馮世開,李大路，王 飛

（中冀建勘集團有限公司,河北 石家莊 050200）

基坑工程是傳統(tǒng)的涉及廣泛的巖土工程課題，不僅涉及到土力學(xué)的相關(guān)知識，還涉及到了結(jié)構(gòu)力學(xué)和機械工程等學(xué)科的相關(guān)技術(shù)?；娱_挖不但對自身的變形和應(yīng)力場有影響，還對周圍環(huán)境具有較大影響[1-3]。對于基坑工程的變形規(guī)律，霍潤科[4]通過分析基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出了基坑墻體最大側(cè)向位移與隆起安全系數(shù)有關(guān)；劉念武[5]通過分析基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)后得出了支護結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移發(fā)展規(guī)律；祝文化[6]通過分析基坑建設(shè)，提出坑外荷載對沉降影響大而對側(cè)向位移影響小的結(jié)論?；娱_挖會改變地基土中應(yīng)力場分布和滲流坡度，從而改變地基土的變形，間接影響臨近建筑物基礎(chǔ)的變形，嚴重時會使臨近基礎(chǔ)發(fā)生傾斜甚至建筑倒塌[7-9]。周沈華[10]通過分析影響基坑變形的主要因素和周邊地表的影響范圍，提出了地表沉降的計算式；應(yīng)宏偉[11]等對軟土基坑工程進行了二維有限元分析，并把土體的固結(jié)效應(yīng)加以討論；陳昆等[12]通過數(shù)值模擬提出了基于強度折減法的基坑周圍環(huán)境的安全系數(shù)實用計算方法。本文基于實際工程監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，采用三維數(shù)值計算和監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式，分析了基坑工程對鄰近建筑物安全影響的主要影響因素，為基坑工程安全開挖提供參考。

1 工程概況

擬建長沙市某隧道工程，分為南北雙線，南北線各設(shè)置一座接收井，分為4條匝道，本文基于D匝道基坑工程及鄰近房屋變形進行監(jiān)測、分析及研究。該基坑工程寬10.8m，深16.6m?；又黧w施工方式為明挖法，采用分段分層的方式進行開挖，基坑范圍內(nèi)降水采用基內(nèi)降水法，支護結(jié)構(gòu)采用轉(zhuǎn)孔灌注樁及鋼板樁和內(nèi)支撐的結(jié)構(gòu)支護。

根據(jù)地質(zhì)勘探報告，施工及影響范圍內(nèi)地層主要由人工堆積物、粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土和粉質(zhì)粘土組成。該工程范圍內(nèi)地貌為典型的河流侵蝕地貌，工程地質(zhì)和水文地質(zhì)復(fù)雜。該工程范圍內(nèi)地層分布自上而下如表1所示。

表1 基坑范圍地層分布

2 基坑工程臨近建筑物沉降、傾斜監(jiān)測

為研究基坑工程對周圍環(huán)境的變形影響，在臨近建筑物相應(yīng)位置設(shè)置變形監(jiān)測點以監(jiān)測臨近基坑的建筑物在施工期間的沉降及傾斜，共設(shè)置監(jiān)測點6個，如圖1所示。

圖1 臨近建筑物監(jiān)測點布置圖

3 深基坑工程臨近建筑物變形分析

依據(jù)監(jiān)測點所得數(shù)據(jù)，以時間為橫坐標，累計沉降量為縱坐標繪出臨近基坑建筑物沉降發(fā)展曲線如圖2和圖3所示。根據(jù)沉降發(fā)展曲線，1號建筑的最大沉降為5mm，最小累計沉降為3.8mm，日最大沉降為2.5mm。2號建筑物的最大沉降為4mm，最小累計沉降為2.5mm，其中日最大沉降量為2.48mm。

圖2 測點S1-S3沉降發(fā)展曲線

圖3 測點S4-S6沉降發(fā)展曲線

對比兩個建筑物的沉降量，可知在其他施工變量一致時，離基坑較遠的2號建筑的最大沉降顯然小于距基坑較近的1號建筑，這是因為建筑物自重的作用，使建筑物受到自基坑工程影響時其擾動將會放大，使基坑工程的影響范圍內(nèi)，建筑物沉降和與基坑的距離呈現(xiàn)出負相關(guān)的特性。

從1號建筑各個監(jiān)測點沉降發(fā)展曲線可知，在施工前幾天，建筑的沉降發(fā)展模式基本符合整體沉降，然而隨后1號建筑物表現(xiàn)出與基坑方向相反的傾斜趨勢，然后這種傾斜趨勢進一步發(fā)展，最后趨于平緩。不同建筑物的沉降曲線在監(jiān)測的后期產(chǎn)生明顯波動，這是因為基坑回填土過程中拆除了支撐結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的。

