邢慶祝，馮仕軒，古志文

（廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院 廣州 510080）

隨著城市地下空間的不斷開(kāi)發(fā)建設(shè)，特別是在大規(guī)模的舊城改造，城市地下交通高速發(fā)展的背景下，基坑工程往往在密集的建筑物和復(fù)雜的地下環(huán)境下開(kāi)挖。一方面基坑開(kāi)挖極易導(dǎo)致周圍臨近建筑產(chǎn)生變形損壞，影響建筑物正常使用和其耐久性［1］；另一方面，原有的臨近建筑物也影響基坑工程的設(shè)計(jì)、施工。

近幾年基坑開(kāi)挖與周圍建筑物的相互影響問(wèn)題受到了廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖引起的基坑和鄰近建筑物的沉降、變形做了許多研究。MANGUSHEV 等人［2］依托實(shí)際工程，通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中臨近建筑物發(fā)生沉降變形的原因進(jìn)行了研究，并采用有限單元法計(jì)算了加固后的臨近建筑物的沉降；鄭剛等人［3］通過(guò)構(gòu)建模型對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生懸臂式、踢腳式、內(nèi)凸式及復(fù)合式不同結(jié)構(gòu)變形形式的基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物的影響對(duì)比進(jìn)行了分析；王浩然等人［4］以上海某具體工程為對(duì)象，通過(guò)土體硬化模型的三維有限元數(shù)值模擬和工程實(shí)測(cè)進(jìn)行對(duì)比分析，研究了敏感環(huán)境下深基坑開(kāi)挖時(shí)基坑變形及其對(duì)周邊環(huán)境的影響；歐自珍［5］以某中密砂卵石地區(qū)建筑深基坑為例，采用有限差分軟件建立分析模型，從支護(hù)結(jié)構(gòu)和建筑物基礎(chǔ)類型等2 個(gè)方面5 個(gè)因素深入探討超深基坑開(kāi)挖對(duì)建筑物沉降的影響；張治國(guó)等人［6］采用三維有限元軟件建立大底盤多塔樓模型，研究了基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近大底盤多塔樓變形的影響以及大底樓盤樁基和板筏的變形規(guī)律。劉睿［7］用有限元軟件建立北京地鐵14 號(hào)線望京站三維模型，分析了兩個(gè)明挖基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律和基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物的差異沉降及側(cè)移的影響；王雷［8］依托昆明富水地區(qū)某地鐵車站深基坑開(kāi)挖工程，考慮滲流影響，通過(guò)數(shù)值模擬方法對(duì)比分析了基坑分區(qū)降水開(kāi)挖和整體降水開(kāi)挖對(duì)鄰近建筑物變形的影響；李鋼等人［9］依托某樁錨支護(hù)深基坑工程，建立了深基坑支護(hù)體系與鄰近建筑物的三維計(jì)算模型，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，研究了深基坑開(kāi)挖而引起的鄰近建筑變形特征和沉降穩(wěn)定性等問(wèn)題；劉情情等人［10］通過(guò)有限元數(shù)值計(jì)算分析與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)兩種方式對(duì)某圍繞建筑物多側(cè)面開(kāi)挖的基坑工程對(duì)超臨近建筑物的影響進(jìn)行了分析。但是，既有的研究成果主要針對(duì)建筑物單側(cè)有基坑的工程，對(duì)多側(cè)面存在基坑的研究極少，特別是不是單一基坑。為研究多側(cè)面基坑（有兩個(gè)不同的基坑）開(kāi)挖與周圍既有建筑物的相互影響進(jìn)行，本文以廣州某建筑基坑為例，從設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)分析討論既有建筑物對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的影響，從實(shí)測(cè)的變形資料分析基坑開(kāi)挖對(duì)既有建筑物沉降變形及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的影響，可為類似基坑工程的設(shè)計(jì)和科學(xué)施工提供參考。

