童曉榕

(廈門百城建設(shè)投資有限公司，福建 廈門 361009)

1 對基坑周邊房屋自身采取的保護措施

在基坑工程正式施工前，對周邊敏感的房屋事先進行基礎(chǔ)的加固施工，提高房屋基礎(chǔ)的整體剛度，以減小房屋整體的沉降或傾斜。

1.1 在基坑設(shè)計階段采取的針對性措施

(1)基坑圍護體選擇地下連續(xù)墻(兩墻合一)的形式，具有抗側(cè)剛度大、整體性好、支護結(jié)構(gòu)變形較小的優(yōu)勢，相對其它的圍護形式，能最大程度上保護周邊敏感環(huán)境。同時，根據(jù)周邊不同的環(huán)境及其相應(yīng)的環(huán)境保護要求來設(shè)計地下連續(xù)墻的嵌固深度，并對變形敏感的7層建筑、保護要求高的文物保護建筑及運行的道路側(cè)，合理地增加了地下連續(xù)墻的嵌固深度。

(2)內(nèi)部鋼支撐體系采取網(wǎng)格式的布置形式，并適當(dāng)減小支撐的布置間距，提高支撐剛度。優(yōu)化了基坑開挖施工的工況，采取了頂板澆筑形成換撐板帶后拆除第1道鋼支撐，減小換撐工況而引起的圍護墻體的位移。

(3)基坑內(nèi)部被動區(qū)土體采用環(huán)邊攪拌樁加固的方式，以加大被動區(qū)土體加固的平面范圍、提高坑底被動區(qū)土體抗力和控制基坑開挖過程中圍護墻體的變形。

1.2 在基坑施工階段采取的針對性措施

(1)在基坑開挖施工前，清空周邊房屋內(nèi)的人員及物品，停止正在進行中的房屋內(nèi)的裝修工程?；铀闹車?yán)禁堆載，以減小周邊荷載引起的圍護體的水平位移。

(2)地下連續(xù)墻兩側(cè)使用雙軸水泥土攪拌樁槽壁加固。對場地范圍內(nèi)局部存在較厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土以及地下連續(xù)墻距離周邊房屋很近的情況，采用槽壁加固的措施以確保槽壁的穩(wěn)定性，同時將地下連續(xù)墻成槽施工與周邊環(huán)境隔離。

(3)加快基坑土方開挖及澆筑墊層、底板的工期，及時形成底板換撐，以縮短最不利工況即基坑開挖至基底階段的工期。

1.3 施工監(jiān)測過程中采取的針對性措施

(2)施工過程中加強了對周邊房屋的監(jiān)測與巡查，進一步完善了應(yīng)急預(yù)案。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)達到確定的沉降監(jiān)測值，立即采取對應(yīng)的應(yīng)急措施，如對周邊房屋采取進一步的基礎(chǔ)加固或增打隔離樁等。

(2)在降水的過程中，及時根據(jù)觀測數(shù)據(jù)來控制降水速率，若發(fā)現(xiàn)房屋沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)突變，即準(zhǔn)備進行跟蹤注漿。分層分塊開挖基坑內(nèi)土體，墊層施工隨挖隨澆。

(3)基坑在底板位置預(yù)備增加1道臨時鋼支撐，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的觀測數(shù)據(jù)的變化來確定是否需要增加，并在基坑開挖至基底位置后立即架設(shè)，不拆除且澆筑在底板內(nèi)部。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)與有限元模擬結(jié)果對比

2.1 周邊環(huán)境有限元模擬及結(jié)果分析

地下車庫基坑以對稱模型進行分析(取半邊結(jié)構(gòu)進行計算分析)，模型在水平方向上的距離采用大于2倍的開挖深度，模型的尺寸為70m×50m(水平長度×垂直長度)。

根據(jù)采用平面應(yīng)變有限單元方法，有限元數(shù)值計算中，土體采用摩爾－庫倫模型，混凝土梁板、柱結(jié)構(gòu)采用彈性模型，同時，對采用的接觸面考慮了土體和圍護結(jié)構(gòu)之間的相互作用。在此次基坑開挖工況模擬中，我們考慮了基坑清除淺層障礙物后回填的工況以及坑底范圍土體環(huán)邊加固(圖1、圖2)。

圖1 數(shù)值有限元計算模型

圖2 土體開挖完成后總變形云狀

有限元模擬計算結(jié)果顯示，基坑開挖至基底時，地下連續(xù)墻水平位移達28.7mm，發(fā)生在基底位置;鄰近范圍土體的最大總沉降為24mm，最大豎向沉降為14mm，最大地表的沉降槽范圍為距離基坑邊12m～24m。

2.2 監(jiān)測內(nèi)容

為確?；庸こ贪踩㈨樌赝瓿?，本工程采用了信息化施工，對基坑的施工全過程進行了監(jiān)測。監(jiān)測的項目包括地下連續(xù)墻墻體水平位移、地下連續(xù)墻墻頂位移、坑外土體位移、支撐立柱頂位移、鋼支撐軸力、坑外地下水位和周圍建筑物及地下管線的沉降等。

