尹海松，李紀(jì)果，趙青羽，丁國治，劉伯江

（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100176）

1 引言

相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖影響性研究，是針對城市化建設(shè)中，高層建筑數(shù)量增多，加上地下工程范圍擴(kuò)大，建筑密集度增加，在這種情況下，如果不能對基坑開挖科學(xué)處理，必然會(huì)影響周圍相鄰建筑結(jié)構(gòu)的安全。正因?yàn)槿绱?，必須加大具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖的影響性研究力度，注意新建基坑施工期間，隨時(shí)觀察周圍沉降情況，并且還要對地層移動(dòng)提高重視。將基坑開挖對相鄰建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響降到最低，同時(shí)保證基坑開挖施工質(zhì)量。

2 具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖影響性研究現(xiàn)狀

具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖的影響性研究作為近些年建筑結(jié)構(gòu)升級，穩(wěn)定性保證的基礎(chǔ)，當(dāng)下研究觀點(diǎn)眾多。參考陳志敏，歐陽康淼等人的研究，對當(dāng)前基坑開挖對周圍相鄰建筑結(jié)構(gòu)的影響的計(jì)算方法展開全面驗(yàn)證，并且以彈性理論為基礎(chǔ)，總結(jié)出具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖應(yīng)力變化計(jì)算公式，研究的參考對象為隧道周圍土體[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與研究人員的增多，基坑工程中不同階段對周圍建筑結(jié)構(gòu)影響，均可以通過有限元方法對位移等進(jìn)行模擬，及時(shí)掌握現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，并且對比模擬結(jié)果，定量分析十分準(zhǔn)確。這為具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖影響性研究提供了有利條件，同時(shí)，為后期基坑施工研究以及對相鄰建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的控制等提供參考[2]。

3 剖析影響基坑開挖出現(xiàn)變形的因素

對于基坑開挖施工來講，如果開挖期間不能做好防護(hù)處理，受到多方因素的影響，基坑開挖結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)變形?；娱_挖施工環(huán)境特殊，巖土體會(huì)對施工產(chǎn)生比較大的卸荷作用，基坑會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，尤其是底面、位移場以及側(cè)壁等。觀察基坑開挖變形，以土體隆起或者相鄰建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯傾斜等表現(xiàn)為主。

3.1 明確基坑開挖變形特點(diǎn)

基坑開挖中，因?yàn)樾逗勺饔茫又ёo(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形，加上地表沉降的影響，導(dǎo)致沉降量比值波動(dòng)，所以基坑出現(xiàn)明顯變形?？偨Y(jié)基坑開挖變形，具體特點(diǎn)如下：

1）大變形。基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)大變形時(shí)，雖然坍塌并不嚴(yán)重，但是，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重影響，沉降情況十分明顯[3]。這種情況下，若基坑位置處于密集建筑結(jié)構(gòu)群，相鄰建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度沉降，嚴(yán)重的情況下甚至出現(xiàn)開裂、失穩(wěn)等。近些年，基坑施工技術(shù)不斷升級創(chuàng)新，對大變形下相鄰建筑結(jié)構(gòu)受影響的情況控制得非常好，嚴(yán)重變形或者開裂等現(xiàn)象的出現(xiàn)率極低[4]。當(dāng)然，若基坑施工期間遇到敏感建筑或者特殊建筑結(jié)構(gòu)，基坑開挖施工還需要特別注意。

2）小變形。小變形主要指基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形并不明顯。但是，基坑施工計(jì)算不能局限于基坑施工本身，還需要考慮到周圍建筑結(jié)構(gòu)[5]。具體設(shè)計(jì)不僅要對強(qiáng)度有效控制，還要將支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力有效控制，能夠?qū)⑵溆绊懶越档阶畹?，由此來提高基坑施工、相鄰建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

3.2 影響因素剖析

基坑卸載影響因素主要體現(xiàn)在3方面：（1）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯位移變形。排除不可避免的物理力學(xué)性質(zhì)等因素，基坑施工期間，剛度的設(shè)定、入土深度的計(jì)算以及支撐體系選擇等都是主要影響因素[6]。此外，還要對錨桿支護(hù)處理提高關(guān)注度。（2）坑內(nèi)土體隆起情況，影響因素以開挖面積、深度為主，同時(shí)卸荷時(shí)間、工程樁分布等也會(huì)對其造成影響。（3）坑周地表沉降[7]。

