砂浆和砖强度进行检测，可以看出砂浆测区强度平均值为 0.7～1.5 MPa；墙体砖抗压强度平均值为 10.14 MPa，在进行砂浆强度检测的测区内随机选取3 处灰缝进行砂浆碳化深度测量，碳化深度均＞3 mm。

2.3.4 结构整体性检查

该主房结构整体性较好，房屋高度、层高、房屋层数、楼板形式、房屋实际高宽比、抗震横墙最大间距、楼梯间位置、承重窗间墙最小宽度等基本构造满足规范要求，构造柱及圈梁设置亦满足规范要求；该附属房屋整体性较差，为 2 层砌体结构，1～2 层层高均为 3.0 m，内、外墙厚度均为 240 mm，楼、屋盖采用钢筋混凝土预制空心板，采用砖柱、砖墙及钢筋混凝土梁共同支撑上部结构，未形成有效整体结构。

2.3.5 裂缝情况调查检测

从宏观情况看，民房墙体裂缝主要出现在主房与附属房屋的交接处，以及 2 层局部圈梁与墙体交接处。从墙体裂缝的出现位置看，主房与附属房屋 6 轴线交接处整体脱开；附属房屋与相邻住户房屋 7 轴线交接处墙体整体脱开；2 层E×3～6 圈梁与墙体交接处、6×B～C 梁及墙交接处开裂；部分门窗洞口出现裂缝（裂缝分布见图 5）；所有裂缝形式表现特点：6 轴线与 7 轴线裂缝呈竖向分布，2 层 E×3～6 圈梁与墙体交接处、6×B～C 梁及墙交接处裂缝呈水平分布；裂缝深度和宽度：6 轴线与 7 轴线裂缝宽度为 20～35 mm，E×3～6 轴线圈梁与墙体交接处裂缝宽度为 0.1～0.5 mm，裂缝最大达 3.0 mm；另附属房屋地面开裂，1 层 A×7，B×7 轴线砖柱顶部呈斜向断裂，裂缝宽度达 25 mm。

图5 墙体裂缝图

2.4 临近开挖基坑调查

2.4.1 场地地质资料情况

整体场地地形地貌单元属河西岸Ⅱ级阶地后缘及山前坡积叠加地带，地基土类型为中软场地土。场地内地层主要由①湿陷性黄土状粉土②非湿陷性黄土状粉土构成，场地地层稳定。该场地为 Ⅳ 级自重湿陷性场地，最大湿陷深度 17.0 m，场地类别为 Ⅱ 类，地基土具有微腐蚀性，最大冻土深 98 cm。

2.4.2 基坑调查

民房相邻单位的综合业务用房于 2013 年 11 月20 日-11 月 30 日实施基坑开挖，2014 年 9 月 23 日基坑回填，基坑暴露时间达 300 d，其间未采取任何基坑支护措施。雨水、污水等对基坑均有侵蚀，基坑与西南侧民房最小水平距离 3.88 m，基坑开挖深度为 2.80 m，基坑底面与民房的相对高差为 4.61～4.85 m。

3 计算分析

3.1 开挖基坑边坡稳定性计算

本次计算软件选用理正岩土 6.5，计算模型按现场实测数值建立。

3.1.1 坡面信息

按照计算程序要求，根据现场实际情况，坡面线段数为 4（见表 1），坡面线段数为从坡面线起点，往坡上数线段的个数，超载 1：距离 0.010（m），宽 12.300（m），荷载（29.17～29.17 kPa），方向 270.00（度）。

表1 坡面线段数

3.1.2 计算参数（见表 2）

表2 计算参数

3.1.3 计算条件

根据理正岩土圆弧稳定分析方法，计算理论为瑞典条分法；土条重切向分力与滑动方向反向时当下滑力对待；稳定计算目标按照自动搜索最危险滑裂面，条分法的土条宽度按照 1.000（m）输入，搜索时的圆心步长为 1.000（m），搜索时的半径步长按 0.500（m）考虑。

3.1.4 计算结果（见图 6）

图6 理正计算结果简图

3.1.5 最不利滑裂面的确定

从上述计算结果看，该基坑边坡最不利滑动面滑动圆心为（22.420，8.150）（单位：m），边坡最不利滑动面滑动半径为 8.148 m，边坡最不利滑动面滑动安全系数为 1.629，边坡稳定安全系数大于 GB 50330－2013《建筑边坡工程技术规范》［4］和 JGJ 120－2012《建筑基坑支护技术规程》［5］最小稳定安全系数对于临时边坡一级为 1.25、二级为 1.20、三级为 1.15 的要求，边坡存在最危险滑裂面，最危险滑裂面进入民房基础水平距离约为 1.52 m。

3.2 民房基础底面应力应变分析

3.2.1 计算原则

根据民房与开挖基坑的位置关系，采用有限元软件 midas GTS 对基坑开挖前后民房基础底面应力、应变变化情况进行数值模拟，采用摩尔—库仑准则进行土体计算。其表达式为：

