临近基坑交叉施工安全间距研究进展

2021-05-11周培娇

中国建筑金属结构 2021年4期

周培娇

近年来，随着城市的发展，流入城市的人口也越来越多，导致城市用地紧张的情况越加凸显，催动着城市建筑朝着高、大、深方向进展。如交通网络密集，地铁隧道快速新建，临近基坑工程开挖工况的案例也越来越多。大量的基坑工程实践表明，城镇中单个基坑开挖在一定范围内会影响周边建筑安全，如引起地下管线变形出现不能正常运维、临近建筑物不均匀沉降导致的开裂情况等，当两个或多个临近单独基坑施工时，其相互影响更大，施工风险更高[1-2]，如图1。此外，对于同一工程项目，涉及分区开挖时，往往也可视作临近基坑处理，如图2。

临近基坑在施工过程中，除受自身施工影响外，还受到临近基坑的开挖、支护、卸载等因素的影响，使得基坑的变形、受力情况也呈现出一定的复杂化[3]。

由此发现，工程中的相邻基坑间的基坑间距是交叉施工影响最重要的因素之一，安全距离临界值不仅能最大化地利用土地资源，同时也能满足相邻基坑各自安全施工[4]。许多学者进行了临近基坑安全距离的研究，旨在为基坑设计提供借鉴。

1.基坑间距大于3 倍基坑深度

为研究临近基坑施工相互影响可忽略不计时的基坑距离，通过对两个临近施工的基坑进行研究，分析了不同基坑间距下的轴力、变形、坑底隆起等现象，当基坑间距大于4 倍以上基坑深度时，坑底隆起，其单个基坑的变形以基坑中心线为轴对称，相当于独立基坑[5]。当对基坑间距为3～4 倍基坑开挖深度情况进行研究时，其临近基坑开挖对单个基坑的施工影响也可忽略[6]。在分析大量基坑开挖实测数据基础上，可以发现在基坑开挖支护过程中，不同的土质情况下临近间距影响区域均落在2～4 倍间距的基坑深度[7]，而大于4 倍基坑深度的情况也可视作为独立基坑开挖，小于2 倍基坑深度内的为主要影响区域，介于两者之间的为次影响区域[8]。

因此，相邻基坑间距对工程施工影响不容忽视，目前一些学者对于“临界距离”进行了研究，取得了研究成果，但是，其主要集中于临界距离对基坑工程中的某一种特定工况而言，对于其他复杂的实际工况，仍然值得采用试验、实测分析、数值模拟及理论研究等综合研究方法进一步进行探究。

2.基坑间距为2～3 倍基坑深度

对于两个深度相同的临近基坑，通过三维有限元模拟，当开挖深度大于3 倍挖深时，临近基坑施工影响较小，当开挖深度小于2 倍挖深时，临近基坑施工影响较大，介于两者之间时，随基坑间距增大，影响逐渐减小[9]。在对基坑间距在2～3 倍基坑深度时，分别采用二维和三维有限元对临近基坑施工不同情况进行模拟，当基坑间距在2.5～3 倍基坑深度时，其相互施工影响较小，此外，三维模拟结果较二维更接近于实际[10-11]。在文献中有针对考虑不同土质影响，分析基坑开挖前后地表沉降数据，发现了临近间距的主要影响区的沉降包线均呈三角形分布，而对于砂性土或者软黏土其影响区域大约为2 倍基坑深度，而在地基坚硬地区的情况，临近基坑的影响区间距大致为3倍基坑开挖深度[12]。

综上所述，确定临近基坑安全间距的研究为2～3 倍的基坑深度情况，主要是总结了现有学者依据有限元数值分析的结果，还可以进一步总结工程实测情况，需与工程实测资料进行验证与对比分析。

图1 同一项目临近基坑开挖（图片来源于网络）

图2 基坑分区开挖（图片来源于网络）

3.基坑间距小于2 倍基坑深度

对不同基坑间距下的已建和新建基坑进行三维有限元模拟，当基坑间距小于1 倍基坑深度时，基坑开挖影响显著，当基坑间距大于2 倍基坑深度时，邻近基坑开挖相互影响可不计，而介于两者之间时，影响较显著，随间距增大，影响逐渐较弱[13]。

基坑间距大于2 倍基坑深度时，认为基坑之间同时或者先后施工的影响不大，可以根据工程实测数据进一步验证，确定临近间距的工况影响因素。

对于两个基坑（基坑群）在施工时，其安全间距和基坑深度、基坑间距之间存在一定的规律，且我们往往采用数值模拟对两个同样的基坑进行分析，或者取较深的基坑深度值做研究，但在研究过程中，发现仍然受到基坑的形状尺寸、基坑的深度差、支护形式等施工工况的影响。图3给出了相邻基坑的平面示意图，从图中可以发现，基坑临界间距的确定对基坑施工的影响因素较大，包括了基坑开挖的顺序，基坑支护条件，基坑大小以及基坑深度等等，目前针对各影响因素的研究成果较多，主要集中于工程实测分析和有限元数值模拟等。