深基坑开挖对相邻建筑影响分析

郝 建 军

(煤炭工业太原设计研究院,山西 太原 030001)

深基坑开挖对相邻建筑影响分析

郝 建 军

(煤炭工业太原设计研究院,山西 太原 030001)

通过对某已建办公大楼在相邻建筑深基坑的开挖过程的侧斜、水位观测和沉降观测，分析了已建办公大楼地面、墙体严重裂缝的原因，结合分析结果,指出在设计基坑时要充分估计环境效应问题，及时控制其环境条件的变化，要充分重视和考虑地基水的渗流问题等。

深基坑，差异沉降，紊流，止水帷幕

1 工程概况

某建成于1988年的办公大楼(以下简称旧楼)采用钢筋混凝土框架剪力墙结构，地上13层，局部15层。地下室1层，楼层高度58.00 m，箱形基础，基础埋深-5.60 m，地基采用碎石桩复合地基处理，桩长5.5 m～12.0 m，桩顶铺设800 mm的碎石垫层。

2009年5月，在该旧办公楼北侧10 m处，开工建设新项目(以下简称新楼)，由一幢23层办公楼、一幢25层酒店、4层裙楼及地下车库组成。地下3层，基坑设计深度14.60 m。地下水位受公园湖水补给影响，水位较高，地质条件复杂，回填土厚，砂层深，基坑等级为一级。基坑平面位置见图1。

场地地貌单元为汾河东岸Ⅱ级阶地。岩性以人工填土、粉土、粉质粘土、砂土及碎石类为主。2009年5月新建项目基坑开始开挖，2009年8月，在开挖过程中，旧办公楼地下室及楼层就发现多处裂缝，墙体开裂等。新楼基坑支护方案采用支护桩和止水帷幕加JL扩大头锚杆。支护桩直径为900 mm，桩长为24.00 m，帷幕桩长18.70 m。其剖面见图2。

根据1986年1月的勘察资料该区域地下水位标高783.00 m。在2007年9月的勘察资料地下水位标高782.64 m～784.09 m之间。两次勘察资料水位在这23年之间并无太大变化。

降水方案设计：降水井35眼，水位观测孔3眼，周边回灌井24眼，降水井深度20 m～32 m，共四排，南北变三排井深20 m，中间井深32 m。回灌井深18 m。

2 旧楼变形情况及原因分析

当新楼基坑开挖至8 m～10 m处，基坑西侧突然出现涌水及流土情况，基坑无法继续施工，基坑西南侧最为严重，紧急采用了堆土措施，基坑开挖工作停止。旧楼地面、墙体等均已出现较为严重的裂缝， 2009年8月31日对本楼进行了变形监测。

2.1 观测系统

该系统包括以下内容：1)侧斜及水位观测：2个侧斜孔、2个水位观测孔。平面尺寸见图1。2)沉降观测点8个，其位置见图3；位移观测点4个；倾斜观测为东西和南北两对观测点。

2.2 观测成果及分析

2.2.1 沉降观测分析

从2009年8月31日开始起至12月30日止共进行28次沉降观测。观测点的每次累积沉降量与时间绘制成曲线(见图4)。

由各点的沉降与时间曲线可以看出有3个时间窗，分别为10月30日、12月12日和12月19日。从8月31日到10月30日历时60 d，这期间地基土属于活跃期，沉降量时小时大，此时地基土受差异沉降影响，开始遭受破坏，但大部分地基土还有一定的结构性。第二阶段从2009年10月30日到12月12日，此阶段地基土的结构性已经大部分破坏，各个质点已经趋于一致下沉，但还有局部地基土有结构性，沉降速率较上一阶段加快。第三阶段地基土体的结构性已经遭受彻底破坏，各个质点重新寻找应力平衡，在寻找平衡过程中沉降速率明显加快，并且运移方向趋于一致(向下)。

根据观测数据特点，发现沉降点zb1和zb2，旧楼南北两端的各一点，各观测点的每次位移变化量和时间关系的走势曲线见图5，可以明显看到两点沉降趋势开始为“压板桥现象”，即一端起时另一端则降，随着时间推移至12月19日该现象消失，各点沉降趋于一致。形象生动的表明了地基土在遭受非常不稳定的土压力，一边沉降，一边上升，在这样的反复升降过程中，地基土被扰动，其强度降低，以至被破坏，直至寻找新的平衡。

2.2.2 平面位移观测分析

在旧楼楼顶设置4个水平位移监测点。现将2009年8月31日的观测值作为初始点进行了水平位移数据的统计，见表1。

表1 水平位移量速率

各个观测点的水平位移量、位移速率均不能满足规范要求小于0.04 mm/d，属于不稳定期。但在第二阶段水平位移量开始出现反方向值，说明向着相对稳定状态发展。

观察各个观测点矢量图发现1号，2号和4号点方向基本在北东方向(第一象限内)，各点位移方向与正北夹角在50°左右。仅3号点有些矢量方向进入第四象限内。特别是第二组数据在基坑中央，受基坑开挖及降水影响较大，使旧楼建筑物在新楼基坑开挖过程中整体建筑物水平位移方向不定，各点位移方向相悖，使该建筑物呈撕裂状，导致旧楼受力不均匀，部分墙体开裂。

