程海英 馮志先

（1.安徽省水利部淮河水利委員會(huì) 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 天津 300000）

某基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響分析

程海英1馮志先2

（1.安徽省水利部淮河水利委員會(huì) 水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000 2.天津市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 天津 300000）

采用沉降觀測(cè)、變形復(fù)核等方法，計(jì)算分析基坑開挖對(duì)鄰近既有建筑物的影響以及其安全性。計(jì)算結(jié)果表明，臨近建筑物的變形滿足規(guī)范要求，該建筑物是安全的，該方法簡單合理，具有一定的參考價(jià)值。

基坑開挖；沉降觀測(cè)；變形復(fù)核；安全分析

1 引言

目前我國各地基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如火如荼，在土建工程中時(shí)常遇到在已有建筑物鄰近開挖基坑的情況，基坑開挖對(duì)鄰近建筑物自然會(huì)有不同程度的影響，甚至使既有建筑產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，影響已有建筑的使用安全，阻礙在建工程的正常進(jìn)行，加之現(xiàn)在人們法律維權(quán)意識(shí)的增強(qiáng)，必須妥善處理建設(shè)前與建設(shè)過程中與此相關(guān)的各方面問題，因此針對(duì)受影響的相鄰既有建筑物的鑒定工作顯得尤為重要。

本文運(yùn)用沉降觀測(cè)、變形復(fù)核及安全性分析等方法對(duì)某小區(qū)在建A樓基坑開挖對(duì)鄰近老樓B樓的結(jié)構(gòu)安全影響分析進(jìn)行了討論，以期對(duì)類似問題的處理有一定參考價(jià)值。

2 工程概況

該小區(qū)建筑面積約為17851.80m2，地下車庫面積約為2703.1 m2。該小區(qū)在建的A樓與西側(cè)老樓B樓之間因受規(guī)劃限制，基坑坑壁至老樓的距離約為3m。已建場(chǎng)地屬江淮丘陵區(qū)沖溝地貌單元。場(chǎng)地北高南低，地面標(biāo)高16.49～20.11m，最大高差約3.52m。

根據(jù)鉆探揭露，已建場(chǎng)地地基土層分布規(guī)律及巖性特征，地質(zhì)詳細(xì)情況見表1。

已建場(chǎng)地地下水類型為上層滯水，主要賦存于①層雜填土中，勘察期間測(cè)得靜止水位埋深為0.90～1.60m， 水 面 標(biāo) 高15.09～18.67m。場(chǎng)地地下水主要補(bǔ)給來源為大氣降水及生活用水。地下水受天氣、季節(jié)影響較明顯。

3 事故處理

在新建A樓基坑開挖過程中，發(fā)現(xiàn)西側(cè)相鄰建筑物散水坡下沉，施工單位隨即采取了部分基坑回填處理措施。為消除基坑開挖對(duì)老樓的影響，采取槽鋼排樁進(jìn)行基坑支護(hù)，對(duì)原有雜填土部分采用壓密注漿加固處理，并將新建的A樓西側(cè)筏板基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)（樁長為12m），且將樁基礎(chǔ)向東縮2.4m。

4 對(duì)既有建筑物安全影響分析

在基坑開挖期間，相鄰建筑物散水坡發(fā)生沉降，與原有建筑物脫離，可能對(duì)老建筑物安全有一定的影響。基于此，對(duì)老樓B樓在新建A樓基坑開挖施工過程中進(jìn)行沉降觀測(cè)，以及在新建A樓基坑降水期間和在變更設(shè)計(jì)工況下的地基變形和建筑物局部傾斜進(jìn)行復(fù)核是很有必要的。

4.1 基坑開挖期間沉降觀測(cè)

新建A樓在基坑開挖施工過程中必須對(duì)相鄰B樓進(jìn)行沉降觀測(cè)。在老樓B樓東面墻體上共布置3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，具體點(diǎn)位詳見沉降觀測(cè)點(diǎn)平面布置圖1。觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在距新建A樓基坑最近的老樓B樓東面墻體，離地面約0.55m。觀測(cè)頻率為每間隔1天觀測(cè)1次，觀測(cè)時(shí)間持續(xù)180天。

表1 巖土體的物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)施工單位提供的觀測(cè)數(shù)據(jù)，繪制各觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間與高程關(guān)系曲線圖2。

