临近既有建筑物的深大基坑开挖稳定性分析

2022-12-22史旭波冯世开

西部探矿工程 2022年10期

王飞，史旭波，冯世开

（中冀建勘集团有限公司，河北石家庄 050200）

随着城市人口的不断增加，城市的土地逐渐紧张，为了缓解土地使用的问题，越来越多的城市逐渐将城市建设开发逐渐由地上转向地下，因而，地下商场逐渐应运而生发展起来。地下商场的建设一般周围均有建筑物，因而开发过程中不仅要求保证自身的稳定性，还需要保证周边建筑物的安全，这就要求基坑开挖过程中要保证足够的稳定性。

基坑开挖过程中研究基坑稳定性的方法主要有现场监测、模型模拟、试验研究等方法，专家学者在这方面已经做了大量的研究，并取得了较为丰硕的研究成果。张治国等[1]以某在建工程为研究对象，对基坑施工阶段不同施工工序时周边历史保护建筑物进行监测分析，得到了建筑物的沉降规律。戴骏[2]使用PLAXIS软件对基坑开挖引起周边建筑物沉降建立数值分析模型，得出基坑地下连续墙位移与距周边建筑物距离之间的关系；程聪[3]通过ABAQUS软件对基坑开挖以及基坑降水引起周边土体及建筑物沉降建立数值分析模型，分析得出结构间的相互影响；郑刚等[4]利用PLAXIS 3D Foundation软件对某实际工程建立模型，研究了基坑周边位移沉降与结构刚度与建筑物距离之间的关系；李佳宇[5]通过构建FLAC3D模型模拟某实际基坑工程，分析了基坑周边及周围建筑物的位移沉降与基坑方位、建筑物基础形式、建筑物结构刚度之间的关系；施有志等[6]使用PLAXIS有限元软件构建基坑开挖模型，研究开挖基坑周围建筑物的结构形式、距离大小等条件对基坑开挖稳定性的影响；蔡智云[7]通过构建ANSYS模型模拟基坑开挖过程，地下连续墙与周边建筑物在不同工况下的位移值和沉降值；王旭[8]通过对基坑周围及建筑物布设监测点，监测基坑开挖不同施工阶段地下连续墙和周边建筑物位移和沉降，并对其进行分析；陆志杰[9]利用PLAXIS软件分析周边桩基建筑物与基坑稳定性的耦合作用。

在前人的研究基础上，本研究以某在建地下购物中心建筑物深大基坑工程为研究对象，对地下连续墙水平位移进行监测，并分析基坑不同方位地下连续墙的水平位移规律。

1 工程概况

本文以某在建地下购物中心建筑物深大基坑工程为研究对象，该建筑物基坑的长为265m，宽为19.8m,标准部分平均深度为25.2m，结构形式为钢筋混凝土框架结构。基坑采用地下连续墙加内支撑的结构形式，地下连续墙平均厚度为0.8m，平均埋深为30m,沿着基坑深度范围内布置四道支撑，冠梁尺寸为800mm×900mm，第一道钢支撑采用700mm×900mm的钢筋混凝土支撑，下面三道支撑采用直径610mm，管壁厚度为18mm的圆形钢管支撑。

基坑位于主干道旁边，且基坑西侧分布有以下建筑：一个3层浅基础的慈善基金会建筑，两构造物最短距离为5.5m，最大距离为25.1m；一个5层人工挖孔桩基础的酒店，两构造物最短距离为4.4m；一个4层钻孔灌注桩基础的医院，两构造物最短距离为4.89m；一个5层人工挖孔灌注桩基础的图书馆，两构造物最短距离为3.8m；一个8层静压预制方桩基础的医院，两构造物最短距离为4.89m。本文主要研究对象为临近慈善会和俊王酒店侧的基坑范围，对基坑周围布置的监测点测得的监测数据进行分析。

2 基坑地下连续墙水平位移分析

慈善会和俊王酒店位于基坑的西侧，图1为水平位移监测点布置情况，为了分析基坑开挖过程中，建筑物周围地下连续墙的水平位移，选取监测点JCD-04、JCD-06、JCD-08、JCD-10、JCD-12为研究对象。基坑开挖为分层分段开挖，结合实际施工计划，将基坑开挖过程分成6个施工阶段，如表1所示。

图1 基坑地下连续墙水平位移监测点布置图

表1 施工阶段划分表

JCD-04墙体水平位移曲线如图2所示，位于慈善会建筑物东侧，距离基坑南侧约21.8m，监测管道埋深31.2m，因地下连续墙施工的影响，实际检测深度为27.4m。由图2可知，JCD-04地下连续墙水平位移向基坑内方向呈现“凸”状：从初始状态到工序四，墙体水平位移最大值随基坑开挖过程不断增大，且最大值出现的位置逐渐下移，五个阶段中，最大位移出现在工序四的深度15.1m左右，最大值为12.87mm。工序五与工序四比较，墙体水平位移最大值减小，最大值出现在深度为15.9m左右，水平位移值为8.20mm。出现这种状况的原因为：随着开挖深度的不断加深，土体不断卸载，地下连续墙受到西侧土体的侧向压力逐渐增大，墙后土体对地下连续墙荷载的合力作用点逐渐下移，导致地下连续墙的位移向基坑内移动，而且由于合力下移的作用，地连墙最大偏移量作用点逐渐下移；在工序四到工序五这个阶段，由于施工不当导致地下连续墙出现渗漏，现场施工单位在进行压力注浆堵漏时，由于注浆压力为控制得当导致地下连续墙JCD-05出现较大的位移，注浆前与注浆后比较最大位移值增大了13.14mm，如图3所示。对比分析JCD-04与JCD-05、JCD-04与JCD-05位于同一断面，在内支撑的作用下，JCD-04处地下连续墙的变形明显比JCD-05小，且对比JCD-04的工序五与工序四，地连墙位移值减小。

