深基坑开挖对周边建筑影响的分析

深基坑开挖对周边建筑影响的分析

摘要：深基坑开挖技术一直是我国建筑工程中的一大难题，针对深基坑开挖遇到的一系列问题，我们首先需要了解的就是对周围建筑的影响，分析出深基坑开挖对周围建筑的影响因数，找到对周围建筑影响最小的方案以及措施，本文根据具体的实例苏州轨道交通四号线红庄站深基坑工程，分析一系列深基坑开挖对周围建筑的影响问题。

关键字：深基坑开挖、周边建筑、影响分析

一、引言

近年来，随着城市轨道交通建设的不断发展，地下车站越来越多，而轨道交通地下车站基本上都采用明挖深基坑开挖的方式进行，城市区域内场地有限，深基坑的开挖，不可避免地会对附近原有建筑物造成影响，引起附近周围建筑物的开裂，倾斜。特别当基坑出现土体位移等险情时，将引起周围建筑物的沉降位移，造成严重的生命财产损失。本文就某深基坑开挖时由于基坑土体位移对附近建筑造成的影响进行长期的查勘和观测，并提出相应的处理意见。

二、工程概况

苏州轨道交通四号线红庄站全长470.5m，总建筑面积4.3万m2，为地下两层两跨及多跨现浇混凝土框架结构，车站主体基坑纵向由地下连续墙隔断为A、B、C、D 四个独立分区，基坑宽41.7m，车站主体基坑挖深18.9m~22.5m。基坑内支撑系统A区采用一道钢筋混凝土支撑+四道钢支撑，B、C、D区采用四道钢筋混凝土支撑+围檩。

红庄站东南角处紧邻红庄新屯五区，距主体基坑18.12米；西南角为吴中供水公司，距主体基坑27.05米；北端头井处紧靠新奇特汽车销售有限公司汽修厂，距主体基坑7.8米；西北侧为阳光水韵小区住宅，距主体基坑13.8米。距离相对较近，对变形控制极为不利，对深基坑设计和施工上带来了一定的难度。

为了分析该支护形式下基坑开挖对周边建筑物的影响，本文采用岩土工程有限元软件Plaxis对基坑开挖过程进行模拟，根据模拟结果来分析基坑开挖对周边建筑物的变形影响。

三、基坑开挖对周边建筑影响

1、建筑基础沉降

在深基坑开挖过程中，周围建筑，特别是在此之前就处于上方的房屋建筑基础，在基坑开挖后，一侧失去水平力支撑导致基础发生沉降。随着开挖深度的增加，沉降量也在逐渐变化，沉降检测点布置情况如图 1 所示。在基坑开挖前，从调查观测房屋以外100 m 处选取水准点测量房屋结构基础部位设置的①，②，

③，④号测点的高程，其中①号测点距离基坑开挖位置最近，仅有8m。在整个开挖过程中，距离基坑最近的测点沉降量最大。如图1所示。

2、建筑结构倾斜

房屋建筑结构发生倾斜是由于基础部位均匀沉降或者侧向水平位移引起的，如图2 中所示，建筑结构发生竖向位移时，基础结构从①，②，③，④位置移动到①’，②’，③’，④’点，根据相互对应点的不同时间的高程差计算结构的倾斜情况。

3、房屋墙面开裂

由于建筑结构基础部位发生不均匀沉降，引起应力重分布，基础的承载力各有差异，导致上部结构拉伸作用，当这种作用力达到一定程度之后，就会引起房屋墙体甚至是梁柱发生开裂。根据工程实际情况，在基坑开挖过程中，对房屋建筑的墙面裂缝进行调查房屋总共9层，根据现场观察情况，8层和9层均未出现明显裂缝，如图3所示，4到7 层出现不少裂缝，其中裂缝宽度较大、长度较长的明显裂缝。

四、基坑开挖对周边建筑影响的原因

在深基坑开挖过程中，周围建筑结构发生沉降、倾斜、开裂等破坏，不同的破坏类型存在不同的破坏机理，为进一步分析其破坏规律，本文对三种病害的机理进行分析。

1、沉降机理

在基坑开挖过程中，建筑结构自重对土产生附加应力作用。由于建筑旁的土体的自重应力将会产生主动土压力，在背离基础部位形成水平作用力，使得土基承载性能降低。再者，开挖基坑之后，原有地下水位线降低，基底内部土体的饱和度降低，静水压力作用会随之降低，土体的有效自重应力增大，可能引起下滑危险。地下水位下降后，由于孔隙率增大，基础对土基的压力作用没有改变，类似于排水固结试验原理，从而引起地表沉降。随着开挖深度的增加，地下水位逐渐降低，在此情况下，静水压力作用会逐渐减少，作用于土的直接应力会增大，

从而使得地基沉降固结，固结前期沉降变化幅度和变化速度都相对较大，后期愈见缓慢，如果开挖深度基本恒定，沉降量增加到一定幅度后边界处于微小状态甚至停止沉降。

2、倾斜机理

建筑结构发生倾斜是由于不均匀沉降引起的，在未开挖基坑的时候，随着开挖深度的变化，沉降量逐渐增大，距开挖基坑不同距离位置测点的沉降量各不相同。由于用于分析的建筑物基础测点位置距离开挖基坑边界尺寸不同，因此受到基坑开挖引起的影响程度不一样。

3、开裂机理

房屋建筑结构墙面甚至梁体发生开裂，是由于地基的不均匀沉降引起的。几个测点的高程变化使得建筑结构内部的应力重新分布。结构框架发生变形，局部下降幅度较大。在横向同样会产生应力分量，墙体内部发生拉伸剪切作用最终导致裂缝产生。

五、减少影响的措施和建议

1、基坑开挖和横向支撑措施

首先，做好技术交底，明确开挖分步和每步开挖的实际尺寸、开挖时限、支撑时限、支撑预应力等各道工序的定量指标。其次，严格执行开挖程序，土方开挖应遵循“分层、分块、抽条、对称”的原则，先撑后挖，随挖随撑。然后，提前配齐土方开挖段所需的支撑及垫块，并将钢管装配到设计长度，等待工作面开挖后进行安装。每组钢支撑安装后必须按照设计要求正确施加预应力，每小段土方挖好后，在规定时间内安装支撑并准确施加预应力。最后，及时观测预应力损失及地下连续墙水平位移情况，确定是否复加预应力。当下一道支撑预应力施加后，上道支撑的应力会减少，此时应根据监测数据对上道支撑补加预应力，直至达到设计要求。

2、基坑降水措施

坑内土体可通过排水固结达到一定强度，因此在基坑开挖前至少提前20 d 开始坑内降水，并设独立的水位观测井，根据降水期间周边建筑沉降监测数据情况，必要时应采取回灌水措施。在采取回灌措施时，应确保置换冷量或热量后的地下水全部回灌到同一含水层，不得浪费和污染地下水资源。抽水管和回灌管上均应设置水样采集口及监测口，按规定安装取水和退水计量设施，并实现水量、水温的实时监测。抽水、回灌过程应当采取密闭措施，禁止将地下水供水管、回灌管与市政供水、排水管道连接。

3、基坑信息化施工