基坑工程对邻近既有浅基础建筑物的影响分析.pdf
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1、 建 筑 技 术 Architecture Technology1978第 54 卷第 16 期 2023 年 8 月Vol.54 No.16 Aug.2023基坑工程对邻近既有浅基础建筑物的影响分析赵 彤(中铁十八局集团第二工程有限公司,064000,河北唐山)摘要:为了深入了解基坑降水、开挖、上部结构施工全过程引起邻近浅基础建筑的变形特性,以某高层住宅小区地下室基坑工程对邻近既有 3 层条形+筏形浅基础结构的影响为研究对象,分别从抽排降水、基坑开挖、上部结构施工角度分析对邻近既有建筑物变形影响。研究发现:随着基坑开挖深度加深,建筑物水平、竖向变形不断增加,且水平、竖向变形变化曲率基本一致,
2、但水平位移呈现整体向基坑一侧变形的趋势,竖向位移呈现两端大中间小的马鞍形沉降形状;上部结构施工补偿了基坑土方开挖卸荷造成的土体应力释放,建筑物水平位移和竖向位移略有回弹,研究成果可为类似工程建设提供一定借鉴。关键词:基坑工程;浅基础;MIDAS;变形中图分类号:TU 473 文献标志码:B 文章编号:1000-4726(2023)16-1978-05ANALYSIS OF INFLUENCE OF FOUNDATION PIT ENGINEERING ON ADJACENT SHALLOW FOUNDATION BUILDINGSZHAO Tong(China Railway 18th Bur
3、eau Group No.2 Engineering Co.,Ltd.,064000,Tangshan,Hebei,China)Abstract:In order to deeply understand the deformation characteristics of adjacent shallow foundation buildings caused by the whole process of foundation pit dewatering,excavation and superstructure construction,this paper studied the i
4、nfluence of foundation pit engineering in the basement of a high-rise residential district on the adjacent shallow foundation structure with 3-story strip and raft,and superstructure construction.According to the research,as the excavation depth of the foundation pit deepens,the horizontal and verti
5、cal deformation of the building increases continuously,and the curvature of the horizontal and vertical deformation changes are basically the same,but the horizontal displacement shows a trend towards the side of the foundation pit as a whole,and the vertical displacement shows a saddle-shaped settl
6、ement shape with large ends and small middle.The superstructure construction compensates the soil stress release caused by the excavation and unloading of the foundation pit earthwork,and slightly rebounds the horizontal and vertical displacement of the building.The research results can provide some
7、 reference for similar engineering construction.Keywords:foundation pit engineering;shallow foundation;MIDAS;deformation近年来,随着城市开发建设进程的加快,土地开发建设过程中基本配有对地下室的需求。尽管地下室基坑支护施工工期短,属于临时性结构,但基坑土方开挖过程的卸荷作用可能对邻近既有建筑物产生变形影响,轻则可能引发建筑物出现裂缝,重则可能引发建筑物倒塌。基坑工程对邻近设施的影响基本遵循如下规律:(1)基坑开挖导致围护结构两侧土体压力的不平衡,进而造成围护结构变形;(2)围护
