李荣 周元杰
浙江华东建设工程有限公司 310030
摘要：在深基坑的开挖过程中，通常会伴随有降水，原有土地的平衡除了会受到基坑开挖作用外，还会受到水渗流场变化的影响，发生土体变形，也就是基坑周围地表的沉降，在周边存在建筑物时，还要考虑建筑物本身因素，最终结果为周围建筑物沉降。本文就分析了深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，为深基坑开挖中周围建筑物沉降控制提供参考，确保深基坑施工的安全。
关键词：深基坑降水；周围建筑物沉降；相关影响
近些年来，随着我国城市化的快速发展，土地资源紧张与工程建设需求矛盾日益突出，在此背景下，高层、超高层建筑工程数量不断增加，深基坑施工成为工程建设的重要内容。但是，深基坑降水会导致基坑周边土体性质发生极大变化，引起土体沉降、不均匀沉降等，因此，研究深基坑降水对周围建筑物沉降的相关影响，在施工中有效控制沉降，对于保证深基坑施工安全有着重要意义。
一、计算模型和公式及参数
（一）计算模型
本文采取一概念模型作为计算模型，在此概念模型中，场地地质为砂性土层，厚度是30m，地下潜水的标高是-2m，开挖的深基坑长、宽、高尺寸分别是50m、50m和7m。深基坑降水措施采取的是坑外井点降水，整个基坑供降水井共有36口，分别设置在基坑边界1m之外，井深是20m。
由于模型对称，以模型1/4计算，模型计算范围长、宽、高分别是150m、150m和21m，网格划分见图1[1]。
（三）计算参数
在此计算模型中，假设前提为：土层饱和且均质，在各个方向上保持同性，土体材料的塑性屈服准则采用摩尔-库伦准则，土层渗透性同性，降水井以点源进行模拟。最终土层力学相关计算参数分别为：30m厚的粉细砂土，其变形模量是25MPa，泊松比取0.3，黏聚力为0KPa，渗透系数19m/d，内摩擦角32°。
（四）边界条件
在上述计算模型中，从图1可知，位移边界条件为：固定边界有abcd、cdef和adfh，各个方向上的位移都有拘束存在。渗流边界条件为：降水井是已知流量边界，不透水边界为efgh、ghab，常水头边界为abcd、cdef。
（五）计算过程
根据此计算模型，深基坑降水对周边建筑物沉降相关影响的计算分析过程步骤为：首先，在根据模型建立渗流场，加入水头边界，形成初始渗流场状态；其次，对初始荷载进行平衡，清零位移场，得到土层的初始应力场；第三，对建筑物建筑进行模拟，施加与建筑物等同的荷载，清零位移，得到建筑物附加应力场；第四，对基坑降水计算模型，计算土体的流固耦合，确定不同条件降水对建筑物沉降影响的规律和沉降大小；第五，整理、分析上述模拟计算得到的结果[2]。
二、模拟计算结果与深基坑降水对周围建筑物沉降的影响分析
（一）地表建筑物不同情况下的影响
在本次模拟计算中，分别模拟了无建筑物、有浅基础建筑物和有桩基础建筑物三种情况，与基坑中心距离设为10m，其中，浅基础建筑物采取柔性基础，面积为14m*14m，荷载360KPa；桩基础建筑物的承台埋深2m，面积为10m*10m，其下布有桩径1.5m、桩长15m的桩4根，承台弹性模量取25GPa，计算结果如图2所示。
从图2中可知，在距离基坑同一地表位置处，上述三种情况下的地表沉降有较大差距，其中，沉降值最小的是桩基础建筑物，最大的是浅基础建筑物。所以，在预测深基坑降水对周边建筑物沉降影响时，需要考虑建筑物本身 图2：不同建筑物情况下的地表沉降值因素，否则，对于浅基础和桩基础建筑物，其预测结果会分别偏小、偏大。
上述三种情况地表沉降值不同的原因有两方面，一是建筑物会对地表形成附加应力场，二是建筑不同基础形式受力不同，其中，由于桩基础具有不容易受土层影响的特性，导致在深基坑降水时，桩基础建筑物的地表沉降最低
