上海某基坑工程开挖的环境效应分析

张 余 东

(上海电力建筑工程公司，上海 200437)

上海某基坑工程开挖的环境效应分析

张 余 东

(上海电力建筑工程公司，上海 200437)

上海软土高密度地区，基坑工程周围常存在需要保护的建(构)筑物、道路、管线等。基坑工程受周边环境的制约，同时，基坑开挖也对周边环境产生一定的影响。在工程设计和建设过程中，应当充分考虑基坑开挖引起的附加变形对周边环境的影响。结合上海某基坑工程实践，利用有限元分析方法，采用单元“生死”技术，模拟动态施工过程，对周边道路、管线和邻近住宅进行定量的模拟分析，以评估其安全性。

软土，基坑工程，环境影响，安全评估

1 概述

在上海软土高密度地区的城市建设中，常出现基坑工程的周边有需要保护的建(构)筑物、地下管线、道路等。工程建设中，由于未充分考虑基坑工程建设的环境效应，可能引起周边地面沉降、道路塌陷甚至房屋倾斜、开裂甚至破坏等严重后果。现行基坑设计规范[1，2]提出了基坑支护结构的变形和受力设计计算方法，但尚未明确基坑开挖的环境效应分析方法。本文结合上海新江湾城某基坑工程项目，对软土地区深基坑工程开挖的环境效益进行分析，根据支护结构和土体变形对周边环境的安全性进行预测和评估。

2 工程简介

2.1工程概况

项目位于上海市杨浦区，包括4栋18层住宅和1栋4层住宅，地下1层为机动车停车库、非机动车停车库、储藏室及设备用房，地下2层为机动车停车库、储藏室、人防和设备用房。地下室为2层整体地下室。住宅楼为剪力墙结构，地下车库为框架结构，基础为钻孔灌注桩。

本工程的±0.000相当于黄海高程6.000 m，基坑四周标高有差异，经建设单位实地测量，平整后场地标高：东侧和北侧绝对标高为4.800(相对标高-1.200)，南侧绝对标高为5.300(相对标高-0.700)，西侧绝对标高为4.500(相对标高-1.500)。

地下车库为地下两层，基坑周长约625 m，开挖面积约17 000 m2。地下车库底板面标高为-9.050，底板高度1 000 mm，底下设置150厚垫层，故坑底标高为-10.200，基坑东侧和北侧开挖深度为9.0 m，南侧为9.5 m，西侧为8.7 m。电梯井深坑为1.5 m，故北侧局部开挖为10.5 m。

2.2工程地质和水文条件

工程地质条件见表1。

表1 工程地质条件

场地主要为浅层潜水，地下水埋深约0.5 m～1.0 m。

工程无暗浜和明浜等不良地质情况，但深层土体有古河道切割区域，深层土体局部⑤1-2层、⑥层、⑦层缺失，土体分别为⑤2层、⑤3层、⑤4层，但埋深都在20 m～25 m以下，对本基坑影响不大。

2.3周边环境

基坑工程四周到红线距离：东侧约5.0 m，南侧约3.0 m～5.0 m，西侧约2.5 m，北侧约9.0 m～16.0 m。本工程四周环境状况如下：

东侧为淞沪路及其绿化带，绿化带宽度约27 m，淞沪路下有雨水管DN600，距离基坑约40 m，淞沪路对面有轨交10号线，距离约75 m；

南侧为某住宅小区，该小区靠近基坑有3幢楼，设有一层地下室，距离本基坑约20 m，基础深度约5 m，工程桩采用φ500 PHC管桩，长度30 m；

西侧为通向小区的道路，可作为施工道路使用；

北侧为殷行路，道路下有一根雨水管和一根污水管，都在2倍深度以外。

3 计算分析方法

采用岩土工程专业分析软件PLAXIS 2D(2010版)对基坑的施工过程中，支护结构及建(构)筑物的受力和变形进行模拟分析，评价基坑开挖对周围道路和建筑物的影响。