8、结构变形导致邻近土体位移场变化;(3)在土体位移场作用下,邻近设施产生附加变形及附加内力1。国内外学者在基坑工程对相邻桩基础建筑物的影响方面已取得了相关成果,POULOS 等2采用三维有限元法分析了桩基与基坑间距、桩基刚度、桩基竖向荷载和约束条件等因素对桩身附加弯矩、位移的影响,并进行了影响因素评价分析;张爱军等3提出两阶段分析法,推导基坑开挖对邻近桩基侧向响应影响的数学解析解矩阵表达式;涂芬芬4采用结合数值和实测,研究了基坑开挖对邻近建筑物变形、倾斜和沉降影响。但目前研究中的既有建筑物大部分为桩基基础,自身抗变形能力较强。虽然基坑工程对既有建筑物为浅基础的影响也有一些研究,如张治国等5和王卫
9、东等6分析了深基坑开挖对邻近浅基础沉降的影响规律,但相对较少,且多侧重于基坑开挖过程对邻近建筑物的变形分析,针对基坑降水土方开挖回筑全过程的研究收稿日期:20230702作者简介:赵彤(1992),女,辽宁阜新人,e-mail:1012987430 .2023 年 8 月1979赵彤:基坑工程对邻近既有浅基础建筑物的影响分析分析很少。本项目以某高层住宅小区地下室基坑工程对邻近既有 3 层条形+筏形浅基础结构的影响为研究对象,从抽排降水、基坑开挖、上部结构施工角度分析基坑工程对邻近浅基础既有建筑物变形影响,本研究可为类似工程建设提供一定借鉴。1 工程概况本项目为某高层住宅小区,共 9 栋住宅,占
10、地面积约为 3.7 万 m2,设 12 层地下室。基坑西侧为既有建筑物,其与基坑边线最小水平距离约为 9.8 m,如图 1 所示。基坑开挖面积约为 2.9 万 m2,开挖深度约为 5.7810.08 m,既有建筑物正投影范围内基坑深度约为 6.03 m,采用 9001 100 钻孔灌注桩+三轴搅拌桩围护形式。9.80一层地下室区域浅基础建筑物一层地下室区域二层地下室区域支护结构外边线 地下室轮廓线图 1 基坑与既有建筑物平面关系既有建筑物为 3 层框架结构,基础为条形+筏形浅基础,如图 2 所示,基础持力层为 21 粉质粘土,承载力特征值为 f=140 kPa。2C2B2A条形基础筏形浅基础图
11、 2 建筑物基础平面根据地质勘察资料,拟建场地属于阶地,地层揭露显示 22 粉质粘土为软塑,易受扰动,基坑由上至下依次为 11 杂填土、12 素填土、21 粉质粘土、22 粉质粘土、31 粉质粘土、32 粉质粘土混砂、4粉质粘土混卵砾石、51 强风化泥质粉砂岩、52 中等风化泥质粉砂岩。建筑物基础、基坑底分别位于21粉质粘土、22 粉质粘土,各土层的物理力学参数见表 1。表 1 土层物理力学参数土层名称堆积密度/(kN/m3)粘聚力/(kN/m2)摩擦角/()渗透系数/(cm/s)11 杂填土19.010.016.05.0E0312 素填土18.814.013.05.0E0521 粉质粘土19
12、.121.113.47.0E0722 粉质粘土18.815.014.05.0E0631 粉质粘土19.025165E0632 粉质粘土混砂19.126.016.85E044 粉质粘土混卵砾石20.021.019.05E0351 强风化泥质粉砂岩21.535.022.05E0652 中等风化泥质粉砂岩23.5100.030.01E026承压水主要赋存于 32 粉质粘土混砂和 4 粉质粘土混卵砾石中,上部 22 粉质粘土、31 粉质粘土以及下部基岩为隔水层。承压水富水性较强,以上部潜水垂向越流补给、地表水系的侧向径流补给为主要来源,以侧向径流形式为主要排泄方式。根据抗突涌验算,基坑水头需下降 5.
13、58.0 m。2 基坑降水影响分析2.1 计算模型本工程基坑开挖期间控制水位至基坑开挖面下1 m,基坑理论安全水位控制要求见表 2。表 2 基坑理论安全水位控制要求部位开挖标高/m控制水位标高/m水头降深/m一层底板区域4.8703.4005.5一层塔楼区4.2703.4005.5二层底板区域2.4201.4207.48二层塔楼区1.8200.8208.08基坑除西侧存在敏感建筑物外,其余方位无建筑物。既有建筑物采用浅基础,坑外承压水水头变化易引发地层沉降,继而造成建筑物变形。本项目从安全和经济角度出发,近建筑物侧采用三轴搅拌桩止水帷幕,增加地下水绕流路径,其余地方未设置止水帷幕,从而基坑内降
14、承压水期间,建筑物范围内承压水变化较小,既避免了全封闭基坑的经济浪费,也确保了基坑抽降承压水期间的安全,并通过 Visual MODFLOW 加以验证。降水分析几何模型如图 3 所建 筑 技 术第 54 卷第 16 期1980示。降水井及止水帷幕布置如图 4 所示。待建基坑降水井既有建筑物止水帷幕图 3 降水分析几何模型降水井止水帷幕图 4 降水井及止水帷幕布置示意Visual MODFLOW 软件主要是依据水文地质概念建立与之相适应的三维地下水运动非稳定流数学模型的7,采用有限差分法对模型进行离散,从而计算、预测降水引起的地下水位的时空分布。2.2 成果分析根据计算,基坑内地下水位降低至坑底
15、以下 1 m时,坑外排水也随之发生变化。近建筑物侧由于设置了三轴搅拌桩止水帷幕隔断,对地下水位有明显的阻滞作用,该范围水位变化远小于其余未设置上水帷幕的位置,有效增加了降水绕流路径,降低了坑内抽排对坑外水位影响。建筑物处地下水水位最大降幅不超过 0.21 m,而未设置止水帷幕的水头降低约 1.0 m,说明增设止水帷幕措施可较好地保护既有建筑物周边地下水水位变化,不需要对基坑进行全封闭,避免了不必要的经济浪费。3 基坑施工对邻近既有建筑物影响三维分析3.1 分析模型本项目利用 Midas GTS 软件建立数值模型,模型尺寸为 400 m(长)300 m(宽)40 m(深),模型如图5、图6所示。
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