基坑开挖对邻近建筑物的影响

张旺生

（上海隽城置业有限公司，上海 201899）

基坑开挖对邻近建筑物的影响

张旺生

（上海隽城置业有限公司，上海 201899）

结合沿海地区某深基坑工程实例，根据现场监测数据，分析基坑开挖对周围建筑物的影响，指出开挖基坑前对周围建筑的加固措施能有效地减少了基坑开挖对建筑的影响；通过对邻近建筑地基进行增加围护结构插入深度；合理的施工工序和挖土过程；控制地下水位；排除水患等加固方式，可以得到减少邻近建筑物沉降。

深基坑；周围建筑；水平位移；沉降；数值模拟

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.017

1 引言

邻近建筑物发生沉降变形是基坑开挖必然引起的施工效应，尤其对于深基坑的施工。基坑施工过程中由于坑内土体开挖带了的卸荷作用会引起基坑围护结构的侧向变形以及坑后土体的竖向位移。当位移量或者沉降值超过工程设计可控范围之后，将会对影响邻近道路、建筑物以及地下管线的正常使用，严重时发生工程事故，造成房屋倒塌，道路变形，煤气管线破裂泄露等一系列严重后果。本文结合基坑施工过程中对周围小区以及建筑的监测数据的分析，得出对周围建筑物影响的一般规律。同时，通过对建筑沉降的差异，得出减少沉降的有效方法。同时通过对周围建筑的重点分析，总结出基坑开挖过程中，对邻近建筑物保护的有效方法，为类似工程提供借鉴。

2 工程简介

嘉定区项目位于雅丹路以北康苏路以西地块。本工程占地面积约3.75hm2，工程拟建建筑主要为公寓、办公、商业及地下车库，主要由6～17层建筑、3层地下室组成，项目位于嘉定区安亭板块地块。根据建筑物平面分区及不同开挖深度，将本工程基坑围护结构分四块，即1#～4#基坑，见图1。

本工程±0.000m相当于绝对标高+4.200m。根据岩土工程勘察报告及地形图，本工程周边场地自然地面绝对标高为3.95～4.59m。本工程各基坑开挖深度如表1所示。

图1 基坑平面形状示意图

表1 各基坑开挖深度

开挖的4个基坑地下室外墙均非常接近保护、保留建筑基础。1#基坑西侧和南侧为高层建筑；2#基坑除西侧为市政路外，其余三侧均为保留建筑；3#基坑东、西两侧均为保留建筑物，南北两侧与2#、4#基坑相连；4#基坑北侧和西侧保留建筑，东侧和南侧为需要保留的建筑物外墙。

4个基坑被该地块周围的4条道路所包围，除3#基坑外每个基坑均有1条或2条边线临近周围道路。周围道路下密集分布着多条地下管线，基坑开挖对周围道路及地下管线影响应引起足够的重视，尽量减小基坑开挖对周围道路及地下管线的影响，保证道路和地下管线的安全。由上可知，本工程4个基坑的周围环境非常复杂，基坑开挖对周围环境的影响分析极为重要。

为增加坑内被动土压力，控制围护结构变形，改善挖土条件，坑内需进行加固处理，加固采用双轴水泥土搅拌桩2根700mm@1000mm，宽度约为4.2m（1#、2#、3#基坑）和3.2m（4#基坑），其中,1#、2#、3#基坑加固深度自第二道支撑底至坑底下4.0m，水泥掺量坑底以上8%，坑底以下13%，4#基坑加固深度为坑底下4.0m。在靠近保护建筑及基坑局部阳角部分，采用坑底全加固。对于基坑内部局部加深的部位，例如，电梯井和集水坑位置，周围采用水泥土搅拌桩进行围护。为控制基坑侧向变形及坑底隆起，垫层厚度加大到200mm，且坑边10m范围内考虑采用配筋垫层。

为了将因为基坑开挖造成的邻近建筑物产生的附加沉降、倾斜及水平位移较小到最低，对其基础采取了以下加固措施：

1）增加原基础刚度。从新施加基础梁以增加建筑物基础整体刚度，增加基础整体性，降低由于基础不均匀沉降造成的影响。

2）对建筑物的基础进行整体置换，利用新基础将荷载传递到深层土体中。在充分考虑建筑物现状以及基坑施工实际情况的前提下，拟采取锚杆静压钢管桩。

3 邻近建筑物沉降监测数据分析

3.1 邻近小区居民楼沉降数据分析

位于基坑东边一居民楼沉降随时间的变化曲线如图2所示。本基坑从6月开始坑内降水，同时，本基坑于6月11日开始从基坑北端施工。图中数据显示在基坑降水至基坑开挖之前建筑物并没有发生明显的沉降，由此说明本基坑地下连续墙的设计插入深度符合工程需求，能够有效的隔断基坑外部地下水向基坑内部渗流路径；同时，图中曲线还显示在基坑施工过程中邻近建筑物的沉降值变化较大，累计值均超过报警值±20mm；最后，从图中还可以发现，在3月9日基坑底板施工完成以后有效地控制了建筑物的沉降，由此反映出基坑底板对邻近建筑物沉降的变化有重要影响。

