具有相邻建筑结构的基坑开挖影响性解析

尹海松，李纪果，赵青羽，丁国治，刘伯江

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 引言

相邻建筑结构的基坑开挖影响性研究，是针对城市化建设中，高层建筑数量增多，加上地下工程范围扩大，建筑密集度增加，在这种情况下，如果不能对基坑开挖科学处理，必然会影响周围相邻建筑结构的安全。正因为如此，必须加大具有相邻建筑结构的基坑开挖的影响性研究力度，注意新建基坑施工期间，随时观察周围沉降情况，并且还要对地层移动提高重视。将基坑开挖对相邻建筑结构稳定性的影响降到最低，同时保证基坑开挖施工质量。

2 具有相邻建筑结构的基坑开挖影响性研究现状

具有相邻建筑结构的基坑开挖的影响性研究作为近些年建筑结构升级，稳定性保证的基础，当下研究观点众多。参考陈志敏，欧阳康淼等人的研究，对当前基坑开挖对周围相邻建筑结构的影响的计算方法展开全面验证，并且以弹性理论为基础，总结出具有相邻建筑结构的基坑开挖应力变化计算公式，研究的参考对象为隧道周围土体[1]。随着计算机技术与研究人员的增多，基坑工程中不同阶段对周围建筑结构影响，均可以通过有限元方法对位移等进行模拟，及时掌握现场实测数据，并且对比模拟结果，定量分析十分准确。这为具有相邻建筑结构的基坑开挖影响性研究提供了有利条件，同时，为后期基坑施工研究以及对相邻建筑结构稳定性的控制等提供参考[2]。

3 剖析影响基坑开挖出现变形的因素

对于基坑开挖施工来讲，如果开挖期间不能做好防护处理，受到多方因素的影响，基坑开挖结构会出现变形。基坑开挖施工环境特殊，岩土体会对施工产生比较大的卸荷作用，基坑会出现不同程度的变化，尤其是底面、位移场以及侧壁等。观察基坑开挖变形，以土体隆起或者相邻建筑结构发生明显倾斜等表现为主。

3.1 明确基坑开挖变形特点

基坑开挖中，因为卸荷作用，基坑支护结构出现变形，加上地表沉降的影响，导致沉降量比值波动，所以基坑出现明显变形。总结基坑开挖变形，具体特点如下：

1）大变形。基坑支护结构在出现大变形时，虽然坍塌并不严重，但是，基坑支护结构受到严重影响，沉降情况十分明显[3]。这种情况下，若基坑位置处于密集建筑结构群，相邻建筑结构会出现不同程度沉降，严重的情况下甚至出现开裂、失稳等。近些年，基坑施工技术不断升级创新，对大变形下相邻建筑结构受影响的情况控制得非常好，严重变形或者开裂等现象的出现率极低[4]。当然，若基坑施工期间遇到敏感建筑或者特殊建筑结构，基坑开挖施工还需要特别注意。

2）小变形。小变形主要指基坑支护结构变形并不明显。但是，基坑施工计算不能局限于基坑施工本身，还需要考虑到周围建筑结构[5]。具体设计不仅要对强度有效控制，还要将支挡结构内力有效控制，能够将其影响性降到最低，由此来提高基坑施工、相邻建筑结构的安全性。

3.2 影响因素剖析

基坑卸载影响因素主要体现在3方面：（1）基坑支护结构出现明显位移变形。排除不可避免的物理力学性质等因素，基坑施工期间，刚度的设定、入土深度的计算以及支撑体系选择等都是主要影响因素[6]。此外，还要对锚杆支护处理提高关注度。（2）坑内土体隆起情况，影响因素以开挖面积、深度为主，同时卸荷时间、工程桩分布等也会对其造成影响。（3）坑周地表沉降[7]。

4 具有相邻建筑结构的基坑开挖影响的有限元研究

4.1 基坑开挖工程介绍

此次研究主要参考某国际机场扩建项目。为满足机场运行需要，规划增加下穿通道，以箱涵形式，施工方法选择明挖法。该项目属于机场内部扩建，与空管指挥塔紧密相邻，同时衔接主要滑行道，因此，施工难度比较大。基坑施工规划等级均按照航空机场相关规范，安全等级必须达到一级标准。基坑施工地质调查中发现，地下4.25 m以下均属于中风化白云质灰岩，裂隙类型以直立、陡倾角为主，并没有顺层结构面。基于这种情况，有限元研究中，可以将结构面影响排除。相邻建筑结构主体为框架-剪力墙。通过对已有建筑结构的分析可以发现，其地基承载条件比较好。

