吳忠峰

浙江大東吳集團(tuán)建設(shè)有限公司 浙江 湖州 313000

隨著城市建設(shè)的蓬勃開(kāi)展，城區(qū)可開(kāi)發(fā)土地資源日益減少，緊鄰歷史保護(hù)建筑等重要建筑進(jìn)行地塊開(kāi)發(fā)常常無(wú)法避免。而在整個(gè)土建過(guò)程中，以基坑施工對(duì)周邊鄰近建筑的影響最為顯著，因基坑施工不當(dāng)造成周邊建筑損壞的例子比比皆是。因此，減小基坑施工對(duì)鄰近建（構(gòu)）筑物的影響日漸成為工程界亟待解決的問(wèn)題[1-7]。

本文將以某鄰近歷史保護(hù)建筑的深基坑工程為載體，探索一種將新型勁性水泥土攪拌樁圍護(hù)與頂板逆作相結(jié)合的施工方法。

1 工程概況

湖州市某改擴(kuò)建工程位于吳興區(qū)內(nèi)，基坑開(kāi)挖面積11 050 m2，開(kāi)挖深度11.6～13.3 m，設(shè)有2層地下室，基坑整體呈方形。基坑周邊2倍開(kāi)挖深度內(nèi)分布有中學(xué)宿舍、教學(xué)樓、醫(yī)院住院樓、辦公樓等建筑（圖1）。其中，北側(cè)紅樓、西側(cè)磚混2層教學(xué)樓和東南角3層向上樓均為歷史保護(hù)建筑，基礎(chǔ)形式為淺基礎(chǔ)，距離基坑分別為9.0、21.4、16.6 m，是施工過(guò)程中的重點(diǎn)保護(hù)建筑。

圖1 基坑平面示意

基坑原設(shè)計(jì)方案采用SMW（勁性水泥土墻）工法樁作為圍護(hù)，坑內(nèi)設(shè)置2道混凝土內(nèi)支撐，但通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)基坑首道混凝土支撐剛度較弱，難以滿(mǎn)足歷史保護(hù)建筑變形控制的要求，且SMW工法樁后期需拔除H型鋼，可能對(duì)歷史保護(hù)建筑造成進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)損傷。

綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)和工期等因素，決定采用新型勁性水泥土攪拌樁作為基坑圍護(hù)，該新型圍護(hù)樁在水泥土攪拌樁中插入800 mm×400 mm預(yù)制混凝土工字形樁，其樁身截面抗彎剛度相當(dāng)于700 mm×300 mm的H型鋼（圖2），且造價(jià)低廉，插入后無(wú)需拔除回收。同時(shí)，為解決首道支撐剛度不足的問(wèn)題，逆作地下室頂板作為基坑首道支撐，減小基坑側(cè)壁變形。

圖2 新型勁性水泥土攪拌樁

場(chǎng)地內(nèi)土層主要分布有①雜填土、②粉質(zhì)黏土、③1粉土、③2粉土、④1礫砂、④2粉質(zhì)黏土、⑥1黏土和⑥2粉質(zhì)黏土，主要物理力學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)

2 基坑開(kāi)挖影響分析

傳統(tǒng)基坑設(shè)計(jì)采用的荷載-結(jié)構(gòu)法只能對(duì)結(jié)構(gòu)本身受力特點(diǎn)進(jìn)行分析，無(wú)法反映土體與結(jié)構(gòu)相互作用以及土體變形對(duì)周邊環(huán)境的影響?；谶B續(xù)介質(zhì)的地層-結(jié)構(gòu)法可以較為完美地解決這一問(wèn)題。

本工程周邊存在多幢歷史保護(hù)建筑，故采用連續(xù)介質(zhì)有限元法對(duì)基坑開(kāi)挖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑施工造成周邊歷史保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行分析。

2.1 計(jì)算模型

本次分析主要是研究基坑施工對(duì)周邊歷史保護(hù)建筑的影響，因此選取了距離基坑最近的歷史保護(hù)建筑斷面（圖3）并采用二維有限元法進(jìn)行分析?？紤]到基坑的對(duì)稱(chēng)性，采用1/2模型進(jìn)行分析。

在確定模型尺寸時(shí)，應(yīng)充分考慮工程的影響范圍：水平方向，模型邊界距離基坑邊不小于5倍基坑開(kāi)挖深度；豎直方向，取基坑底下方4倍開(kāi)挖深度為模型下表面，即模型下表面距上表面50 m。

圖3 分析斷面

歷史保護(hù)建筑、基坑圍護(hù)樁、基坑第1道支撐（地下室頂板）、第2道混凝土支撐、地下室底板、中板均采用梁?jiǎn)卧M。土體單元選取平面應(yīng)變?nèi)切?5節(jié)點(diǎn)單元，土體本構(gòu)模型采用小應(yīng)變硬化土模型，模型參數(shù)根據(jù)表1確定。