4 深基坑工程對臨近建筑物變形數(shù)值模擬分析

為分析基坑變形及與周邊環(huán)境關(guān)鍵控制因素，利用有限元軟件FLAC3D，建立基坑工程、支護結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的數(shù)值模型，對砂卵石基坑整體工程變形及其對臨近建筑物變形影響進行分析計算。

為減小邊界效應(yīng)對模型的影響，模型底部邊界與上邊界距離為60m，三維計算模型中取基坑尺寸為100m×11m×17m，模型的整體尺寸為250m×120m×60m。模型中的土層采用8節(jié)點六面體單元模擬，為減小計算時間，對靠近基坑的土體采用網(wǎng)格密集化處理，而靠近邊界的網(wǎng)格則更為疏散。

4.1 本構(gòu)模型及工況設(shè)置

本模型計算旨在對基坑開挖引起的臨近建筑物變形進行初步探究，結(jié)合前人研究，選取土體的本構(gòu)模型為摩爾—庫倫本構(gòu)模型，該模型也是經(jīng)常用于模擬實際土體變形及受力情況的土體本構(gòu)模型，土體的變形包括剪切變形、拉伸準則以及彈塑性理論等。

為分析基坑加固情況對臨近建筑物的變形影響，結(jié)合實際基坑工程，共設(shè)置了兩種工況，分別為基坑圍護墻與建筑物之間的土體不進行加固和進行加固處理，基坑采取轉(zhuǎn)孔灌注樁地連墻支護，在實際工程中土體具有加固措施。

4.2 測點布置

為研究匝道基坑開挖對臨近建筑物的影響，本計算模型的監(jiān)測點以基坑工程實際監(jiān)測點布置為準，如圖1所示，共有6個數(shù)值模型監(jiān)測點。

4.3 建筑物傾斜分析

未采取土體加固措施的情況下，基坑監(jiān)測點側(cè)向位移曲線如圖4所示。在基坑開挖前期，監(jiān)測建筑物并無發(fā)生明顯的傾斜現(xiàn)象，當(dāng)基坑開挖到一定階段后，最大傾斜量發(fā)展到11mm，而在基坑開挖后期，建筑物的傾斜進一步發(fā)展，達到了25mm，該值已經(jīng)接近建筑物警報值。

當(dāng)土體采取加固措施時，基坑開挖所引起的臨近建筑物監(jiān)測點傾斜曲線如圖4所示。在基坑剛開始開挖的前期，建筑物并無明顯傾斜發(fā)生，當(dāng)基坑開挖進行到一定階段后，建筑物發(fā)生了反方向的傾斜現(xiàn)象，最大傾斜量在1.0mm左右，而在基坑開挖后期，建筑物傾斜量進一步發(fā)展，達到了20mm。對比基坑加固或不加固兩種工況，可知當(dāng)土體具有加固措施時，建筑物的傾斜有明顯的減小趨勢，傾斜量得到了有效的控制。

圖4 不同工況下測點S1傾斜發(fā)展曲線

4.4 建筑物沉降分析

當(dāng)土體采取加固措施時，基坑開挖引起的臨近建筑物沉降曲線如圖5所示。在基坑開挖的前期，建筑物的沉降值出現(xiàn)較大波動，測點最大沉降為2mm，當(dāng)基坑開挖進行到一定階段后，測點最大沉降為12mm，當(dāng)基坑開挖進行到后期時，最大沉降量高達52mm。

當(dāng)土體未采取加固措施時，基坑開挖引起的臨近建筑物沉降曲線如圖5所示?？梢钥闯鲈诨觿傞_始開挖的前期，建筑物的差異沉降就開始出現(xiàn)，最大沉降量為1.2mm，當(dāng)基坑開挖進行到一定階段后，最大沉降量為8mm，當(dāng)基坑開挖進行到后期時，最大沉降為45mm，曲線為平緩型，建筑物沉降最大值在安全范圍內(nèi)。

圖5 不同工況下測點S1沉降發(fā)展曲線

根據(jù)兩種工況的對比分析，可知土體加固均有利于建筑物的傾斜和沉降控制，而且在基坑開挖的過程中，土體加固也使臨近建筑物的變形發(fā)展更趨于平緩。

5 結(jié)論

本文為分析深基坑開挖對臨近建筑物的影響，結(jié)合實際工程，采用監(jiān)測數(shù)據(jù)分析和有限元模擬等方法，得到以下結(jié)論：

（1）對比兩個距離不同的相鄰建筑物沉降曲線，可知距離較近的建筑物比較遠者的沉降發(fā)展要更明顯，這是由于樁的施工、基坑開挖和支護拆除等對施工工序?qū)嚯x較為敏感的緣故；

（2）當(dāng)土體未加固時，基坑開挖會引起相鄰建筑物的傾斜和沉降等變形影響，且隨著開挖不斷進行，這種變形趨勢愈加嚴重；

（3）對比土體加固和未加固兩種工況，可知土體加固可以提高土體的局部穩(wěn)定性，有利于土體和臨建建筑物的變形控制。