孫廣利，劉 衛(wèi)

吉林建筑大學 測繪與勘查工程學院,長春 130118

隨著城市化進程的快速發(fā)展,建筑物在結(jié)構(gòu)、功能等方面的發(fā)展要求越來越高,由此出現(xiàn)了技術復雜、開挖越來越深的基坑,由于周圍環(huán)境對基坑開挖的影響變化,故在基坑開挖設計時對周圍環(huán)境的影響因素應進行全面了解,以避免在后續(xù)施工過程中周圍環(huán)境對擬建工程產(chǎn)生持續(xù)破壞.

本文針對已有建筑物與基坑開挖的水平距離,分析建筑物對基坑在不同距離時的變化特征采取相應的保護措施,減少已有建筑物對基坑開挖的影響,從而避免施工過程中發(fā)生事故.

1 工程實例

1.1 工程概況

濟南市槐蔭區(qū)某項目擬開挖基坑長75.00 m,寬 60.00 m,開挖深度為9.00 m.在擬建項目西側(cè)已有一幢高48.00 m建筑物,地下2層,埋深9.00 m,基坑面積約為4 500.00 m2.根據(jù)基坑開挖地層條件及深度,應對基坑側(cè)壁進行錨桿支護,同時基坑周邊應盡量避免較大荷載的擾動.在建筑物距離基坑開挖10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m位置四周全部采用錨桿加固[1].

1.2 場地地質(zhì)條件

開挖基坑土質(zhì)為第四系全新統(tǒng)～上更新統(tǒng)沖洪積地層,上邊覆蓋土層為人工填土,下伏燕山期侵入形成的閃長巖巖體,基坑開挖到粉質(zhì)黏土層[2].詳情見表1，表2.

表1 各土層物理特性

表2 土層物理力學指標

地下水位隨著季節(jié)及氣象周期呈現(xiàn)季節(jié)性變化,水位年變化幅度在2.00 m～3.00 m之間.基坑開挖施工時,可采用井管降水,確保地下水位保持在基坑底面以下0.50 m～1.50 m[3].在基坑降水時,由于時間較長,可能引起周圍地面及建筑物下沉等不良情況,此時應對地下水進行合理的結(jié)構(gòu)支護.

根據(jù)基坑開挖地層條件及深度,基坑開挖采用樁錨支護的結(jié)構(gòu)保護措施,同時在基坑開挖時周邊應盡量避免較大的動、靜荷載.

2 三維數(shù)值模擬分析

2.1 有限元模型的建立

采用有限元模擬分析軟件MIDAS/GTS NX構(gòu)建已有建筑物與基坑開挖的模型.有限元模型尺寸為長180.00 m、寬180.00 m、厚50.00 m，模型基坑的開挖面積約為4 500.00 m2,其中基坑長75.00 m,寬 60.00 m,開挖深度約為9.00 m.分別模擬出已有建筑物距離基坑10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m的模型三維效果圖,如圖1所示.

(a)距離建筑物10.00 m

2.2 參數(shù)取值

在基坑三維數(shù)值模擬分析時,為了得到準確、詳細的基坑開挖過程的變形位移與應力特征,巖土體和建筑物的物理力學參數(shù)的取值至關重要[4].巖土體的重度、黏聚力及內(nèi)摩擦角依據(jù)巖土工程勘察報告取值[5].

依據(jù)現(xiàn)有《建筑地基基礎設計規(guī)范》有關規(guī)定[6],根據(jù)土工試驗、標準貫入試驗、重型動力觸探試驗并結(jié)合當?shù)亟ㄖ?jīng)驗,計算出各土層承載力特征值fak及滲透系數(shù)k，見表3.

表3 承載力特征值及變形參數(shù)

2.3 模擬結(jié)果分析

根據(jù)模擬情況將基坑的開挖分為以下4個工況：① 基坑開挖4.50 m豎向位移;② 基坑開挖4.50 m總位移;③ 基坑開挖9.00 m豎向位移;④ 基坑開挖9.00 m總位移.

2.3.1 基坑底部位移分析

已有建筑物分別距離10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m的位置對基坑開挖9.00 m的總位移分析,如圖2所示.

從圖2中可以看出,在已有建筑物荷載一定時：

(a)距離建筑物10.00 m

(1)在建筑物距離基坑開挖10.00 m水平距離時,基坑底部以及東、西、北方向發(fā)生豎向隆起,其中最大隆起約為7.72 mm,基坑部分發(fā)生豎向隆起約為5.79 mm.

(2)在建筑物距離基坑開挖20.00 m水平距離時，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.58 mm.

(3)在建筑物距離基坑開挖30.00 m水平距離時，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.57 mm.

(4)在建筑物距離基坑開挖40.00 m水平距離時，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為5.43 mm.

(5)在建筑物距離基坑開挖50.00 m水平距離時，基坑底部發(fā)生豎向隆起約為4.97 mm.

(6)通過數(shù)值模擬分析基坑開挖總位移的基本情況可知，在基坑開挖時,已有建筑物荷載作用下對基坑開挖產(chǎn)生豎向隆起,而隨著建筑物與基坑開挖水平距離的增加,已有建筑物對基坑開挖產(chǎn)生的豎向隆起主要發(fā)生在基坑邊緣,隨著已有建筑物與基坑開挖距離的增加，對基坑底部的豎向隆起呈現(xiàn)減少趨勢[7].

2.3.2 其他位移分析

在基坑開挖4.50 m,9.00 m時發(fā)生的豎向位移以及基坑的總位移,已有建筑物與基坑開挖的距離在30.00 m以內(nèi)時,基坑開挖產(chǎn)生的位移變化較大,而在距離30.00 m以后基坑開挖產(chǎn)生的位移變化趨勢減小.隨著建筑物與基坑水平距離的增加,其影響程度也整體呈現(xiàn)減少趨勢,如圖3所示.

圖3 水平距離對基坑開挖位移趨勢

3 結(jié)論

本文通過三維數(shù)值模擬分析已有建筑物在距離基坑開挖10.00 m,20.00 m,30.00 m,40.00 m,50.00 m水平距離時對基坑開挖過程的影響,針對已有建筑物對不同距離的基坑開挖及深度的變化,得出以下結(jié)論：

(1)通過三維數(shù)值模擬分析,在基坑開挖時,隨著已有建筑物與基坑開挖水平距離的增加,其對基坑開挖產(chǎn)生的位移呈線性變化趨勢，并逐漸減小.基坑開挖深度至9.0 m,已有建筑物距離基坑開挖10.00 m時,由于建筑物距離基坑開挖較近，其產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)荷載施加在基坑周圍,因此發(fā)生豎向隆起的變化最大.

(2)已有建筑物對基坑開挖在10.00 m～30.00 m的范圍內(nèi)產(chǎn)生的位移變化趨勢較大,而在30.00 m以后的距離時產(chǎn)生的位移變化趨勢較小,整體而言,隨著已有建筑物與基坑開挖水平距離的增大,基坑開挖產(chǎn)生的豎向位移近似線性且逐漸呈減小趨勢.

(3)在城市地區(qū)基坑開挖時應保持與已有建筑物的水平距離,當基坑開挖附近存在已有建筑物時應采取相應的保護措施,以避免建筑物發(fā)生局部傾斜以及基坑產(chǎn)生隆起、變形等,同時在基坑開挖時應充分考慮基坑周圍產(chǎn)生的動荷載對基坑的影響,盡量減少動荷載對基坑的擾動.