（二）柔性基础的位置与尺寸影响分析
假设深基坑周围建筑均采用柔性基础，分别采取以下三种情况，比较建筑物沉降值的差异，其中，在情况1中，建筑物基础长度12m，与基坑边缘距离5m，基础宽度分别取12、24、36m；在情况2中，建筑物基础长度、宽度均为12m，与基坑边缘距离分别取5m、15m、25m；在情况3中，建筑物基础宽度12m，与基坑边缘距离5m，基础长度分别为12、24、36m。分别进行模拟计算并进行分析，结论为：
首先，在情况1中，在建筑物基础长度、与基坑边缘距离固定的条件下，随着建筑物基础宽度的增大，建筑物最大沉降值差异不明显，但最大差异沉降显著增加，也就是说，基础中部的沉降明显大于基础两端。
其次，在情况2中，在建筑物基础宽度、与基坑边缘距离固定的条件下，随着建筑物基础长度的增大，建筑物沉降情况与上述相同。
第三，在情况3中，在建筑物基础宽度、长度固定的条件下，随着与建筑物与基坑边缘距离的增大，建筑物最大沉降和最大差异沉降均逐渐减小。
上述三种情况的沉降变化主要是由于在深基坑降水过程中，基坑周边的土层发生不均匀沉降而引起的，柔性基础的变形与地表沉降相一致，土层沉降会随着与基坑边缘距离的增大而变小。
（三）基础刚度和埋深影响的分析
假设建筑物基础刚性较大，分别采取以下两种情况，比较建筑物沉降变化，其中，情况1为建筑物基础刚度一致，埋深分别为1m、3m和5m；情况2为建筑物基础埋深一致，均为1m，弹性模量分别为25、50和75GPa，刚度设为1、2、3，在模拟计算后，经分析可知：
首先，在情况1中，建筑物刚度固定的情况下，随着基础埋深的增加，沉降值会相应减小，最大差异沉降略有增加，其中，差异沉降变化是降水时基坑周边的土层发生不均匀沉降而引起的；而沉降与基础埋深变化关系是由于上下部土层孔压变化引起的，土层深度越大，孔压变化越小，导致沉降越小。
其次，在情况2中，建筑物刚性基础埋深固定的情况，随着基础刚度的增大，最大沉降和最大差异沉降均相应减小，这主要是因为刚度越高的基础，其整体性越强，能够有效克服不均匀沉降的影响，减小降水造成的基础沉降[3]。
（四）相邻建筑物间相互影响的分析
假设基坑周边有3个建筑物，均为柔性浅基础，基底面积和建筑物荷载保持一致，其中，建筑物1位置固定，处于基坑中轴线上，与基坑相距10m，分析另两个建筑物不同位置对建筑物1沉降的影响。
首先，建筑物2与建筑物1距离为8m，在与基坑中轴垂直方向上，经模拟计算后，建筑物1的沉降变化不明显，表明基坑降水时，建筑物2对建筑物1的影响作用不大。
其次，建筑物3与建筑物1距离16m，同处于基坑中轴线上，经模拟计算后，建筑物1沉降有所减小，这主要是由于建筑物3的附加应力场，影响了建筑物1的土层固结。
结语
综上所述，深基坑降水对周围建筑物沉降的影响是多方面的，不仅会受建筑物基础形式、尺寸、埋深和刚度的影响，也会周建筑物彼此关系的影响，加强对这些内容的掌握，针对不同情况采取相应措施，可以有效预防深基坑降水对周围建筑物沉降造成的不利影响。
参考文献：
[1]胡志敏，宋婷.基坑降水对周围建筑物的影响[J].低温建筑技术，2012，07：114-116.
[2]伍祥虎，周菲.基坑开挖降水对周围建筑物沉降影响研究[J].科技风，2010，15：165.
[3]李涛，曲军彪，周彦军.深基坑降水对周围建筑物沉降的影响[J].北京工业大学学报，2009，12：1630-1636.
论文作者:李荣,周元杰
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签：建筑物论文; 基坑论文; 基础论文; 土层论文; 深基坑论文; 情况论文; 模型论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;