基坑开挖对邻近建筑物的影响分析

林 座 （福建闽东建设发展有限公司，福建 宁德 352100）

0 引言

随着我国的工业化进程不断加快，城市的发展也日新月异。但有限的土地资源制约着城市化进程的快速推进。为此，全国各地越来越重视地下空间的开发利用。地下空间的开发利用涉及基坑工程。为确保基坑的施工安全以及邻近既有建（构）筑物的安全，笔者依托对沿海地区某公建项目深基坑工程的分析，讨论了本工程的基坑支护方案安全可靠性，期望能为类似项目提供借鉴、参考。

1 基坑概况

该工程场地位于宁德市仙蒲路东侧，拟建建筑物为4幢4～5F建筑物及其裙楼，下设1层连体满铺外挑地下室。场地属海陆交互相地貌，场地地基土除表层杂填土外，主要为冲积、淤积成因类型及花岗岩风化岩层。工程施工开展之前，需先进行场地整平，其标高暂为4.700m。

本工程室内标高±0.000为黄海高程 5.300m，场地整平标高暂定为4.700m，相对标高为-0.600m。根据已有资料，本工程中地下车库底板不同区域板面标高分别为-4.100/4.700/4.800/5.400 m，地下车库底板厚为400mm，垫层厚100mm，则不同区域分别开挖至坑底标高-4.600/5.200/5.300/5.900m，开挖深度为4.00/4.60/4.70/5.30m；部分开挖至承台底-6.100m，开挖深度为5.50m。基坑面积约为 12300m，基坑周长约为475m。本基坑工程属深基坑。

2 土层情况及周边条件

2.1 土层情况

本基坑坑内土层从上到下依次为①杂填土、②淤泥、③粉质粘土、④残积砂质粘性土、⑤全风化花岗岩、⑥强风化花岗岩（砂土状）等土层，本工程基底主要位于②淤泥层。

2.2 周边构筑物概况

拟建场地北侧为2幢商业建筑物（2F，框架结构，桩基础），与拟建物最小间距约20m；南侧为规划玉塘路，尚未施工，现为青苗地；西侧为仙蒲路与地下室边界线，最小间距约7m；东侧为金马路，间距约25m。

3 基坑支护方案

3.1 支护方案的总体思路

根据开挖深度及周边环境情况，基坑邻近既有建筑物一侧采用Ф800@1200冲孔灌注桩，竖向设置一道型钢斜抛支撑（Ф609×16@8000，H400型钢连杆），坑底采用Ф600@450单轴搅拌桩（水泥土掺量为20%，坑底以上为10%，长度5m），如图1所示。

图1 邻近既有建筑物侧基坑剖面图

3.2 既有建筑物侧基坑开挖工序

本基坑工程严格按照顺作法施工工艺，具体工序：①在土方开挖前先行施工基坑支护结构及排水设施，待支护结构强度达到安全开挖强度要求后，再自上而下分层分段开挖卸土；②当基坑开挖至坑底设计标高后，及时施工底板垫层、底板以及支撑牛腿；③结构底板、支撑牛腿混凝土强度达到设计强度的80%后及时架设钢支撑，方可继续开挖基坑内剩余土体；④施工剩余底板及地下室侧墙并浇筑出地面，当混凝土强度达到设计强度的80%后方可拆除钢支撑。具体施工工况详见图2所示。

图2 基坑开挖工序流程图

4 有限元分析

4.1 数值模型建立

在有限元计算软件中建立二维分析模型，如图4、图5所示。

图4 有限元计算模型

图5 单元剖分图

4.2 计算结果分析

如图6～图9。

图6 水平位移计算云图

图7 竖向位移计算云图

图8 既有建筑物的竖向位移（7.7 mm）

图9 既有建筑物的弯矩图（最大值，kN·m/m）

4.3 周边环境影响分析

从基坑水平位移计算云图（图6）、竖向位移计算云图（图7）、既有建筑物基础竖向位移（图8）及弯矩图（图9）四图可知：本基坑支护结构的侧向水平位移15.7mm，符合现行《建筑基坑支护技术规程》中关于基坑支护结构侧向水平位移小于37mm的规定，有效地保证了基坑土体开挖卸载的安全性；既有建筑物的变形为7.7mm，小于10mm，也符合规程规定，既有建筑物变形也处于可控范围内。

4.3 监测数据

为保证基坑支护结构及邻近建（构）筑物的安全，首要要求就是控制基坑的变形。在基坑施工过程中，必须对支护结构及邻近建（构）筑物进行系统监测，建立严格的监测网络，并及时对监测数据进行分析，做到及时反馈，实现信息化施工。具体的监测数据详见表3所示。

土层力学性质参数表 表1

既有建筑物开挖至坑底工况下影响结果 表2

基坑开挖基坑监测数据 表3

4.4 基坑开挖安全性采取的技术措施

本基坑开挖深度相对不深且仅在邻近既有建筑物一侧空间较为紧张，其余方向建（构）筑物距离基坑相对较远。根据有限元计算结果（图6～图9）、周边环境影响（表2）及监测数据，在土体开挖过程中，基坑支护结构及邻近既有建筑物的变形均能够满足规范要求。施工中主要采取了下列技术措施：

①严格按照基坑支护工程设计图，确定基坑开挖方案，在邻近既有建筑物一侧进行地基加固，从而增加被动区的土体侧墙刚度，减小基坑位移，进而保护基坑周边建（构）筑物；

②基坑开挖过程中，严格遵循“分段分层，均匀对称，由上至下，先支撑后开挖，严禁超挖”的原则，从而有效控制基坑侧向变形；

③基坑周围地面设置排水沟，避免雨水流入基坑内；开挖前，在基坑内设置必要的降水井等降水设施，用潜水泵抽取降水井中的地下水，开挖前基坑内水位应降至开挖面以下0.5～1m；开挖过程中，基坑内设置必要的排水设施，并做好坑内井点降水工作，有效提高土体的抗剪强度与基坑稳定性。

④开挖至设计坑底标高后适时施作底板结构、支撑牛腿；待底板、支撑牛腿混凝土强度达到设计强度的80%后，及时架设已施加预应力的钢支撑，以防基坑变形过大，影响基坑安全。

⑤根据本工程的自身特点，进行优化监测设计，基坑开挖过程中，适时加密监测频率，及时分析监测数据，并及时反馈，实现信息化施工。

⑥在基坑开挖前，可采取在邻近建筑物基础附近设置跟踪注浆孔措施，控制邻近建（构）筑物的变形。

5 结论

笔者依托沿海地区某深基坑为背景，采用有限元分析方法，建立基坑开挖的有限元数值模型，研究了基坑开挖对邻近建（构）筑物的变形影响。研究结论如下：

①通过基坑开挖计算和利用有限元二维模型模拟两种手段分析，不管是基坑变形还是对周边环境的影响，都在规范允许范围之内，该技术方案安全可行；

②随着基坑的开挖卸载，基坑支护结构向基坑方向水平位移从上部向下，渐渐增大，直至达到最大水平位移，基坑支护结构最大的侧向水平位移为15.7mm，最大变形发生在坑底附近；

③基坑开挖应遵循“分段分层，均匀对称，由上至下，先支撑后开挖，严禁超挖”的原则，当基坑开挖至坑底设计标高后，应及时浇筑地下室底板垫层、底板及支撑牛腿，如有必要可加固被动区土体，以便提高被动区土体抗力，保证施工安全；

④在基坑开挖过程中，提高变形监测频率，及时反馈监测数据，可有效保证基坑工程的安全。