3.1计算模型

建立如下计算模型：

土体模型：本分析选用Mohr-Coulomb本构模型模拟土体特性。采用总应力法计算，土体计算参数采用总应力指标。土体网格划分采用15节点三角形单元。

结构模型：围护墙采用Plate单元模拟；支撑系统采用Anchor单元模拟。结构和土体的相互作用采用无厚度的接触面模拟。

边界条件：考虑基坑开挖的影响范围[1]，设定模型深度Y=50 m，水平向X=50 m。土体左右两侧进行X向约束，下侧进行Y向约束。

道路侧和住宅侧的计算模型如图1,图2所示。

3.2结果分析

3.2.1计算工况

基坑开挖和回填过程利用有限元软件“单元生死”技术进行模拟，开挖时逐步激活支撑，“杀死”开挖部分的土体；回填时“杀死”支撑，激活楼板及换撑。根据其施工工况，分为以下几个计算步：

1)初始地应力平衡，施工围护墙及立柱；

2)开挖土体至第一道支撑标高；

3)施工第一道支撑并开挖土体至第二道支撑标高；

4)施工第二道支撑并开挖土体至坑底；

5)施工底板传力带；

6)拆除第二道支撑，并施工中板传力带；

7)拆除第一道支撑。

3.2.2计算结果

对道路侧计算结果进行分析，提取最大位移如图3～图5所示。对住宅侧计算结果进行分析，提取最大位移如图6～图8所示。

3.2.3计算结果分析

由上述分析可见，基坑周边道路的最大沉降不超过10 mm，住宅楼最大沉降不超过10 mm，道路下的雨水管变形5 mm，污水管变形3 mm。

4 结语

本文的计算分析方法已应用于新江湾某基坑工程的安全性评估分析中，在围护方案选型阶段对周边环境影响进行预估。通过基坑与周边环境影响的有限元分析得出，基坑施工过程不会对管线、建筑物产生过大影响，能够满足相关规范[3]变形控制的要求。同时，合理的施工工法也能够尽量减小基坑开挖的环境效应，如分层、分块开挖，这在后续施工中也得到了较好的验证。此外，由于临近有需要保护的建筑物和管线，施工场地的布置也应予以重视，严格避免超出设计的堆载和行车。基坑施工过程应加强相关监测，及时返回监测信息，并根据信息作出进一步判断和预测，做到信息化施工。

本文的分析方法还存在一定的问题需要解决：土体模型的选取对分析的准确性有很大影响，本文初步考虑了土体模量和应力水平的关系，但是Mohr-Coulomb模型由于卸载和加载过程采用同一模量，围护墙水平变形计算较为合理，但往往导致坑底回弹变形不合理。进一步分析需要考虑土体各项异性，通过数据分析和测试，建立适合上海地区土层的土体模型。

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支护设计规程[S].

[2] DBJ 08—61—2010，上海市基坑工程技术规范[S].

[3] DG/TJ 08—2001—2006，上海市基坑工程施工监测规程[S].

[4] 郑 刚，颜志雄，雷华阳，等.基坑开挖对临近桩基影响的实测及有限元数值模拟分析[J].岩土工程学报，2007，29(5)：638-643.

AnalysisontheenvironmentaleffectofafoundationpitengineeringexcavationinShanghai

ZhangYudong

(ShanghaiElectricPowerConstructionEngineeringCompany,Shanghai200437,China)

In the soft soil high density area of Shanghai, around the foundation pit often existing protected buildings, roads, pipelines and so on. The foundation pit engineering was restricted by the surrounding environment, meanwhile, the foundation pit excavation also had certain influence on the surrounding environment. In the engineering design and construction process, should taken into full consideration the influence of additional deformation to surrounding environment caused by foundation pit excavation. Combining with the foundation pit engineering practice in Shanghai, using the finite element analysis method, using the unit “life and death” technology to simulate the dynamic construction process, made quantitative simulation analysis on surrounding roads, pipelines and adjacent residential, to evaluate its safety.

soft soil, foundation pit engineering, environmental impact, safety assessment

1009-6825(2017)30-0076-03

2017-08-17

张余东(1966- )，男，工程师

P642

A