1 工程概況與工程地質(zhì)條件

既有建筑物北側(cè)和東側(cè)有一基坑（新建基坑1），開(kāi)挖深度為10.90～12.00 m，基坑支護(hù)周長(zhǎng)326 m。既有建筑物有一層地下室，西側(cè)建筑邊線距基坑支護(hù)邊線局部?jī)H1.8 m。既有建筑物南側(cè)有一基坑（新建基坑2），基坑開(kāi)挖深度為8.0 m，基坑周長(zhǎng)約102 m（詳見(jiàn)圖1）。

圖1 工程分布平面及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置Fig.1 Layout Chart of Engineering Distribution and Foundation Pit Retaining Structure

場(chǎng)地土層（見(jiàn)圖2）：〈1〉人工填土、〈2-1〉粉質(zhì)黏土、〈2-2〉中砂或粗砂、〈2-3〉中砂或粗砂、〈3〉砂質(zhì)粘性土、〈4-1〉全風(fēng)化花崗巖、〈4-2〉強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、〈4-3〉中風(fēng)化花崗巖、〈4-4〉微風(fēng)化花崗巖。其中〈2-1〉粉質(zhì)黏土具有高含水率、高孔隙比、低強(qiáng)度、高壓縮性等不良地質(zhì)特征；〈2-2〉、〈2-3〉中砂或粗砂，滲透系數(shù)（K）達(dá)15 m/d，屬于強(qiáng)透水層。場(chǎng)地穩(wěn)定地下水埋深0.40～2.20 m。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)分析

新建基坑1 西側(cè)D1F1 段采用咬合排樁+2 道支撐梁支護(hù)和止水，F(xiàn)1A、AB、DD1段采用排樁+2道支撐梁支護(hù)，BC、CD 段采用排樁+2 道錨索支護(hù)，采用三軸攪拌樁進(jìn)行止水。新建基坑2 采用排樁+1 道支撐梁支護(hù)，采用三軸攪拌樁進(jìn)行止水（見(jiàn)圖1、圖3）。

圖3 支護(hù)剖面及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形曲線Fig.3 Support Profile and Support Structure Deformation Curve （mm）

設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在新建基坑1西側(cè)與既有建筑物緊鄰一側(cè)D1F1段（見(jiàn)圖1）。該段施工空間有限，既有建筑物地下室外墻及基礎(chǔ)承臺(tái)局部貼著支護(hù)樁，局部一層地下室標(biāo)高的承臺(tái)與支護(hù)樁重合，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工極易對(duì)地下室產(chǎn)生影響。此外，從圖2 可以看出該段存在較厚的強(qiáng)透水砂層，基坑止水設(shè)計(jì)要求高。既有建筑物原有的基坑攪拌樁長(zhǎng)度無(wú)法滿足本次開(kāi)挖基坑的止水要求，且在攪拌樁區(qū)域無(wú)法開(kāi)展普通攪拌樁機(jī)或三軸攪拌樁機(jī)鉆進(jìn)工作，若采用旋噴樁止水，該區(qū)域砂層厚，無(wú)法保證成樁及止水效果，既有建筑地下室及其基礎(chǔ)的安全無(wú)法保證。既有建筑物地下室與新建地下室之間設(shè)計(jì)有連接通道，支護(hù)設(shè)計(jì)必須考慮通道的支護(hù)及施工工序。

針對(duì)上訴情況，經(jīng)方案論證、比對(duì)后，基坑西側(cè)D1F1 段采用咬合排樁+2 道支撐梁支護(hù)和止水。在有限施工空間內(nèi)，采用旋挖樁機(jī)穿過(guò)原有攪拌樁墻，并穿過(guò)砂層入不透水層，減少了對(duì)已有地下室及基礎(chǔ)的影響，保證基坑支護(hù)安全。對(duì)于西南側(cè)局部一層地下室標(biāo)高的承臺(tái)與支護(hù)樁重合區(qū)域，采用支護(hù)樁作為局部一層地下室承臺(tái)的樁基礎(chǔ)，施工時(shí)預(yù)留在新舊地下室之間需做通道及基礎(chǔ)（負(fù)一層標(biāo)高處）的位置，提前施工咬合樁支護(hù)。在負(fù)二層地下室施工完成后，回填至負(fù)一層，施工400 mm 厚素混凝土換撐板，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，可采用人工鑿除部分西南側(cè)的支護(hù)樁至負(fù)一層標(biāo)高，施工連接通道及承臺(tái)。