图2 基坑东侧小区沉降曲线

从施工现场也发现该建筑物因为基坑开挖而出现裂缝和倾斜。并且，该小区煤气管线也曾发生过漏气现象。小区人行道上铺设的石砖也出现了多处隆起的现象。在监测站报警的情况下，施工方加快施工进度，对小区内的房屋进行大规模修补，排除了小区居民的安全隐患。

3.2 周围建筑沉降数据分析

如图3所示是邻近某一建筑物的沉降曲线图。分析图中数据可以看出，建筑物沉降曲线变化特点和上节中小区居民楼沉降变化特点具有相似的规律，即在基坑降水阶段建筑物并没有发生明显的沉降，说明地下连续墙有效地阻止了基坑

外部的水向基坑内部的通道。随着基坑的开挖，建筑物的沉降值速率也不断增加，直到底板浇筑完毕以后建筑物沉降的速率才有所变小，有明显缓和的趋势，说明底板浇筑对控制地表沉降有着重要的作用。

图3 建筑沉降曲线

但是，对比小区居民楼沉降曲线和建筑沉降曲线可以发现，建筑沉降数值明显小于小区居民楼的沉降数值。小区居民楼的最大沉降值接近60mm（远超过报警值20mm），且小区建筑出现较大的裂缝以及道路出现隆起现象，而建筑沉降的最大值仅为24.31mm（略超过报警值）且未出现明显裂缝和倾斜。分析基坑开挖前对这两个建筑不同的处理方法可知，开挖基坑前对建筑的加固措施以及在靠建筑一侧地下连续墙外增加800mm的排桩发挥良好了的作用，有效地减少了基坑开挖对周围建筑的影响。同时，工程监测的警戒建议值在实施中严格按照了有关规定要求，对监测数据达到报警值时及时进行了报警，并通知各相关单位和部门，也起到了一定的作用。

4 保留建筑的加固方法和沉降曲线分析

4.1 2#基坑开挖的影响的加固措施及沉降曲线分析

保留建筑距离2#基坑很近，主要受到2#基坑开挖的影响。

在避开1层保护区域的前提下，在原有基础两侧增设基础梁，梁截面取b×h＝800mm×550mm，并在梁开间内布置300mm厚筏板，形成梁板式基础，为增加新旧基础的整体性，采取以下两种措施：

1）原有建筑±0.00以下墙体厚度为520mm，为保证新增基础梁与原有砖墙接合紧密、传力可靠，沿砖墙墙体两侧凿槽100mm×550mm，新增基础梁内嵌入墙体100mm。

由于该保留建筑为砖木结构，受再次扰动变形的能力较差，故拟进行基础全托换，钢管桩桩型为219mm×6mm，桩长为32m，桩基持力层为第⑤3层粉质黏土，单桩竖向承载力极限值取540kN。

该保留建筑在地基加固期间，出现了微小的不均匀沉降；加固完成后，由于3#坑施工的影响，出现了较大的沉降，最大的沉降达到了43mm（超过报警值）。3#坑施工结束后，沉降渐渐趋于稳定。综合分析所测量的监测数据，可以看出该保留建筑沉降基本保持正常。该保留建筑公寓的目前变形处于较小趋势，分析部分测点在部分施工工序中仍有较为明显的变形现象：一方面说明对于砖木结构的公寓，抵抗受扰动变形的能力较差；另一方面也说明对该保留建筑公寓基础采取的加固措施并未取得预期效果。因此，对此类建筑的加固措施还需要进一步探究。

4.2 3#基坑加固措施及沉降曲线分析

3#基坑附近的保留建筑，主要受到3#、4#基坑开挖的影响。

在避开一层保护区域的前提下，在原有基础两侧增设基础梁，梁截面取b×h＝800mm×550mm，并在梁开间内布置300mm厚筏板，形成梁板式基础，为增加新旧基础的整体性，采取以下两种措施：

1）原有建筑±0.00m以下墙体厚度为730mm，为保证新增基础梁与原有砖墙接合紧密、传力可靠，沿砖墙墙体两侧凿槽100mm×550mm，新增基础梁内嵌入墙体100mm。

安培洋行在地基加固期间，出现了微小的不均匀沉降；加固完成后，由于3#坑开挖的影响，出现了较大的沉降，沉降最大值达到40mm。3#坑开挖结束后，沉降趋于稳定。综合分析数据，可以看出，安培洋行沉降基本保持正常，这说明基础的加固措施取得了预期的效果。但部分测点在部分工序中仍出现了较大的沉降，因此，在今后类似工程施工过程中，要注意控制关键性的工序。

4.3 4#开挖的影响的加固措施及沉降曲线分析

该建筑基础外边线距离2#基坑围护结构内边线距离较远，且其中间隔了亚洲文会大楼，2#基坑开挖对其影响较小；基础外边线距离3#、4#基坑围护结构内边线很近，基坑开挖对其影响较大。