由圖2可以看出，離基坑坑壁最近的老樓B樓東面墻體觀測(cè)點(diǎn)2#，3#和4#點(diǎn)的高程變化很小，高程小幅波動(dòng)由地下水變化引起的，砂墊層的變形隨水位的升降而變化，并且有較好的彈性特征，一旦孔隙水壓力恢復(fù)，砂墊層變形也迅速恢復(fù)，并無滯后現(xiàn)象。然而，大氣降雨滲入砂墊層，當(dāng)遇到粉質(zhì)粘土隔水層后，繼續(xù)下滲的速度減慢，引起砂墊層迅速回彈，建筑物的沉降量也迅速減小，從而出現(xiàn)了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的微小上浮趨勢(shì)。老樓B樓東面墻體觀測(cè)點(diǎn)的沉降值及沉降差在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2002）容許范圍內(nèi)。也就說老樓B樓東面墻體在新建A樓建設(shè)期間發(fā)生的沉降量很小，對(duì)老樓B樓主體結(jié)構(gòu)安全不構(gòu)成影響。

4.2 老樓B樓變形計(jì)算分析

4.2.1 新建A樓的荷載對(duì)老樓B樓地基沉降的影響

為了保證建筑物的安全和正常使用，我們還需研究在外荷作用下，地基內(nèi)部的應(yīng)力規(guī)律及其可能產(chǎn)生的變形量。

新建A樓基礎(chǔ)與老樓B樓的距離為3.0m，根據(jù)新建A樓的樁基礎(chǔ)布置圖、筏板基礎(chǔ)布置圖和單樁豎向承載力特征值，假定樁側(cè)摩阻力沿樁身線性增長分布的形式、樁端及筏板基底荷載均勻分布的特點(diǎn)，采用角點(diǎn)法和應(yīng)力疊加的方法，計(jì)算新建A樓樁端和筏板基底的應(yīng)力對(duì)老樓B樓地基下產(chǎn)生的附加應(yīng)力。

（1）樁端附加應(yīng)力計(jì)算

此工程的樁距不大于6倍樁徑，根據(jù)樁周摩擦力向外擴(kuò)散角，假定樁側(cè)摩阻力沿樁身呈三角形分布，以荷載傳遞法計(jì)算樁頂荷載作用下的樁端應(yīng)力。樁端平面處的應(yīng)力均勻分布，等效作用面積為樁頂外側(cè)投影面積的外延，等效作用應(yīng)力小于承臺(tái)底面平均應(yīng)力。實(shí)體基礎(chǔ)的支承面積可根據(jù)圖3計(jì)算。

樁周摩擦力向外擴(kuò)散角：

式中：φn——樁身范圍內(nèi)各土層的內(nèi)摩擦角加權(quán)平均值。

由圖3可知，實(shí)體基礎(chǔ)底面的面積為實(shí)體基礎(chǔ)底面長度（b0+2ltan（φn/4））與實(shí)體基礎(chǔ)底面寬度（a0+2ltan（φn/4））的乘積，則樁端應(yīng)力為樁端附加載荷與實(shí)體基礎(chǔ)底面的面積之比。

（2）老樓B樓地基附加應(yīng)力計(jì)算

根據(jù)新建A樓樁底矩形面積受豎向均布應(yīng)力，求老樓B樓地基下的附加應(yīng)力，可以加幾個(gè)輔助線，通過需要計(jì)算的點(diǎn)，采用角點(diǎn)法計(jì)算老樓B樓基礎(chǔ)下地基土層的附加應(yīng)力，并對(duì)新建A樓所有樁基對(duì)老樓B樓地基所產(chǎn)生的附加應(yīng)力進(jìn)行疊加。同時(shí)，考慮新建A樓筏板基礎(chǔ)底面應(yīng)力對(duì)老樓B樓地基所產(chǎn)生附加應(yīng)力的影響。

依據(jù)上述方法計(jì)算所得老樓B樓地基附加應(yīng)力σz遠(yuǎn)小于土的自重應(yīng)力σc，即可不考慮新建A樓樁底應(yīng)力對(duì)老樓B樓基礎(chǔ)沉降的影響。