4 具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖影響的有限元研究

4.1 基坑開挖工程介紹

此次研究主要參考某國際機(jī)場擴(kuò)建項(xiàng)目。為滿足機(jī)場運(yùn)行需要，規(guī)劃增加下穿通道，以箱涵形式，施工方法選擇明挖法。該項(xiàng)目屬于機(jī)場內(nèi)部擴(kuò)建，與空管指揮塔緊密相鄰，同時(shí)銜接主要滑行道，因此，施工難度比較大?；邮┕ひ?guī)劃等級均按照航空機(jī)場相關(guān)規(guī)范，安全等級必須達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。基坑施工地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，地下4.25 m以下均屬于中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，裂隙類型以直立、陡傾角為主，并沒有順層結(jié)構(gòu)面?；谶@種情況，有限元研究中，可以將結(jié)構(gòu)面影響排除。相鄰建筑結(jié)構(gòu)主體為框架-剪力墻。通過對已有建筑結(jié)構(gòu)的分析可以發(fā)現(xiàn)，其地基承載條件比較好。

4.2 創(chuàng)建有限元模型

結(jié)合基坑施工地質(zhì)調(diào)查情況，有限元模型分2種模式：一種為全土質(zhì)基坑；另一種為土-巖二元結(jié)構(gòu)基坑。平面應(yīng)變模型主要通過混合網(wǎng)格生成器的方式形成，此為有限元模型主要代表?；邮┕ぶ袔r土體模型則選擇修正摩爾-庫倫模型為主。有限元模型建立期間，為了將分析過程簡化，統(tǒng)一建筑設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)均為1個(gè)剛體，模型建立中加入建筑物自重，并且以實(shí)體單元建模為切入點(diǎn)，觀察下角點(diǎn)位移量變化，以此對相鄰建筑結(jié)構(gòu)在基坑開挖中所受影響進(jìn)行描述。此次施工模型建立可以排除地下水因素，降低了模型分析的難度。

4.3 選取模型分析參數(shù)

基坑開挖施工模型分析中，參數(shù)是重要的依據(jù)。此次研究中，以修正摩爾-庫倫本構(gòu)模型為主，同時(shí)完成不同類型模型研究，如軟土、硬土雙硬化分析。及時(shí)得到基坑施工項(xiàng)目中土體相關(guān)參數(shù)，如剪漲特性、剛度等。根據(jù)剛度輸入差別，更詳細(xì)準(zhǔn)確地對剛度變化加以掌握?；邮┕ぴ谑芰^程中，剛度抵抗彈性情況會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，這些參數(shù)以實(shí)驗(yàn)方式驗(yàn)證無法保證精準(zhǔn)性，還要結(jié)合基坑施工經(jīng)驗(yàn)反復(fù)驗(yàn)證得到。根據(jù)地質(zhì)勘查情況，選取模型分析參數(shù)期間，利用參數(shù)反演的方式，提高物理力學(xué)參數(shù)的真實(shí)性。

根據(jù)對項(xiàng)目的施工情況研究，其中現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)，僅處于基坑的單一側(cè)，則基坑施工期間只需要對相鄰區(qū)域進(jìn)行影響性分析。但是如果基坑施工位置周圍均相鄰既有的建筑結(jié)構(gòu)，就需要根據(jù)實(shí)際情況去拓展影響性分析范圍。該基坑結(jié)構(gòu)為土-巖類型為主，設(shè)定基坑施工的基本深度為9.25 m，與周圍建筑結(jié)構(gòu)距離平均值為≥6.6 m?；诖?，順利開展模型分析，并根據(jù)具體工況，確定分析參數(shù)。

5 具有相鄰建筑結(jié)構(gòu)的基坑開挖的影響性分析

基坑施工與相鄰建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性一直是影響性分析重點(diǎn)。結(jié)合施工相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、穩(wěn)定性的控制與變形限制要求展開研究。

