深圳地区深基坑开挖对邻近建筑物的影响分析

郭秋苹 张领帅 陈枝东 严 树 李 燕 刘峻滕

(深圳宏业基岩土科技股份有限公司，广东 深圳 518063)

0 引言

随着城市建设步伐的加快，如何减轻基坑开挖对周边环境造成的影响已成为基坑支护工程的重要使命。基坑开挖改变了土体的原有的应力状态，同时现场施工很容易对周边环境造成影响，不但会影响周边建筑物的正常使用与安全，严重时更会造成支护结构失稳、深基坑变形过大造成周边建筑损坏。

在深圳地区广泛分布的花岗岩残积土，是一种揉合了不均匀性、各向异性、软化性、崩解性、触变性等多种特性的特殊土。近年来，很多学者开展了大量工作，发现花岗岩残积土在实际工程中暴露出了越来越多的工程问题，需要一种更适合的计算方法。在过往研究中，侯学渊等[1]通过分析沉降监测数据，在Peck经典理论公式基础上提出新的假定，并推导出地表沉降计算公式；徐方京[2]针对软土地区地下连续墙支护结构在基坑开挖全过程对周边沉降的影响，结合Rayleigh相关变形函数，获得了判别基坑安全性的新方法。但总的来说，目前针对深圳花岗岩残积土地区基坑开挖全过程所引发的周边建筑的变形沉降研究较少。因此针对基坑开挖全过程对邻近建筑物沉降影响及变形规律的研究具有重要意义。

1 工程实例

1.1 项目概况

本项目位于深圳市福田区滨河大道与泰然九路交叉处的东北角，北临泰然八路，南面紧邻下沙公汽站，交通便利。基坑北侧约20 m外为亚芳大厦，该建筑物地下3层，地上30层，设4个沉降观测点，分别为JZ01～JZ04，具体详见图1。

1.2工程地质条件

依据勘察资料，开挖深度砾质黏性土厚度为11.3 m，约为基坑开挖深度的1/2，由下伏基岩花岗岩风化残积而成，是典型花岗岩残积土地区土质。

1.3 基坑支护方案

基坑周边采用地下连续墙支护，普遍区域厚1.0 m。竖向设置3道钢筋混凝土支撑，支护剖面图如图2所示。

2 基坑开挖对邻近建筑物影响的三维有限元分析

2.1 土体本构模型

表1 岩土体本构模型计算参数

2.2 基坑开挖全过程的施工步序

本文通过有限元软件来模拟基坑开挖全过程施工。具体工况如表2所示。

2.3 三维有限元模型的建立

为分析开挖过程中各工序对于邻近建筑的影响，对基坑开挖过程进行模拟。模型包括了土体、围护结构、水平支撑、邻近亚芳大厦结构。地下连续墙、立柱桩、邻近建筑的楼板和墙体采用板单元模拟，邻近建筑物桩基采用Embedded-pile桩单元模拟。水平支撑、腰梁和冠梁、钢管立柱采用梁单元模拟。各结构单元采用弹性模型模拟，材料属性如表3所示，各材料泊松比均取0.2。

表2 施工步序

表3 结构单元材料属性表

3 邻近建筑物沉降变形分析

3.1 沉降监测结果与计算对比

表4是邻近建筑物各监测点在开挖各工况下的实测沉降和计算结果的对比，图3是邻近建筑物各监测点沉降随施工步序的变化关系图。可以看出，各工况下监测点JZ01～JZ03的实测数据与计算结果均能较好地吻合。项目施工后期在JZ04附近增设了回灌井，故该点后期实测数据与计算结果差距较大。在实际施工中，如果出现沉降过大的现象，可考虑增设回灌井以达到减小沉降影响的目的。

表4 沉降实测与计算对比表 mm

3.2 沉降特点

本基坑邻近建筑物为桩基础，表5显示了建筑物JZ01,JZ02沉降监测点的各施工阶段沉降值及占总沉降值比例值，分析表中数据可以得出：邻近建筑物沉降随着基坑开挖逐渐发展，总体来说影响较小，沉降累计量均未超过报警值。其中施工步序8对监测点JZ01的影响最大，阶段沉降值占总沉降值的55%，施工步序4，8对监测点JZ02的沉降影响最大，阶段沉降值分别占总沉降值的42%，42%。

4 建筑物沉降因素分析

基坑开挖造成的邻近建筑物沉降的成因错综复杂，不仅仅与支护结构有关，建筑物本身作用和开挖各阶段也是影响沉降的重要因素，此外与周围土体性质等多种因素也是密切相关的。

表5 邻近建筑物各施工阶段沉降值及占总沉降值比例值

4.1 围护结构影响

基坑开挖时围护结构嵌入刚度较大的岩体内，可以限制土体往连续墙方向移动。但随着基坑开挖不断加深，地连墙的限制作用逐渐减小，土体位移逐渐增加。对于围护结构嵌入深度较浅的基坑，由于基底土体的位移，邻近建筑物更容易沉降和开裂，而对于围护结构嵌入深度较大的基坑，由于基底土体受扰动较小，产生的影响也相对较小。

4.2 建筑物本身作用

一般认为，基坑开挖对邻近建筑物的影响主要通过开挖过程中土体受扰动后产生的水平位移来体现。由于邻近建筑物下设桩基础，该区域的土体受工程桩的挤密效应使得刚度和抗变形能力增加，而且桩为钢筋混凝土结构，刚度和抗变形能力更大，因此邻近建筑物下设桩基区域由于基坑开挖引起的沉降一定小于无桩基区域产生的沉降。实际若遇基坑开挖对周边建筑物沉降要求较高，可通过模拟无桩基时基坑开挖引起沉降用于评估基坑开挖对周边建筑物的沉降影响是非常保守且安全的。

4.3 各施工阶段的影响

基坑开挖中地表沉降一般由于土体开挖引起土体应力释放，使土体侧移超出土体极限范围，出现地层塌孔或水土流失而引起的。一般来说，周边环境受基坑开挖的影响会随着基坑开挖深度的增加而增加，随距离基坑边线水平距离的增加而减小。实际施工中可以通过减小一次开挖深度，多次浅层开挖来减小对周围地层的扰动，减小水土流失及底层损失，从而达到保护邻近建筑物的目的。

5 结语

为深入研究花岗岩残积土地区内支撑开挖对周边建筑物的沉降的作用，本文针对深圳某基坑进行了有限元分析，研究了基坑开挖全过程施工对邻近建筑物的沉降影响。主要结论如下：

1)本文基于HS土体本构模型进行的三维有限元分析能够较好地反映基坑开挖过程对周边环境的影响。对于花岗岩残积土，土体本构模型参数的取值与一般土体不同。

2)邻近建筑物的不均匀沉降随施工步序的进行，总体上呈增大的趋势，最后一层土体的开挖对邻近建筑物的沉降影响最为显著。因此要尤其关注此工序，施工过程中加强观测，提前判断和分析可能出现的险情事故及原因，以根据发生事故的危害程度，采取对应措施并组织实施。

3)邻近建筑物沉降变形是基坑围护体系、各施工阶段、周边环境情况等多种因素共同作用的结果。因此对于复杂条件下的基坑开挖应制定合理周到的监测方案，实行动态设计和信息化施工，以确保基坑顺利施工及周边建筑物的安全。