2.2.3 侧斜数据分析

在旧楼与新楼基坑之间设置1号，2号两个侧斜孔(见图1)。截止到2009年12月31日共进行23次侧向位移观测。选择2号侧斜孔绘制深度与位移曲线，选择8条有代表性的绘制出曲线，见图6。2号侧斜孔由于在基坑边沿，在8条位移线中，11月26日的深度与位移曲线严重偏离正常曲线，这是由于在测试过程中基坑边缘正在施工防水帷幕堵漏工程钻孔所致。

观察2号侧斜孔最大位移量位置多数在4.00 m～7.00 m之间。由于该侧斜点位于基坑中部，该位置的地基土产生水平位移直接受基坑支挡桩顶位移的影响。其侧限仅是支护桩的侧限，与1号侧斜孔有所不同。当然也有特殊情况，比如在12月14日的侧斜数据中最大水平唯一点在21 m(766.00 m)处，也就是基础底面下1.0b(箱形基础宽度)，这属于地下水“绕流现象”，在“绕流现象”过程中地基土体在动水压力作用下产生侧移。

分析地基土侧移的原因，主要有以下几点:1)基坑降水使地基土体的固体颗粒在动水压的作用下与液体同时位移。2)基坑开挖使地基土体失去了侧限，土体为了寻找新的平衡产生水平位移。3)由于在降水过程中，地基土受损程度不同，而建筑物是箱筏基础，整体刚度好，使得建筑物地基形成“压板桥现象”，板桥的支点逐步由受损严重的地基向受损不严重的地基转移。这一过程也使固体颗粒产生水平位移。

2.2.4 水位观测及分析

从三个水位观测孔资料看，1号观测孔受基坑影响最为严重，水位每天都在变化，非常不稳定，地下水位从2009年10月22日的-6.0 m到2009年12月18日，降至-7.8 m，降深1.8 m，这是因为12月18日，新楼基坑跑水，局部防水帷幕失败导致降水过程中形成的降落漏斗所致。此时旧楼地基土内的水径流速度加快，在动水压力的作用下加快了地基损坏的速度。

场地地下水赋存于地基土中，地下水的运动(有层流和紊流两种形式)水量大小，水质及补给、排泄等水动力条件均与地基土的物理、力学性质，区域地下水运动规律有关。在旧楼竣工后，该大楼地基土稳定后，地下水以层流为主，已经形成固定的排水通道。当地基土遭到破坏后，原有的地下水运动由层流变为紊流，紊流使地基土内的孔隙水压力增大，加速地基土破坏。

3 结论与建议

1)由于新楼基坑距离旧楼仅仅10 m，支护方案采用支护桩加扩大头锚索，锚索长度27 m。而扩大头锚索将旧楼的碎石桩复合地基损坏，破坏了原有地基土的应力平衡，这是导致旧楼在东西方向向东倾斜，南北方向向北倾斜的原因之一。2)防水帷幕漏水严重(可以说该防水帷幕部分失效)，基坑降水过程中产生较大的降落漏斗，使旧楼地基内地下水位下降，地下水由原来的层流变为紊流，使局部区域地基土内的孔隙水压力上升，在动水压的作用下地基土体产生水平位移，使该楼地基土结构部分损坏，随之导致建筑物整体下沉，在下沉过程中产生差异沉降而导致建筑物局部开裂、损坏。3)如果防水帷幕继续漏水，将使新楼基坑内降水的降落漏斗半径加大，旧楼地基内水位继续下降，会使该楼地基土再次固结沉降，同时产生侧移，并伴随差异沉降，差异沉降值达到极限值时无法继续使用。新楼及时停止施工，堆土回填，且采用三重管旋喷在原来帷幕桩外围又施工一层防水帷幕进行堵漏，并收到一定的效果。4)在设计基坑时要充分估计环境效应问题，并采取必要的减少环境效应的措施。一定要严肃认真对场地周围环境的调查、了解，准确掌握相关数据资料，并及时控制其环境条件的变化，才能使措施符合实际，安全可靠。5)水的渗流问题要充分重视和考虑。6)止水帷幕的施工局限性和可靠性，在超过一定深度后的施工，应更加谨慎。7)重视监控工作，正确设定预警标准。

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The influence analysis of deep foundation pit excavation to adjacent buildings

HAO Jian-jun

(CoalIndustryTaiyuanDesignandResearchInstitute,Taiyuan030001,China)

Through the side oblique, water level observation and settlement observation of existing office buildings in the excavation process of adjacent buildings, this paper analyzed the causes of existing office building floor, wall serious cracks, combining with the analysis results, pointed out that should be fully estimated environmental effect in design of foundation pit, timely control of environmental conditions changes, fully attention and consideration ground water seepage problems.

deep foundation pit, differential settlement, turbulent flow, sealing curtain

2014-07-13

郝建军(1977- )，男，工程师

1009-6825(2014)27-0091-03

TU463

A