式中：C为土的黏聚力；φ为土的内摩擦角；σn，τn分别为滑移面上的正应力与切应力。

3.2.2 计算结果

基坑开挖前民房基础地面的应力分布云图如图 7 所示，在基础所在竖向截面间距为 1.0 m 取 10 个点进行分析，所有点均承受压应力，基础底部应力曲线结果如图 8 所示；基坑开挖后民房基础地面的应力分布云图如图 9 所示，在基础所在竖向截面间距为 1.0 m 取 10 个点进行分析，在基础以下 0～0.75 m 范围内承受拉应力，0.75 m 以下变为承受压应力，基础底部应力曲线结果如图 10 所示。

图7 开挖前应力云图

图8 开挖前基础底部应力曲线（单位：kN/m2）

图9 开挖后应力云图

图10 开挖后基础底部应力曲线（单位：kN/m2）

从计算应力云图分析，基坑开挖导致民房基础底面应力发生变化，破坏了应力平衡。对基坑开挖后民房基础底面的应力分布云图整体进行分析发现，在基坑边缘竖直方向距离基坑顶部 4.23 m 处，民房基础应力扩散进入基坑范围。

3.3 民房承载能力计算

根据现行 GB 50003－2011《砌体结构设计规范》和 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》的规定，采用中国建筑科学研究院开发的多高层建筑结构分析程序 PKPM 软件（2010 版）对其主要结构构件进行抗震承载力、局部承压和高厚比验算。民房活荷载标准按照 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》进行取值。

3.3.1 结构验算的基本参数（见表 3）

表3 承载力验算参数

3.3.2 验算结果

通过对民房墙体的抗震承载力进行验算可以看出，该民房一层部分承重墙体抗震承载能力（主要指承重墙体抗力与效应之比）不满足 GB 50011－2010《建筑抗震设计规范》要求，二层墙体抗震承载能力（主要指承重墙体抗力与效应之比）基本满足规范要求；主房墙体构件高厚比均满足 GB 50003－2011《砌体结构设计规范》的限值要求；主房承重墙体构件局部承压均满足GB 50003－2011《砌体结构设计规范》的限值要求。

4 民房安全性鉴定评级

4.1 地基基础

根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》的规定，结合本次检测结果，经综合分析，该主房地基基础不均匀沉降超出规范限值，故将其地基基础安全性等级评定为 Cu级。

4.2 上部承重结构

4.2.1 砌体构件安全性

4.2.2 结构整体性

该民房主房为二层砌体结构，平面布置呈“口”形，总长度为 15.1 m，总宽度为 8.7 m，平、立面布置规则，圈梁、构造柱设置完善。根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》的规定，经综合分析，该民房主房结构整体性等级评定为 Au级。

4.2.3 结构侧向位移评级

根据该民房主房倾斜观测结果，经综合分析，按不适于继续承载的侧向位移评定该民房主房结构安全性等级为 Au级。

4.3 鉴定单元安全性综合评级

将该民房的主房部分作为一个鉴定单元，结合地基基础、上部承重结构的鉴定结果，根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》的规定评级如表 4 所示。

表4 民房主房结构安全性详细评定列表

4.4 该民房附属房屋

该民房附属房屋采用砖柱与砖墙共同承重，结构布置不合理，存在薄弱环节，未形成完整的体系，构件连接构造不符合国家现行设计规范规定，一层部分砖柱顶部断裂，裂缝宽度最大处达 25 mm，构件连接部分已失效，存在严重缺陷，局部已有松动变形。抗震性能较差，整体性差，经综合分析，将该民房所属附属房屋作为一个鉴定单元，根据 GB 50292－2015《民用建筑可靠性鉴定标准》的规定，其附属房屋安全性评级为 Dsu级。

5 相邻基坑开挖对民房影响原因分析

1）该民房屋地基处理深度为 600 mm，地基处理标准偏低；基础埋深约为 500 mm，小于场地最大冻深为 980 mm；主房平立面规则，圈梁、构造柱设置完善，结构整体性较好；附属房屋采用砖柱与砖墙共同承重，圈梁和构造柱设置不完善，房屋整体性及抗震性较差。且局部已有损伤，部分构件连接已失效。

2）开挖基坑边缘距民房水平最小距离约为3.88 m，基坑底面距民房垂直最大距离约为 4.85 m，根据 GB 50007－2011《建筑地基基础设计规范》第 9.2.6 条“基坑围护墙后地表沉降的主要影响区域为 2 倍基坑开挖深度”，因此该民房位于主要影响区内。

3）民房临近基坑开挖后，基坑暴露在大气环境中，其间基坑未采取任何支护措施，基坑边缘距离民房较近，根据计算结果，基坑最不利滑动面进入民房基础 1.52 m，民房所属房屋基础下部应力发生变化，应力扩散范围进入了基坑。

6 结语

通过上述案例分析可知，对环境复杂的临近建筑物的基坑工程要根据预计算结果及时进行支护，且暴露时间不宜过长，施工一定要做好过程监测，包括支护结构和对周边环境的监测，并提出各项监测要求的报警值，同时应对基坑周围相当 2 倍基坑开挖深度的范围进行详细调查，特别是这种城乡结合地带或新城区未经过正规勘察设计的民房周边进行基坑开挖施工时，更要严格按照现行规范标准做好前期民房结构调查鉴定并及时与基坑开挖后期进行检查鉴定比较，并做好基坑开挖过程中的监测，避免引起不必要的意外施工纠纷，以确保工程结构安全可靠和建设项目顺利进行。Q