4.2 创建有限元模型

结合基坑施工地质调查情况，有限元模型分2种模式：一种为全土质基坑；另一种为土-岩二元结构基坑。平面应变模型主要通过混合网格生成器的方式形成，此为有限元模型主要代表。基坑施工中岩土体模型则选择修正摩尔-库伦模型为主。有限元模型建立期间，为了将分析过程简化，统一建筑设计的结构均为1个刚体，模型建立中加入建筑物自重，并且以实体单元建模为切入点，观察下角点位移量变化，以此对相邻建筑结构在基坑开挖中所受影响进行描述。此次施工模型建立可以排除地下水因素，降低了模型分析的难度。

4.3 选取模型分析参数

基坑开挖施工模型分析中，参数是重要的依据。此次研究中，以修正摩尔-库伦本构模型为主，同时完成不同类型模型研究，如软土、硬土双硬化分析。及时得到基坑施工项目中土体相关参数，如剪涨特性、刚度等。根据刚度输入差别，更详细准确地对刚度变化加以掌握。基坑施工在受力过程中，刚度抵抗弹性情况会出现明显波动，这些参数以实验方式验证无法保证精准性，还要结合基坑施工经验反复验证得到。根据地质勘查情况，选取模型分析参数期间，利用参数反演的方式，提高物理力学参数的真实性。

根据对项目的施工情况研究，其中现有建筑结构，仅处于基坑的单一侧，则基坑施工期间只需要对相邻区域进行影响性分析。但是如果基坑施工位置周围均相邻既有的建筑结构，就需要根据实际情况去拓展影响性分析范围。该基坑结构为土-岩类型为主，设定基坑施工的基本深度为9.25 m，与周围建筑结构距离平均值为≥6.6 m。基于此，顺利开展模型分析，并根据具体工况，确定分析参数。

5 具有相邻建筑结构的基坑开挖的影响性分析

基坑施工与相邻建筑结构稳定性一直是影响性分析重点。结合施工相关标准、稳定性的控制与变形限制要求展开研究。

第一，参照基坑开挖设计要求，确定基坑开挖准确深度后，要求必须大于相邻建筑深度2.25 m。通过模型分析得到基坑施工中相邻建筑结构基础位置所出现的位移变形云图，清晰呈现出建筑结构位移变化趋势，逐渐靠近基坑，沉降平均差与位移量分别为0.005 2 mm、0.045 3 mm。结合GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中的要求，此次基坑施工中，相邻建筑参数与沉降差之间的计算数值，符合规定标准，满足稳定性保证要求。

第二，不同岩土结构下，基坑开挖深度存在明显差异，需在实际开挖过程中，逐步对深度进行调整，并且对下角点位移量进行计算。首先是开挖深度根据项目要求增大的情况下，下角点位移量也会出现增大变化，这其间相邻建筑结构的地基承载力就起到重要作用。此次项目中相邻建筑结构地基地质以白云质灰岩为主，赋予地基结构极强的承载力，因此，调整开挖深度，建筑结构所受影响比较小。

根据表1中相邻建筑结构所受基坑开挖影响性分析统计可以发现，土层施工过程中，相邻建筑所受影响比较小，若开挖岩体，则相邻结构所受影响会增加。

表1 二元结构下基坑开挖影响性分析

通过对相邻建筑结构的研究，对比基坑开挖项目，参考工程实施水平距离对基坑开挖与相邻建筑结构之间水平间距进行设置，分别为3.0 m、10.0 m、20.0 m、30.0 m。随后，以水平间距去计算沉降量。确定安全距离后开始基坑开挖施工，将基坑开挖对相邻建筑结构的影响性降到最低。

第三，全土质基坑开挖施工，保证其他条件不变，将中风化白云质灰岩属性调整为填土层，随后展开全土质基坑开挖施工影响性研究。研究发现，相邻建筑结构所受影响与基坑开挖深度变化呈正比例关系。基坑开挖深度的确定，需参考相邻建筑结构基础底标高，可以保持持平状态，同时也可以低于基础底标高，但是，不能高出基础底标高。基坑开挖与基础底标高在可控制范围之内，建筑物受到基坑开挖的影响，差异沉降与均匀沉降接近。但是，如果超出可控制范围，则相邻建筑结构会出现明显变形，差异沉降也会增加，这种情况下就会危及相邻建筑结构的安全性与稳定性。

6 结语

综上所述，通过对相邻建筑结构下的基坑开挖施工研究，尤其是有限元分析以及参数推算等，对于基坑开挖对相邻建筑结构影响性有了更准确的掌握。由此可以发现，基坑类型的不同，对相邻建筑结构的影响存在明显差异。受到基坑类型的影响，开挖的深度以及与相邻建筑结构之间的水平间距等都会发生变化，这种情况下，相邻建筑结构沉降必然会发生差异。具体基坑施工期间，相邻建筑结构所受影响，还要结合施工项目实际情况，及时掌握其中的变化规律，确定相关参数，这样才能更好地制定加固措施，保证相邻建筑结构安全的同时，保证基坑开挖施工质量。