3 實(shí)測(cè)的變形資料分析

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移分析

根據(jù)以往學(xué)者的研究成果，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形式歸納為懸臂式、踢腳式、內(nèi)凸式及復(fù)合式等4 種形式［3］，并可通過(guò)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、插入深度及支撐剛度等來(lái)調(diào)整圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形形式。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算分析表明，懸臂排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)樁身側(cè)移呈“倒三角”（類似懸臂式）的線性變形模式［11］；有支撐系統(tǒng)的排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，隨著基坑的開(kāi)挖和鋼支撐的架設(shè)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形曲線由線性變化逐漸向“弓”字形（類似復(fù)合式）轉(zhuǎn)化，最大水平位移發(fā)生的位置也隨著下移，并且最大位移位置大約在基坑開(kāi)挖深度的2/3 處［12］。

本基坑（新建基坑1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形形式整體看接近懸臂式（“倒三角”），最大變形量出現(xiàn)在頂部，與常規(guī)經(jīng)驗(yàn)不符（見(jiàn)圖3）。其原因主要為：①受周圍建筑物影響，基坑開(kāi)挖深度最大12 m，采用咬合排樁（或排樁）+2 道混凝土支撐梁支護(hù)或排樁+2道錨索支護(hù)，圍護(hù)樁和支撐體系剛度很好地限制了位移的進(jìn)一步發(fā)展；②下部土體土質(zhì)較好也有助于減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)深部變形。

3.2 既有建筑物沉降分析

根據(jù)以往的研究成果及工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于單側(cè)面有基坑開(kāi)挖的建筑物，一般是靠近基坑的建筑物產(chǎn)生的沉降量要大于遠(yuǎn)離基坑的一端，遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的建筑物甚至有隆起，建筑物產(chǎn)生部分傾斜。也有研究表明，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生懸臂形式變形時(shí)，坑外地表沉降的最大值往往發(fā)生在圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻邊，或發(fā)生在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)附近，對(duì)于鄰近的建筑物，其沉降曲線撓曲曲率最大點(diǎn)并非發(fā)生在沉降最大點(diǎn)處，而是發(fā)生在距圍護(hù)結(jié)構(gòu)約為2.5～3.0倍開(kāi)挖深度處［3］。此外，對(duì)于多側(cè)面有基坑開(kāi)挖的建筑物，有研究顯示：基坑臨著既有建筑3 個(gè)側(cè)面進(jìn)行開(kāi)挖，既有建筑物在臨基坑側(cè)（裙房區(qū)）產(chǎn)生隆起變形、遠(yuǎn)離基坑側(cè)（主樓區(qū)）產(chǎn)生沉降變形［10］。

本項(xiàng)目既有建筑物累計(jì)沉降曲線如圖4所示?？梢钥闯觯饲€形式與以往的研究成果曲線有較大不同。曲線在前25 d 迅速下降，沉降量普遍達(dá)到最大值，第26～50 d 處于沉降穩(wěn)定期，之后第51～70 d 曲線逐漸回升，累計(jì)沉降量減小，甚至個(gè)別觀測(cè)點(diǎn)發(fā)生隆起變形，之后曲線又緩慢下降，隨著基坑的回填，逐漸趨于穩(wěn)定。

圖4 既有建筑物累計(jì)沉降曲線Fig.4 Cumulative Settlement Curve of Existing Buildings

結(jié)合本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部累計(jì)沉降曲線（見(jiàn)圖5）分析，可以看出新建基坑2 頂部累計(jì)沉降曲線走勢(shì)與既有建筑物累計(jì)沉降曲線相似，前20 d 迅速下降，后緩慢回升后又逐漸下降。新建基坑1沉降曲線整體緩慢下降。