4.2.2 基坑降水期間老樓B樓地基沉降

基礎(chǔ)的沉降量或沉降差（或不均勻沉降）過大，不但會(huì)降低建筑物的使用價(jià)值，而且往往會(huì)造成建筑物的毀壞。如果建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最大沉降量和沉降差在規(guī)定的容許范圍之內(nèi)，那么該建筑物的安全和正常使用才有保證。

（1）地下水位觀測(cè)

表2 老樓B樓地基沉降計(jì)算結(jié)果

基坑降水期間，在基坑四周一定范圍內(nèi)，由于水位降低而引起地面沉降，相應(yīng)形成以水位降落漏斗為中心的地面沉降變形區(qū)，如抽出水中含大量泥沙，這樣地面會(huì)發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致其影響范圍內(nèi)建筑物因不均勻沉降發(fā)生傾斜、斷裂。因此，需對(duì)老樓B樓地下水位進(jìn)行觀測(cè)。

根據(jù)基坑開挖深度、建筑物與基坑的平面位置、建筑物基礎(chǔ)類型和建筑物的結(jié)構(gòu)型式等，確定地下水位觀測(cè)井的位置和間距。地下水位觀測(cè)井具體布置詳見圖4。以觀測(cè)井5#、6#和7#水位代表老樓B樓平行點(diǎn)的水位。

根據(jù)三天抽水期間的觀測(cè)結(jié)果,老樓B樓的觀測(cè)井5#、6#和7#地下水位分別為17.33m、17.43m和17.52m。再根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告地下水位18.67m，則老樓B樓的觀測(cè)井5#、6#和7#地下水位下降1.34m、1.24m、1.15m。

（2）地基沉降計(jì)算

根據(jù)太沙基固結(jié)理論，在基坑降水產(chǎn)生的附加應(yīng)力作用下，原地下水位各地層均被壓縮，在宏觀上表現(xiàn)為地面沉降。地面沉降由兩部分組成：一是砂層的壓縮變形，由于砂層中砂粒自身強(qiáng)度較高，當(dāng)水位降低時(shí)，宏觀上表現(xiàn)出的壓縮量很小，且很快趨于穩(wěn)定，一般認(rèn)為砂層的固結(jié)沉降是短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的；二是粘土釋水壓密，符合太沙基一維固結(jié)理論，固結(jié)沉降完成需要較長時(shí)間。粘性土的透水性較差，變形不能在短時(shí)間完成，因需要考慮滯后效應(yīng)。新建A樓基坑降水約兩年時(shí)間，可考慮最不利的情況，即計(jì)算每一地下水位差值下地面的最終沉降量作為基坑降水引起的老樓B樓的沉降。

式中：S∞——最終固結(jié)沉降量，mm；

αvi——i層土的壓縮系數(shù)，kPa-1；

e0i——i層土的初始孔隙比；

Δpi——i層土因降水產(chǎn)生的附加應(yīng)力，kPa；

ΔHi——i層土的初始厚度，mm。

（3）根據(jù)公式計(jì)算老樓B樓地基沉降結(jié)果如表2

（4）老樓B樓觀測(cè)點(diǎn)的沉降差

對(duì)于老樓B樓，東墻南、北角點(diǎn)和西墻南、北角點(diǎn)之間的沉降差為1.04mm，與南、北墻中點(diǎn)的沉降差為0.55mm。

老樓B樓東面墻體3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的沉降量及沉降差在規(guī)范容許范圍內(nèi)。新建A樓基坑抽水和開挖對(duì)老樓B樓沉降有影響，但該建筑物的沉降量和沉降差以及傾斜均小于規(guī)范規(guī)定的允許值。

5 結(jié)論

（1）新建A樓基坑開挖對(duì)老樓B樓地基和基礎(chǔ)有一定的影響，但老樓的變形滿足規(guī)范要求，該建筑物是安全的。

（2）本文采用沉降觀測(cè)、變形復(fù)核等方法計(jì)算分析了基坑開挖對(duì)鄰近既有建筑物的影響以及其安全性，該方法簡單合理，具有一定的參考價(jià)值

[1]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn),建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50007-2002）[M],建筑工業(yè)出版社,2002:26-27,95-96.

[2]錢家歡.土力學(xué),[M],河海大學(xué)出版社,1995:58,81.

程海英（1976-），女，工程師，主要從事巖土工程檢測(cè)、檢測(cè)質(zhì)量管理工作。

E-mail：aq1127@163.com