郑永峰
中国联合工程有限公司 浙江 杭州 310000
摘要：建筑工程深基坑开挖对邻近建筑的影响，其过程因土体扰动而使地层发生变形，进而作用于建筑地基基础使其发生沉降，最终反映于建筑物发生倾斜、开裂甚至倒塌。鉴于此，本文以理论分析为依据，以工程实例为依托，以减小深基坑开挖对临近建物的不利影响为目的，就此展开论述。
关键词：深基坑开挖；邻近建筑物；有限元模拟
1.建筑深基坑开挖对邻近建筑物的影响理论
1.1基坑降水对建筑物的影响
一般情况下，建筑深基坑开挖若受地下水影响（根据工程所在区域水文地质情况判定）时，为固结土体，提升开挖边坡稳定性，大多工程会以井点降水的方式降低地下水位。基于降水过程的分析，其所形成的漏斗效应会使降水区域发生一定程度的地面沉降与变形，当有建筑物存于降水区域时，则在地面不均匀沉降影响下极有可能使其发生倾斜、开裂甚至坍塌现象。
从变形机理角度分析，地下降水对邻近建筑的影响可大致归纳为下述3个方面：
（1）当建筑地基处地下水位下降时，位于水位之上的软弱土层便会出现压缩固结现象，进而导致坐落于其上的建筑发生沉降病害。
（2）从本质上讲，地下水位降低为一个排水过程，该过程土体会因赋存于其内的孔隙水排除而出现固结现象，进而使其发生变形，与此同时又因排水作用会带走土体中的细小微粒，致使周围土层因流失现象而发生变形与沉降。土体的沉降对应于水位的降低，当地下水位降低到一定程度时，土体变形便会增大，地面沉降随之明显，如此便会造成地上建筑发生倾斜、开裂甚至坍塌现象。
（3）在降水作用下，基坑内外会因土体水位的不同会形成一定的水头差，此时便会产生一定动水压力，而土体在该压力作用下便会发生流失现象，从而致使土体因松动与结构破坏而出现变形和沉降，最终导致建筑基础发生侧移变形或不均匀沉降，使其整体结构侧移或开裂。
1.2基坑围护对建筑物的影响
深基坑在施作维护结构后，在必然性变形与位移情况下对邻近建筑物造成的影响为：①基坑边坡因维护结构自身破坏而失去稳定性，进而导致邻近建筑物发生不均匀沉降与侧移变形；②受维护结构自身刚度与稳定性的影响，其即使在正常工作状态下，也会不同程度的发生位移与变形，从而对邻近建筑物造成相应的变形影响。
基于作用机理的分析，基坑维护结构位移与变形对邻近建筑物的影响表现为：
（1）基坑底部因开挖而改变了土体的初始应力，致使坑底开挖面因上部荷载的减小而产生一定的回弹，该回弹以坑底隆起为表现，使坑底呈现为中间高、四周低的形态，当基坑开挖较浅时，此类回弹一经土方开挖停止，便会自动消失，并不会造成基坑外侧土体向坑内移动的现象；但是随着土方开挖深度的增加，在基坑内外土体高差逐渐增大且作用情况下，基坑维护结构便会因承受来自基坑外侧土体与地面荷载而向基坑内侧发生变形，如此便会导致邻近建筑物在靠近基坑一侧率先发生变形并逐渐蔓延，且总体变形呈现为近基坑一侧大于远离基坑一侧，进而致使建筑结构因不均匀变形而发生倾斜与开裂等损坏。
（2）基坑周围土体在基坑开挖过程中会形成一定的塑性变形区，该塑性变形如若过大便会传递至地面，此时坑底若有积水存在，便会减小土体粘性，增大其流动性，并在松动坑内土体的同时造成坑外土体向坑内方向移动，从而使建筑物基础因地面变形的发生而产生不均匀沉降，当该沉降持续增大并超出建筑物允许变形范围时，便会使建筑物因组成构件的开裂而发生破坏。
（3）基坑维护结构会因锚杆或支撑破坏而发生变形，甚至还会造成周围土体因应力释放而降低其强度，如此反作用于维护结构使其发生进一步变形，进而导致邻近建筑物因基坑周边土体变形而发生破坏。
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2.建筑深基坑开挖对邻近建筑物的影响实例
2.1工程概况
某在建大楼为框剪结构，总高度67m（地下3层，地上18层），桩箱复合式基础。本工程地下结构采用明挖法施工，基坑形状呈“L”形，其中标准段长宽为65m和32m，扩大段长款为45m和50m，平均开挖深度16.5m，开挖方式采用分层开挖（共分六层）、分层支护（支护结构为钢支撑+800mm地下连续墙）的形式。