圖5 基坑頂部累計(jì)沉降曲線Fig.5 Cumulative Settlement Curve of Foundation Pit Top

從圖4、圖5 中發(fā)現(xiàn)，隨著新建基坑1 兩個(gè)區(qū)域的先后開(kāi)挖，前期（新建基坑全面開(kāi)挖至4 m時(shí)）沒(méi)有加劇新建基坑2 和既有建筑物的沉降，反而使其加速回升，后期，隨著基坑的開(kāi)挖深度加深，既有建筑物沉降曲線和新建基坑2 基坑頂沉降曲線又緩慢下降至趨于穩(wěn)定。

3.3 地下水位累計(jì)變化分析

本項(xiàng)目基坑周邊地下水位累計(jì)變化曲線如圖6所示。SW7、SW8曲線顯示在第35 d前，地下水位不斷升高，之后逐漸下降；其他曲線整體走勢(shì)先下降，后趨于穩(wěn)定。第98 d、100 d，新建基坑1 西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)靠近坑底位置先后有3 處發(fā)生涌水、涌砂（發(fā)生后施工方及時(shí)組織應(yīng)急堵漏搶險(xiǎn)，并組織相關(guān)人員開(kāi)展專題會(huì)議，制定專項(xiàng)處置方案，采用了基坑內(nèi)堵漏+支護(hù)樁外側(cè)注漿堵漏的處理方案），此時(shí)曲線有明顯下降，SW4 直接遭到破壞。但對(duì)比圖4、圖5 可知，無(wú)論是水位的上升還是水位急速下降，曲線均沒(méi)有大的變化。而在靠近涌水點(diǎn)1（見(jiàn)圖1）的基坑南側(cè)，地面發(fā)生了塌陷。分析其原因，對(duì)于樁基礎(chǔ)的既有建筑物，短暫的地下水上升、下降對(duì)其沉降影響不大；但對(duì)于砂層較厚的未處理的土層，則因?yàn)橛克⒂可?，極易造成塌陷［13］。

圖6 地下水位累計(jì)變化曲線Fig.6 Cumulative Variation Curve of Groundwater Level

4 結(jié)論

為研究多基坑開(kāi)挖與周圍建筑物的相互影響，依托某工程項(xiàng)目，從設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)的角度分析討論了既有建筑物對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工的影響；從實(shí)測(cè)的變形資料分析探討了基坑開(kāi)挖對(duì)既有建筑物沉降變形的影響。分析探討結(jié)果表明：

⑴ 存在較厚強(qiáng)透水砂層場(chǎng)地開(kāi)展基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，必須做好基坑止水設(shè)計(jì)，施工時(shí)需特別注意施工質(zhì)量，防治因施工質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致涌砂、涌水等問(wèn)題，從而影響既有建筑物變形問(wèn)題和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題，或造成地面塌陷等問(wèn)題。一旦出現(xiàn)涌砂、涌水情況，應(yīng)及時(shí)組織應(yīng)急堵漏搶險(xiǎn)，并組織相關(guān)人員開(kāi)展專題會(huì)議，制定專項(xiàng)處置方案，可采用基坑內(nèi)堵漏+支護(hù)樁外側(cè)注漿堵漏的處理方案。

⑵緊鄰既有建筑物基坑設(shè)計(jì)時(shí)要考慮施工空間和原有地下構(gòu)筑物的影響，采用咬合樁可以很好地解決有限空間范圍內(nèi)基坑支護(hù)及止水問(wèn)題，但需注意兩樁搭接的施工質(zhì)量。

⑶對(duì)于多基坑工程場(chǎng)地，應(yīng)合理設(shè)計(jì)基坑的開(kāi)挖順序和開(kāi)挖速度，避免同時(shí)大開(kāi)挖。合理的開(kāi)挖順序和速度，對(duì)既有建筑物沉降變形的影響可能不是疊加加強(qiáng)，反而有減弱作用。

⑷圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移變形形式受圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度、插入深度、支撐剛度及場(chǎng)地地質(zhì)水文情況等影響，對(duì)于有支撐系統(tǒng)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，深層水平位移變形形式很可能更接近懸臂式，而非常規(guī)經(jīng)驗(yàn)所認(rèn)為的復(fù)合式（或“弓”字形）。

⑸水位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)基坑涌水、滲水反應(yīng)最靈敏，其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)一般有一定的滯后性或沒(méi)有明顯反應(yīng)。