2.3 地下連續(xù)墻墻體水平位移

本工程從基坑第1道鋼支撐完成至基坑底板完成階段，對地下連續(xù)墻深度范圍內(nèi)墻體水平向位移進行了監(jiān)測，具體情況見圖3。

圖3 基坑開挖期間實測地下連續(xù)墻最大水平位移

由圖3可知:模擬計算中，對道路側(cè)、鄰2層建筑、鄰7層建筑設(shè)計區(qū)別主要體現(xiàn)于各剖面附加荷載的取值不同。通過對實測數(shù)據(jù)的分析，從階段Ⅰ至階段Ⅲ，剖面B、剖面C的墻體水平位移基本接近，但明顯大于道路側(cè)的墻體水平位置。實測表明外部房屋附加荷載明顯會增大圍護墻體的水平位移，與設(shè)計思路基本吻合;但在本工程中，2層的建筑荷載與7層的建筑荷載在離基坑邊距離基本接近的情況下，附加荷載大小對圍護墻體水平位移產(chǎn)生的影響不明顯。從實測3個不同剖面的圍護墻水平位移與設(shè)計模擬計算比較，本次圍護模擬圍護墻最終水平位移在20mm～30mm之間，而實測墻體最終水平位移在28mm～33mm之間，數(shù)值處于一個數(shù)量級上。但有限元模擬計算未考慮基坑開挖施工的時間效應(yīng)，這是因為基坑開挖至基底后，地下連續(xù)墻墻體水平位移的變化是隨著時間的增長而累計增加的，且開挖至基底后，其最終水平位移取決于基坑暴露的時間。

2.4 周邊建筑的豎向沉降

在有限元模擬計算分析中，我們以有限元計算的地表沉降值來模擬周邊建筑的豎向沉降，并根據(jù)實際施工工況，將本工程分為以下階段進行相應(yīng)分析:

(1)階段1期間(清障、槽壁加固及坑內(nèi)加固、地下連續(xù)墻成槽時期)，有限元模擬分析結(jié)果，此時沉降約為5mm，而實測部分鄰近基坑位置的建筑物測點的垂直沉降已達20mm。我們分析其可能原因為，本工程地下障礙物局部埋深達4m以上，在清障過程中施工未采取充分措施，同時槽壁加固體與建筑物距離很近，采用了雙軸水泥土攪拌樁對周邊土體有一定擠壓效果，導(dǎo)致在該階段周邊房屋沉降較大，部分測點沉降已達報警值。

(2)階段2期間(基坑預(yù)降水時期)，周邊建筑物各個測點的垂直沉降的增大值在2mm左右。數(shù)據(jù)表明基坑內(nèi)部降水對周邊建筑的影響較小，周邊環(huán)境基本處于穩(wěn)定狀態(tài)(有限元模擬分析中不體現(xiàn)基坑降水對周邊環(huán)境的影響)。

(3)階段3期間(施工第1道支撐時期)，周邊建筑物各個測點的垂直沉降的增大值在10mm以內(nèi)，變化時間范圍為10d，平均日變量為1mm/d。有限元模擬計算中該部分的位移增加值為7mm，較實測值偏小。

(4)階段4期間(開挖至基底時期)，周邊建筑物各個測點的垂直沉降的增大值在20mm以內(nèi)，變化時間范圍為23d，平均日變量為0.9mm/d。有限元模擬計算中該部分的位移增加值為20mm，與實測數(shù)據(jù)較為吻合。

(5)階段5期間(完成底板換撐后時期)，周邊建筑物各個測點的垂直沉降的增大值在28mm以內(nèi)，變化時間范圍為54d，平均日變量在0.5mm/d左右。有限元模擬分析中未考慮時間變化引起的周邊環(huán)境的沉降的累計增加。如果不考慮前期階段1期間的建筑沉降，我們從基坑開挖至地下室底板澆筑完成時期來分析:周邊建筑產(chǎn)生的沉降在28mm以內(nèi);2層區(qū)重點保護建筑側(cè)靠近基坑處有限元模擬計算的最大沉降為24mm，模擬數(shù)值與實測情況基本吻合。除去階段1，其它階段模擬與實測結(jié)果顯示，在各工況過程中圍護開挖對周邊環(huán)境的影響程度吻合，其中在施工支撐及開挖至基底的工況對周邊環(huán)境的位移、沉降影響相對更顯著。

3 結(jié)束語

通過對本工程環(huán)境的有限元模擬分析，并結(jié)合現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，我們總結(jié)了在緊鄰周邊敏感環(huán)境中深基坑圍護工程的幾點體會:

(1)在位于敏感環(huán)境下的基坑工程，需要從基坑圍護、施工、監(jiān)測全過程采取針對性措施來有效地保護周邊環(huán)境，并根據(jù)現(xiàn)場實際監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整設(shè)計或施工措施。從圍護結(jié)構(gòu)開始施工、基坑開挖至地下結(jié)構(gòu)頂板澆筑換撐完成，期間的各個階段都會對周邊環(huán)境造成不利影響，需嚴(yán)格控制每個階段的位移沉降值。

(2)監(jiān)測結(jié)果及實踐證明，基坑圍護墻體深層最大水平位移在28mm以內(nèi)，在合理安全范圍之內(nèi);周邊建筑物的沉降都在25mm以內(nèi)，產(chǎn)生的裂縫在允許范圍之內(nèi)。整個開挖過程有效地保護了基坑周邊的房屋、道路及管線，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

(3)現(xiàn)行的圍護設(shè)計模擬方式總體上能較好地貼合實際工程實踐，但還有待進一步改進、深入研究。如有限元模擬計算中考慮由基坑開挖的時間效應(yīng)增加的圍護墻的水平位移、基坑開挖前已對周邊土體產(chǎn)生的擾動等等，在實際施工時也應(yīng)有一定程度的重視。

［1］劉國彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(第二版)［M］.中國工業(yè)出版社，2009.

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［3］程琪，劉國彬，張偉立.上海地區(qū)地鐵超深基坑及深基坑變形有限元分析［J］.地下空間與工程學(xué)報(增刊)，2009，(5)12∶1497 －1502.