模型邊界條件均為位移邊界條件。其中：地表為自由邊界條件；模型左右兩側(cè)邊界的側(cè)向水平位移均限制為零，豎向自由；模型底部邊界的豎向以及水平向位移均限制為零。

2.2 施工工序模擬

根據(jù)問(wèn)題的需要，結(jié)合實(shí)際施工工序，對(duì)計(jì)算工序和步驟作如下定義：

1）土體初始應(yīng)力計(jì)算：初始地應(yīng)力的計(jì)算主要考慮土體自重，計(jì)算時(shí)歷史保護(hù)建筑作為已建結(jié)構(gòu)，在模型中已被激活。

2）工序1：施工新型勁性水泥土攪拌樁圍護(hù)。

3）工序2：基坑第1次土方開(kāi)挖并施工地下室頂板作為第1道混凝土支撐。

4）工序3：基坑第2次土方開(kāi)挖至第2道混凝土支撐底并澆筑第2道混凝土支撐。

5）工序4：基坑第3次土方開(kāi)挖至基坑底，澆筑地下室底板。

6）工序5：基坑拆除第2道混凝土支撐，完成剩余地下室結(jié)構(gòu)施工。

3 數(shù)值分析結(jié)果

3.1 基坑圍護(hù)變形

基坑開(kāi)挖及回筑施工過(guò)程（工序2—工序6）圍護(hù)變形情況如圖4所示。計(jì)算表明：

圖4 基坑圍護(hù)沿深度側(cè)向變形

1）圍護(hù)頂部側(cè)向變形最大值僅有0.36 mm，采用地下室頂板作為基坑第1道支撐的方法，很好地控制了基坑上部變形。

2）一般情況下，基坑最大變形發(fā)生在基坑坑底位置。而本基坑最大變形28 mm，發(fā)生在基坑坑底以下8 m位置，這表明當(dāng)?shù)?道支撐剛度很大時(shí)，圍護(hù)最大變形將向土體深部發(fā)展，減小上部圍護(hù)變形。

3.2 歷史保護(hù)建筑變形

保護(hù)建筑最大變形如圖5所示，保護(hù)建筑傾斜率變化如圖6所示。分析表明：

1）歷史保護(hù)建筑最大變形22.4 mm，其中豎向沉降20.49 mm，水平位移9.1 mm。

2）變形以沉降變形為主，水平變形占比較小，表明采用地下室頂板作為支撐時(shí)，可以顯著減小保護(hù)建筑的水平位移。

3）建筑傾斜率隨基坑施工不斷增加，最大傾斜率達(dá)0.038%，發(fā)生在基坑開(kāi)挖到底時(shí)，基坑回筑對(duì)傾斜率影響較小。

圖5 保護(hù)建筑變形

圖6 保護(hù)建筑傾斜率變化

4 分析結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

保護(hù)建筑鄰近圍護(hù)測(cè)斜管得到的圍護(hù)日最大側(cè)向變形如圖7所示。實(shí)測(cè)表明，基坑開(kāi)挖到底時(shí)圍護(hù)側(cè)向變形達(dá)到最大值，為29.32 mm，發(fā)生于坑底下6 m左右位置。該結(jié)果與數(shù)值分析得到的變形情況十分吻合，驗(yàn)證了數(shù)值分析的可靠性。

圖7 圍護(hù)測(cè)斜管的最大側(cè)向變形

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可以得出以下結(jié)論：

1）數(shù)值分析表明，基坑圍護(hù)最大變形為28.00 mm，保護(hù)建筑最大沉降20.49 mm，最大傾斜率0.038%，均滿(mǎn)足基坑、保護(hù)建筑的安全要求。

2）逆作地下室頂板作為基坑首道支撐，顯著增加了首道支撐剛度，減小了緊鄰保護(hù)建筑的水平變形和傾斜率。

3）采用新型勁性水泥土攪拌樁作為基坑圍護(hù)經(jīng)濟(jì)性好，后期無(wú)需拔除，解決了傳統(tǒng)SMW工法樁后期拔除H型鋼對(duì)鄰近建筑造成進(jìn)一步結(jié)構(gòu)損傷的工程難題。

4）經(jīng)過(guò)有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，采用新型勁性水泥土攪拌樁圍護(hù)與頂板逆作相結(jié)合的組合施工方法，可以有效地降低深基坑施工時(shí)對(duì)周邊建筑的影響，起到保護(hù)重要建筑的作用，建議可在類(lèi)似工程中進(jìn)一步加以推廣。

[1] 王衛(wèi)東,王建華.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的設(shè)計(jì)、分析 與實(shí)例[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2007.

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