该建筑原有基础为柱下承台桩基，桩型为钢筋混凝土方桩，桩截面为305×305mm，桩长9.15m，由于原有独立承台位于地下室地坪以下约1.68m，地下室地坪相对室外道路约低于1.1m，故独立承台埋深约2.78m故桩端深于邻近3#、4#基坑约6m、1m，考虑独立承台整体受力效果较差，且柱下荷载较大，在原有地下室地坪开孔补打锚杆静压钢管桩后，拆除原有地坪，增加500mm厚的钢筋混凝土底板。具体加固措施如下：

1）为了保证增设的基础底板与原有承台及柱能够有效传递荷载，原有结构柱在地下室范围内增大截面（各边长外扩100mm），柱内主筋插入新建底板内，使柱上荷载可以传递至底板上，并且在原有承台表面种植适当数量构造插筋，加强承台与底板的凝聚力。

2）由于本栋楼外墙基本不可拆除，故所增加底板外边线与外墙下连梁通过种植钢筋及混凝土黏合剂进行连接。

3）根据目前建筑物状况，原有桩基提供的承载力能较好的承担上部结构荷载，本次补桩仅在于控制沉降。根据软土地区桩基沉降计算模型，当布桩数达到30%以上，则基础沉降变形呈收敛趋势，故本工程补充钢管桩作用为抗水平荷载及控制竖向变形，为保证基坑开挖过程中更好的控制该栋楼的变形，布桩数量控制在40%～50%正常桩基数量。钢管桩桩型为194mm×6mm，桩长为27m，桩基持力层为第⑤1层粉质黏土，单桩竖向承载力极限值取450kN，保证桩端深于邻近基坑围护体地下连续墙及工法桩。

此外，为消除基坑开挖过程中围护墙侧向变形对周边保护、保留建筑物的不利影响，需在基坑开挖前在围护墙外侧预埋注浆管，在基坑开挖过程中进行跟踪注浆，对建筑物区域土体损失进行补偿，以确保周边建筑物安全。

对该建筑沉降进行分析可以看到，该建筑在地基加固期间沉降不大，基本都在5mm之内；之后地基加固和3#坑施工的共同影响，出现了较大的沉降，最大的沉降达到了15mm，但并未超过报警值。3#坑施工结束后，沉降渐渐趋于稳定。综合分析所测量的监测数据，可以看出，该建筑沉降基本保持正常，说明采取的加固措施起到了较好的效果，保证了该建筑在基坑施工期间的安全。

5 结语

结合邻近建筑物的沉降监测数据，分析了不同类型建筑物受基坑开挖影响的规律，同时分析了不同的加固措施对建筑物沉降的影响，得到如下结论：

基坑降水至基坑开挖之前邻近建筑物并没有发生明显的沉降，基坑开挖期间建筑物的沉降值变化速率较大，底板浇筑对控制地表沉降有着重要的作用。

开挖基坑前对周围建筑的加固措施以及在靠建筑一侧地下连续墙外增加800mm的排桩发挥良好了的作用，有效地减少了基坑开挖对建筑的影响。同时，工程监测的警戒建议值在实施中严格按照了有关规定要求，对监测数据达到报警值时及时进行了报警，并通知各相关单位和部门，也起到了一定的作用。

周围建筑在基坑开挖过程中均未出现严重的工程事故，说明基坑开挖前对周围建筑的加固方式是有效的，总结采用的加固方式，可以得到减少邻近建筑物沉降的措施有：对邻近建筑地基进行加固；增加围护结构插入深度；合理的施工工序和挖土过程；控制地下水位，排除水患。

【1】刘国彬，王卫东.基坑工程手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2009.

【2】徐至均，赵锡红.逆作法设计与施工[M].北京：机械工业出版社，2002.

【3】王磊，吴善能.上海地区深基坑施工对周围建筑物的影响[J].低温建筑技术，2011（4）:107-108.

【4】王曙光.复杂周边环境基坑工程变形控制技术[J].岩土工程学报，2013，35（增1）：474-477.

Effect of Foundation Pit Excavation on AdjacentBuildings

ZHANGWang-sheng
（ShanghaiJuchengReal EstateCo.Ltd.，Shanghai 201899,China）

Inthispaper,adeepexcavationcoastalinstance,accordingtothesitemonitoringdata,analysisofexcavationonthesurrounding buildings,pointing out that the former excavation pit on surroundingbuildings reinforcement measures can effectivelyreduce the open pit diggingonthebuilding;nearthebuildingfoundationconductedbyincreasingtheenvelopedepthofinsertion;reasonableconstructionprocess andexcavationprocess;controlthewatertable;excludefloodsolidifyingway,adjacentbuildingscanbereducedsedimentation.

deepexcavation;thesurroundingbuildings;horizontaldisplacement;settlement;numericalsimulation

TU753；TU94

B

1007-9467（2016）07-0077-04

2016-02-23

张旺生（1983～），男，福建人，助理工程师，从事土木工程研究，（电子信箱）782601138@qq.com。