谢鑫
中国建筑第二工程局有限公司 河北沧州 061000
摘要：建筑深基坑开挖对邻近建筑物的影响以周边土体为直接作用，以建筑物变形破坏为最终反映，其过程呈现出一定的发展规律，本文以理论分析的方式对此展开专业论述。
关键词：建筑工程；深基坑开挖；邻近建筑物；影响分析
1.深基坑与邻近建筑物的变形机理
建筑深基坑开挖对周边土体的影响以水平位移与竖向沉降为主要表现，在基坑维护结构背后，土体位移场随着其与维护结构的远近而存在差异。当基坑周边存在邻近建筑物时，在地层发生变形情况下，建筑所受到的变形与位移影响因与基坑距离的不同而表现不同，进而产生不同程度的附加应力，当该应力超过建筑物承受极限时，便会于墙、柱、板、梁处形成裂缝，继续蔓延最终对建筑物造成结构性破坏。
建筑深基坑开挖过程中，当其所引发的土体水平位移传递至建筑物时，便会使建筑产生受压或受拉变形，而变形程度则取决于建筑物的结构形式、与基坑的相对位置（或方位）以及和基坑的距离；当深基坑开挖所引发的土体竖向位移传递至建筑物时，便会使其发生剪切变形与挠/弯曲变形，改变形主要表现在建筑物构件中的梁上。
实际上，深基坑开挖必然会对周边土体与邻近建筑物造成变形影响，其中开挖过程为诱因所在，而基坑自身、周边土体以及邻近建筑物则处于共同作用的受力与变形状态。
2.深基坑开挖邻近建筑物变形的影响
深基坑开挖过程中，受坑内土体卸载作用的影响，周边地层会发生一定的变形和破坏，并在传递至邻近建筑物后使其发生变形；此外，当基坑开挖深度范围内存在地下水时，基坑降水的实施会使地下水因渗流而造成土体固结压缩，从而导致地面发生不均匀沉降，最终引发建筑物倾斜甚至坍塌。故此，基坑开挖与降水作用所引发的周边地层变形为深基坑开挖对邻近建筑物影响研究的本质所在。
2.1对建筑物基础的影响
深基坑开挖对邻近建筑物的变形影响，在行业领域称之为“相邻影响”效应，其因建筑物的基础形式不同而在影响程度上存在差异。相比而言，深基坑开挖对于邻近建筑物沉降量与沉降差异的影响，桩基础建筑物远远小于浅埋基础建筑物。对于基坑与建筑物间距离B和建筑物基础高差ΔH关系的研究，曾有学者通过现场施工数据实时监测对比分析和试验探究的方式得出如下结论：
当ΔH与B之间满足 的关系时，深基坑开挖一般不会对邻近建筑物造成较大影响，以此可作为建筑深基坑开挖对邻近建筑物影响分析和预测的依据。
2.2围护结构对地面沉降的影响
基于施工安全性的考虑，建筑深基坑开挖必须施作维护结构形成支护，而支护形式不论是水泥挡土墙式、排桩式、板墙式、边坡稳定式或多种组合形式，基坑开挖过程中受周边土体压力的作用均会产生一定程度的变形，而该变形又进一步引发土体变形和沉降，反过来再作用于支护结构，如此循环中随着土体变形与沉降量的增大，最终使邻近建筑发生变形和破坏。目前，对于深基坑开挖所引起的土体沉降量的计算，常用方法有抛物线模式法、三角形模式法和公式简化法3种方式。
2.3土层损失理论
深基坑开挖过程中，通过土层损失理论的应用，可在计算出临近建筑物沉降量的同时在一定程度上对基坑周边地层的变形给予解释。具体而言，深基坑土体性状、支护形式（包括支撑的预加应力）、降水程度以及施工工况（如开挖顺序与分层厚度等）等因素在极大程度上决定了基坑周边土体与邻近建筑的沉降变形程度。坑内土体开挖后，基坑周边土体因失去约束力而作用于坑内支护结构使其产生形变，从而引发周边地层沉降和移位，使邻近建筑物因地基变形而发生倾斜或坍塌。
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3.深基坑开挖对邻近建筑物造成的损害
总体而言，建筑深基坑开挖对邻近建筑物的变形损害可分为直接损害与间接损害两种形式，其中直接损害是指建筑物位于主要影响范围内所遭受的破坏；间接损害是指在个别情况下，建筑物位于主要影响范围以外所遭受的连带性破坏，此类损害与深基坑开挖过程密切相关。