该工程所处区域周边环境复杂，其中北侧紧邻（距离基坑边缘约4.8m）三层砖混结构建筑一座（计算高度10.5m），采用平均埋深3.2m的条形基础。通过模拟分析，在基坑开挖卸载作用下，该邻近建筑物不可避免的会受到影响，现以该工程基坑施工特点为依据，基于各工况下开挖施工的模拟就基坑开挖次序与对邻近建筑物的影响进行分析。
2.2模型建立（有限元法）
实施有限元分析的关键为土体本构关系的模拟，且计算结果与实际结果的相符性直接受本构模型的选择情况，本文对邻近建筑物受基坑开挖的变形影响主要在重力条件下实施模拟（基坑降水影响不予考虑）。结合本工程地质条件，采用理想弹塑性模型为土体的本构模型，修正摩尔－库仑强度准则为土体的理论强度，弹性模型均为建筑结构的本构模型。
根据工程实况建立三维数值模型，其后以实际过程模拟开挖的整个环节，并在建立邻近建筑物与基坑三维数值模型的同时进行有限元网格的划分。本文共模拟了同时开挖扩大段与标准段（工况一）、标准段先开挖扩大段后开挖（工况二）与扩大段先开挖标准段后开挖（工况三）的三种工况。收集建筑物靠近与远离基坑两侧的沉降和位移数据，实施不同工况下建筑沉降变形的分析。
2.3基坑开挖对邻近建筑物的影响
根据工程实况，本文对邻近建筑物基础四角实施编号，其中远离基坑一侧两角定义为M、N测点，对应靠近基坑一侧两角定义为O、P测点，由此可知，M、O（或N、P）两点的沉降差与两点间距离之比即为建筑物倾斜。针对深基坑及其邻近建筑物建立体系模型后，数值模拟以明挖顺作法施工步骤为依据，受土方开挖的影响，基坑自身及其周边地层均会产生不同程度的附加变形。在对整个施工过程模拟中，随着基坑开挖深度的增大，围护结构与邻近建筑物的变形随之增加，并且该变形在基坑开挖至底部时产生最大值。
现定义：测点竖向位移向下时沉降量为负，反之为正。基于三种工况下各测点沉降的分析，M、O两点间的沉降差（Δh）可由沉降量O测点减去M测点来表示，同理，沉降量P测点减去N测点即为N、P两点的沉降差。此有，Δh＜0时，表明建筑物靠近基坑一侧的沉降量绝对值大于远离基坑一侧，建筑物相对倾斜于外侧，反之则倾斜于基坑内侧。在不同工况下，受开挖层数的影响，建筑基础具体沉降为：
根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）中对多层与高层建筑整体倾斜的相关规定，在建筑物因地基变形而发生沉降情况下，当建筑高度（屋面面层至室外地坪的高度）Hg≤24m时，其允许地基最大变形为0.004，本工程邻近建筑物计算高度为10.5m，符合该项规定。
依据监测结果，经分析有：三种工况下就建筑物基础沉降量而言，远离基坑一侧均小于靠近基坑一侧，此表明建筑物距离基坑越近，其基础沉降越大，建筑整体倾斜于基坑内侧。本工程三种工况下实测建筑物最大倾斜绝对值分别为0.00243、0.00224、0.00241，显示工况二开挖工艺对建筑物变形影响最小，对于本工程最为合适。此外，本工程三种工况下建筑物倾斜值均小于0.004，满足规范要求，故此判定为合格。
3.结语
综上所述，本文基于不同开挖工况下对邻近建筑物所受深基坑开挖的影响（变形）规律进行了实例分析，但在过程中并未考虑建筑结构与材料、土体扰动及其本构关系等因素的离散性影响，故而使计算结果与工程实际存在一定的偏差。但论述结果对深基坑施工普遍规律能够客观反映，因此在开挖次序的选择方面具有一定的参考意义。
参考文献
[1]王宇佳.基坑开挖施工对既有框架结构影响的数值分析研究[D].济南:山东建筑大学，2012．
[2]唐志扬.基坑开挖对邻近地铁结构的影响与工程实例分析[J].科技展望，2016（23）.
[3]李佳宇.坑角效应对基坑周围建筑物沉降变形影响的研究[J].岩土工程学报，2013，12.
论文作者:郑永峰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第25期
论文发表时间:2018/12/5
标签：基坑论文; 建筑物论文; 工况论文; 发生论文; 建筑论文; 便会论文; 结构论文; 《防护工程》2018年第25期论文;