第一，參照基坑開挖設(shè)計(jì)要求，確定基坑開挖準(zhǔn)確深度后，要求必須大于相鄰建筑深度2.25 m。通過模型分析得到基坑施工中相鄰建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)位置所出現(xiàn)的位移變形云圖，清晰呈現(xiàn)出建筑結(jié)構(gòu)位移變化趨勢，逐漸靠近基坑，沉降平均差與位移量分別為0.005 2 mm、0.045 3 mm。結(jié)合GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，此次基坑施工中，相鄰建筑參數(shù)與沉降差之間的計(jì)算數(shù)值，符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，滿足穩(wěn)定性保證要求。

第二，不同巖土結(jié)構(gòu)下，基坑開挖深度存在明顯差異，需在實(shí)際開挖過程中，逐步對深度進(jìn)行調(diào)整，并且對下角點(diǎn)位移量進(jìn)行計(jì)算。首先是開挖深度根據(jù)項(xiàng)目要求增大的情況下，下角點(diǎn)位移量也會(huì)出現(xiàn)增大變化，這其間相鄰建筑結(jié)構(gòu)的地基承載力就起到重要作用。此次項(xiàng)目中相鄰建筑結(jié)構(gòu)地基地質(zhì)以白云質(zhì)灰?guī)r為主，賦予地基結(jié)構(gòu)極強(qiáng)的承載力，因此，調(diào)整開挖深度，建筑結(jié)構(gòu)所受影響比較小。

根據(jù)表1中相鄰建筑結(jié)構(gòu)所受基坑開挖影響性分析統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，土層施工過程中，相鄰建筑所受影響比較小，若開挖巖體，則相鄰結(jié)構(gòu)所受影響會(huì)增加。

表1 二元結(jié)構(gòu)下基坑開挖影響性分析

通過對相鄰建筑結(jié)構(gòu)的研究，對比基坑開挖項(xiàng)目，參考工程實(shí)施水平距離對基坑開挖與相鄰建筑結(jié)構(gòu)之間水平間距進(jìn)行設(shè)置，分別為3.0 m、10.0 m、20.0 m、30.0 m。隨后，以水平間距去計(jì)算沉降量。確定安全距離后開始基坑開挖施工，將基坑開挖對相鄰建筑結(jié)構(gòu)的影響性降到最低。

第三，全土質(zhì)基坑開挖施工，保證其他條件不變，將中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r屬性調(diào)整為填土層，隨后展開全土質(zhì)基坑開挖施工影響性研究。研究發(fā)現(xiàn)，相鄰建筑結(jié)構(gòu)所受影響與基坑開挖深度變化呈正比例關(guān)系?；娱_挖深度的確定，需參考相鄰建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)底標(biāo)高，可以保持持平狀態(tài)，同時(shí)也可以低于基礎(chǔ)底標(biāo)高，但是，不能高出基礎(chǔ)底標(biāo)高?；娱_挖與基礎(chǔ)底標(biāo)高在可控制范圍之內(nèi)，建筑物受到基坑開挖的影響，差異沉降與均勻沉降接近。但是，如果超出可控制范圍，則相鄰建筑結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)明顯變形，差異沉降也會(huì)增加，這種情況下就會(huì)危及相鄰建筑結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，通過對相鄰建筑結(jié)構(gòu)下的基坑開挖施工研究，尤其是有限元分析以及參數(shù)推算等，對于基坑開挖對相鄰建筑結(jié)構(gòu)影響性有了更準(zhǔn)確的掌握。由此可以發(fā)現(xiàn)，基坑類型的不同，對相鄰建筑結(jié)構(gòu)的影響存在明顯差異。受到基坑類型的影響，開挖的深度以及與相鄰建筑結(jié)構(gòu)之間的水平間距等都會(huì)發(fā)生變化，這種情況下，相鄰建筑結(jié)構(gòu)沉降必然會(huì)發(fā)生差異。具體基坑施工期間，相鄰建筑結(jié)構(gòu)所受影響，還要結(jié)合施工項(xiàng)目實(shí)際情況，及時(shí)掌握其中的變化規(guī)律，確定相關(guān)參數(shù)，這樣才能更好地制定加固措施，保證相鄰建筑結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，保證基坑開挖施工質(zhì)量。