(青島理工大學土木工程學院 山東 青島 266033)

基坑一側(cè)建筑物沉降控制標準研究

宋琨于廣明周福強謝焦焦

(青島理工大學土木工程學院山東青島266033)

在基坑開挖過程中，由于原始地層受到擾動，在基坑側(cè)壁土體自重應力的作用下，基坑側(cè)壁會產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)移動的趨勢，進而會造成地面的沉降和凸起；由于基坑開挖使得坑底出現(xiàn)卸荷現(xiàn)象，坑底也會產(chǎn)生卸荷回彈，出現(xiàn)坑底隆起。在這些變形的作用下，基坑鄰近建筑物的基礎(chǔ)也會受到相應的影響，使得建筑物在地表水平和豎直位移的作用下，其內(nèi)部出現(xiàn)一定的附加內(nèi)力，若建筑物內(nèi)部產(chǎn)生的附加內(nèi)力過大，則有可能引起建筑物的損傷破壞。出于對建筑物的保護，在工程開工之前都要根據(jù)設(shè)計提出對各設(shè)計參數(shù)的控制標準，因此，本章結(jié)合基坑開挖變形的理論基礎(chǔ)，對控制指標的選取做出了理論的解釋說明。

基坑開挖；建筑物；控制標準

一、引言

變形控制標準值是基坑鄰近既有建筑物物施工風險評估的重要內(nèi)容之一，也是風險監(jiān)控工作實施的前提，是為確保監(jiān)控對象安全而確定的地表沉降最大允許值。在監(jiān)測過程中，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超過控制基準值，監(jiān)測部門應該在監(jiān)測報表中醒目地標注出，并予以報警，同時與有關(guān)部門共同研究分析，必要時對控制基準值進行調(diào)整[1]。

二、基坑開挖變形機理

在基坑開挖之前，地層中的土體處于初始平衡狀態(tài)，當基坑開挖土體被移走之后，相當于支護結(jié)構(gòu)靠近基坑一側(cè)被卸載，導致土體中水平應力發(fā)生變化，而垂直方向基本不受影響，由此來看，基坑開挖引起的地表沉降主要是由土體的水平位移引起的。基坑開挖的變形主要分為：支擋結(jié)構(gòu)水平位移、基坑隆起以及墻后地表及建筑物的不均勻沉降。

1.圍護結(jié)構(gòu)水平變形

基坑的開挖是一個循序漸進的過程，基坑開挖的深度也是逐漸增加的，在基坑開挖初期，坑內(nèi)還沒有設(shè)置支撐，此時支護結(jié)構(gòu)的頂端位移最大，近似呈三角形的分布形式向坑內(nèi)移動，并且隨著開挖深度的逐漸增加，變形量也不斷加大。對于設(shè)置了支撐的柔性支護結(jié)構(gòu)，維護結(jié)構(gòu)的中間位置會向基坑內(nèi)部凸起，而頂部由于支撐的存在其變形很小或不產(chǎn)生變形。

2.墻后地表沉降

基坑開挖結(jié)束之后，基坑周邊地表會出現(xiàn)不同程度的沉降變形，墻后地表沉降主要有三角形沉降、凹槽形沉降和梯形沉降。當基坑處于軟弱地基中時，且圍擋支護結(jié)構(gòu)嵌入土層中的深度較淺時，在基坑底部會發(fā)生較大變形，此時在基坑周邊會出現(xiàn)較大變形，在坑邊處出現(xiàn)最大沉降；當基坑處于剛性地基中時，或圍擋支護結(jié)構(gòu)嵌入地層中較深時，圍護結(jié)構(gòu)可近似認為是坑底處固定，坑邊處簡支的梁結(jié)構(gòu)，此時圍護結(jié)構(gòu)中間位置將會向坑內(nèi)凸起，地表最大變形出現(xiàn)在距坑邊一定距離處的地方，呈現(xiàn)出拋物線形的變形；當發(fā)生上述兩種變形的組合模式時，此時地表出現(xiàn)梯形沉降。

3.坑底土體隆起

基坑開挖后，土體中初始應力場和位移場遭到破壞，由于基坑內(nèi)土體被挖走，相當于在坑底位置出現(xiàn)卸荷現(xiàn)象，因此坑底會出現(xiàn)一定的回彈。對于開挖較淺的基坑，卸荷后坑底土體會向上隆起變形，隨著開挖深度不斷加大，基坑內(nèi)外土體高差也不斷加大，作用在墻背的土壓力也會隨之增大，這時圍護結(jié)構(gòu)底部會發(fā)生“踢腳”現(xiàn)象[1]，進而造成坑底土體上浮?；拥撞柯∑鹨话惴植际侵虚g高、兩邊低，當開挖結(jié)束后，停止隆起。

三、地表沉降控制標準

對于不同類型的建筑物，基坑開挖對其變形的影響也會不同，因此會導致不同的破壞形式，如開裂、傾斜、基礎(chǔ)不均勻沉降等，不同的建筑物類型，其對應的變形控制值也是不同的所以，在地表下沉的控制中，應充分考慮基坑所在土層的地質(zhì)、區(qū)間上方建筑物結(jié)構(gòu)的具體情況來進行分析。在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)[3]中，對建筑物在其服役期間地基變形的允許值都有明確規(guī)定，根據(jù)建筑物地基變形的允許值，其所允許的最大差異沉降是地面沉降的控制條件。

如圖1所示，本文以拋物線形(凹槽形沉降)為基礎(chǔ)來計算地表允許最大沉降值，其計算如下：

在基坑開挖引起的地表實際下沉中，其下沉形式近似為一正態(tài)分布曲線(如圖3.2所示)，因此由Peck[4]理論可得地表沉降分布的預計公式為：

(1)

式中：S(x)——距地表最大沉降距離x處的地表沉降；Smax——地表的最大沉降值；i——沉降槽寬度，取為地面沉降曲線拐點與原點的距離。

圖1 地表沉降曲線

對式(1)求導可得沉降曲線的斜率T，由于最大斜率Tmax發(fā)生在拐點處，因此利用怪點出坐標進行計算得

(2)

以極限條件下的地表傾斜值小于相應建筑物地基允許傾斜值作為限制條件，可得：

(3)

由式(3)可得最大允許地表沉降值，即

(4)

四、結(jié)論

本文結(jié)合基坑開挖引起地表沉降的變形機理，總結(jié)了基坑開挖引起地表沉降的三種沉降模式，分別為三角形沉降、凹槽形沉降和梯形沉降。并結(jié)合建筑物與沉降槽的相對位置，以及建筑物損害的極限標準，分情況推導了建筑物與沉降槽位于不同相對位置時相應的地表沉降控制標準，為實際工程中對于基坑鄰近建筑物的保護提供了寶貴的參考價值。

[1]劉招偉，趙運臣.城市地下工程施工監(jiān)測與信息反饋技術(shù)[M].北京市:科學出版社,2006:342.

[2]廖少明,余炎,陳亮.由基坑擋墻位移推算地層位移場及其影響[J].巖土工程學報,2005,(07):800-803.

[3]GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4]Peck R.B,Deep excavations and tunneling in soft ground,State of the Art Report.Proc.7th Int.Conf.On Soil Mechanics and Foundation Engineering,Mexico City,1969.225-290.

宋琨(1990.01-)，男，漢族，河北省晉州市，碩士研究生，青島理工大學，結(jié)構(gòu)工程。