图2 JCD-04墙体水平位移曲线

图3 JCD-05墙体水平位移曲线

对于墙顶水平位移，从初始状态到工序二，墙顶向坑内侧移动，水平位移值较小，从工序三开始地下连续墙墙顶逐渐向基坑外侧移动，且位移量逐渐增大，最大值为-10.29mm，且从工序三开始，位移0点逐渐下移，在第五工序结束后最低，位移0点深度最大值为8.9m。出现这种状况的原因为：地连墙顶部由于距离基坑开挖地面距离较远，且处于顶部，因而受到土压力的作用基本不变，且在土压力、水压力和内支撑三者作用力作用下保持平衡，但随着开挖深度的增大，土体中的水沿着地下连续墙出现渗漏，水压作用逐渐减小，基坑外土体为粉质粘土，抗剪强度小，因而随着水压力的减小，地下连续墙顶部逐渐向外移动。

JCD-06墙体水平位移曲线如图4所示，位于俊王酒店东南侧，距离基坑南侧约41.9m，监测管道埋深29.9m，因地下连续墙施工的影响，实际监测深度为27.4m。由图4可知，从初始状态开始，墙体水平位移最大值随基坑开挖过程不断增大，且最大值出现的位置逐渐下移。相较于工序三，工序四墙体水平位移最大值增幅较大，增大约11.9mm，工序五的墙体水平位移最大值最大，最大值出现在深度为17.4m左右，水平位移值为20.95mm。

图4 JCD-06墙体水平位移曲线

对于墙顶水平位移，从初始状态到工序一，墙顶向坑内侧移动，水平位移值较小，从工序二开始地下连续墙墙顶逐渐向基坑外侧移动，且位移量逐渐增大，工序五的水平位移最大值为-7.61mm，且从工序二开始，位移0点逐渐下移，在第五工序结束后最低，位移0点深度最大值为4.9m。对于地下连续墙变形和顶部位移的原因与JCD-04基本相同，主要区别在于工序三到工序四出现较大位移变化的原因：由于基坑由15.3m开挖至20.9m过程中，该区段土体主要是强风化粉质砂岩，强度低，易变形，开挖至该区段时，地下水沿着地下连续墙出现严重渗漏，进而墙体稳定性降低，在施工扰动及墙后土体作用下，因而该施工过程墙体出现较大的变形。

JCD-08墙体水平位移曲线如图5所示，位于俊王酒店东侧，距离基坑南侧约61.9m，监测管道埋深26.9m，由图5可知，从初始状态开始，墙体水平位移最大值随基坑开挖过程不断增大，且最大值出现的位置逐渐下移，工序五的墙体水平位移最大值最大，最大值出现在深度为18.4m左右，水平位移值为15.73mm，在工序四和工序五时位移值增幅较大。分析其原因：由15.3m开挖至25.2m过程中，该区段土体主要是强风化粉质砂岩，易受到施工扰动的影响，墙体逐渐向基坑内移动，对于工序四和工序五地下连续墙底部出现较大程度变形的原因是由于施工过程中未及时架设钢支撑导致的，进而引起地下连续墙下部在无支撑的情况下长时间承受墙背后土体的压力作用，且墙后强风化粉质砂岩承载能力弱，导致墙体出现较大幅度的变形。

图5 JCD-08墙体水平位移曲线

对于墙顶水平位移，从初始状态到工序一，墙顶先向坑内侧移动，水平位移值较小，从工序二开始地下连续墙墙顶逐渐向基坑外侧移动，且位移量逐渐增大，工序五的水平位移最大值为-15.57mm，且从工序二开始，位移0点逐渐下移，工序五的位移0点最深，深度值为4.49m。主要原因为：墙背土体地下水位下移，水压力下降，墙体在土压力、水压力、内支撑的平衡作用被打破，进而导致墙顶向基坑外移动。

JCD-10墙体水平位移曲线如图6所示，位于俊王酒店东北测，距离基坑南侧约81.5m，监测管道埋深27.1m，由图6可知，从初始状态开始，墙体水平位移最大值随基坑开挖过程不断增大，且最大值出现的位置逐渐下移，工序五的墙体水平位移最大值最大，最大值出现在深度为16.9m左右，水平位移值为14.39mm，在工序四和工序五施工完成后，墙体底部均出现较大幅度的位移，这对于保持墙体的稳定性存在一定的影响。

图6 JCD-10墙体水平位移曲线

对于墙顶水平位移，工序一施工完成后，墙顶向坑内侧产生水平位移，但水平位移值较小，从工序三开始地下连续墙墙顶逐渐向基坑外侧发生水平位移，且位移量逐渐增大，在工序三—五施工完成后发生较大幅度的增加，工序五地下连续墙墙顶的水平位移最大值为-8.07mm，但位移0点在工序三—五基本保持不变，均保持在3～4m深度范围内。分析地下连续墙底部发生较大位移的原因：在该断面21.2～25.6m范围内局部存在中等风化粉质砂岩，该区域施工时采用光面爆破施工，施工对墙体产生了一定的扰动，因而导致在工序四和工序五地下连续墙底部出现了较大程度的变形位移。