3.1地表均匀沉降损害
一般情况下，地表均匀性沉降对建筑物使用性能与结构稳定影响不大，其主要以建筑物整体下沉为表现，并无结构性破坏。但当沉降量过大超过一定范围时，建筑物即使为均匀性沉降，也会造成严重性损坏。例如在地下水位埋深较浅地区，当建筑物均匀沉降至室内地坪以下时，便会因地面积水而对结构产生水损害，不仅使建筑物无法正常使用，且在地基被水长期浸泡下，会使其强度与承载能力大幅下降，从而对建筑结构造成破坏。
3.2地表倾斜损害
地层沉降虽然本身对建筑物不至于造成严重破坏，但在不均匀沉降情况下，地层因发生倾斜而使原地面坡度改变，此时则有可能对建筑结构带来严重危害，尤其是对底面积较小的高耸构筑物（如高压线塔、水塔与烟囱等），地层不均匀沉降可使其重心发生偏移，导致地基附加应力重新分布，原始状态下的建筑物荷重由均匀转变为非均匀，最终使建筑物因结构内应力的变化而发生破坏。对于普通楼房，地层不均匀沉降即使未造成其稳定性丧失，但是过量倾斜将会使其失去使用功能。
3.3地表曲率损害
建筑物因地表弯曲而产生的损害在深基坑工程中较为常见，此类损害主要与基坑开发引起的地表变形形式有关，同时还受地层自身物理力学性质的影响。与地基不良引发的建筑物损害相比，地表曲率损害的不同之处在于弯曲的诱因为独立于上部的荷载（叠加了建筑的自重），以此造成弯曲损害；而地基不良引发的建筑物损害属于基坑开挖影响下的自行弯曲。
基坑开挖过程中，地表一旦发生弯曲，便会使建筑物基础部分悬空，建筑自重荷载将转移至其余部分。当地表相对上凸（称为正曲率）时，建筑物会因两端基础悬空而于墙体形成倒八字裂缝，严重时还会使梁或屋架端部从柱或墙体内抽出，导致建筑物坍塌；当地表相对下陷（称为负曲率）时，建筑物会因基础中部悬空而使墙体产生水平裂缝与正八字裂缝，如若建筑物长度过大，在其自重作用下便会从底部发生断裂。
3.4地表水平变形损害
地表水平变形分为拉伸和压缩两种，其对建筑物的破坏作用很大，尤其是拉伸变形破坏，而建筑物抵抗拉伸变形的能力远小于抵抗压缩变形的能力。压缩变形使墙体产生水平裂缝，并使纵墙褶曲，屋顶鼓起。由于建筑物对于地表拉伸变形非常敏感，位于地表拉伸区的建筑物，其基础底面受到来自地基的外向摩擦力，基础侧面受到来自地基的外向水平推力的作用，而一般建筑物抵抗拉伸作用的能力很小，很小的拉伸变形足以使建筑物墙体开裂。
地表压缩变形对建筑物的影响主要为地基对基础侧面的推力以及底部摩擦力，但力的方向与拉伸时相反。一般的建筑物对地表压缩变形具有较大的抵抗能力，即建筑物对地表压缩变形不敏感。但是如果压缩变形过大，将使建筑物发生挤碎性破坏，这种破坏往往在结构薄弱处发生。例如，夹在两坚固建筑物之间的附加建筑物便有可能因地基的压缩变形而发生严重破坏。
就实际情况而言，地表变形对建筑物的破坏往往为多种变形共同作用的结果，并不是某中单一变形所引起，通常情况下，地表压缩与负率同时出现，而地表拉伸与正曲率同时发生。
结语
综上所述，建筑深基坑开挖以对地层的扰动传递至邻近建筑物，从而引发建筑结构破坏（以剪切破坏为主，并且多呈为斜裂缝形式），并且破坏程度与建筑物整体刚度密切相关，刚度越大，结构损坏越小。对此，建筑深基坑开挖过程中，对于邻近建筑物的保护应从地层和建筑物加固两方面着手。
参考文献：
[1]陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]张爱军，莫海鸿，李爱国，高伟，向玮.基坑开挖对邻近桩基影响的两阶段分析方法[J].岩石力学与工程学报，2013，S1：2746~2750.
论文作者:谢鑫
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第9期
论文发表时间:2018/11/15
标签：建筑物论文; 基坑论文; 地表论文; 深基坑论文; 地层论文; 发生论文; 建筑论文; 《建筑细部》2018年第9期论文;