基坑开挖变形对邻近建筑物沉降影响及加固处理

彭昭 陈章毅

摘要：文章结合惠州好益康总部项目基坑支护工程在开挖过程中发生的坑顶水平位移和竖向位移过大、周边建筑物发生较大沉降等情况进行实例分析，在进行沉降计算分析后对基坑变形和周边沉降变形过大等情况进行加固处理，基坑的加固处理主要采取的是增设一道型钢腰梁锚索，坡面上增设钢花管进行加固措施；建筑物采用在原基础承台下增设钢管桩等方法进行加固处理，处理效果具有指导性意义。

关键词：基坑支护；建筑物沉降；开挖变形；加固处理

1 引言

基坑作为一个临时性支护结构，拟建场地周边常有民房或者商业楼等建筑物，同时也存在这地下管线[1]。在基坑的开挖过程中，由于基坑侧土压力消散和基坑开挖形成的水头差而造成基坑档土侧发生侧向位移和沉降，同时也因为水土流失导致档土侧土体固结密实，土压力增大等原因导致附近建筑物和管线的下沉和变形。

当建筑物发生沉降时，一般会采取静力注浆法、促沉破降法、顶升法[2]等方法进行加固纠偏，但是由于岩土工程的多边形和复杂性，每一个项目存在的个不一样的环境条件和适用情况。所以本文结合惠州好益康总部项目基坑支护工程开挖过程中变形过大和附近建筑物发生过大沉降的情况做出的加固措施进行探讨

2 工程概况

2.1 基坑支护情况

三区基坑北侧邻近建设局大院，地下室边线距建设局围墙2.0m～4.4m，建设局地面比好益康现场地面高约4m，自然放坡支护，北侧中部建设局有一栋4～6层建设局宿舍楼距离基坑约18m，见图1。

靠近建设局6层宿舍楼区域，基坑开挖深度为7.8m，采用φ800@1000钻孔桩+二道预应力锚索，如图2所示。

2.2 基坑变形及建筑物沉降

2009年11月下旬，该段基坑支护施工完第二道锚索向下开挖约1m后，建设局大院地面及宿舍楼均出现不同程度的沉降，上部自然放坡坡底与基坑上部平台面也出现不同程度开裂现象。在遇到变形突变时及时的进行反压，具体变形数据如下：

时间节点 施工工况 坑顶水平位移

S13#（mm） 坑顶沉降

S13#（mm） 宿舍楼沉降

C21（mm）

2009.12 第一道锚索施工完 6 1 7.31

2010.2 加固前，回填土至第二道锚索 26 3 13.13

3 地面及建筑物沉降分析

3.1地面沉降分析

根据以往工程经验，基坑施工土方开挖导致周边地下水下降，是引起建设局地面下沉、开裂的主要原因。

由降水引起的沉降计算：

根据原地质勘察报告，基坑北侧地下水位位于建设局圍墙坡脚自然地面0.00～0.50m深度（即建设局宿舍楼地面下4.0～4.5m），假定后期基坑开挖过程总降水深度为2.5m，则地面沉降主要由降水范围内土体产生的附加沉降及 “地下水位下降引起的土层有效应力增量”对下部土层压缩两部分组成。

a、 由地下水位下降引起的土层有效应力增量参考《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB 02-98）[4]11.2.2条可得：

降水范围主要为填土层，则降水导致填土层的沉降量S1为：

b、 下部土层受地下水位下降引起的土层有效应力增量产生的沉降量，根据建筑地基基础设计规范（GB 50007-2002） [3]分层总和法计算，则：在影响范围内共4层土，填土层约6.5m，粉质粘土层厚约2.5m，淤泥质土层约4.0m，砂质粘土层约5.2m。

3.2建筑物沉降分析

宿舍楼采用C25直径450mm沉管夯扩桩基础，桩长约16m，桩端持力层为残积层，单桩承载力为800kN。

分析思路：假定原基础工程桩主要由桩侧摩阻力及桩端端承力共同分担建筑物上部荷载，由于地下水位下降，上部土层固结沉降。建筑物沉降主要由于桩侧土体负摩阻力引起的下拉荷载对桩底持力层作用所引起的附加沉降量。

根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008） [5] 5.4.3～5.4.4计算桩侧土体负摩阻力引起的下拉荷载：中性点以上桩周第i层土负摩阻力标准值：

下水下降引起的负摩阻力，取 （由土自重引起的竖向应力））[6]；

查表5.4.4-2中性点深度ln，取=8m，该范围内土层分别为填土6.5m，粉质粘土层1.5m，则

则桩底由此负摩阻力引起的附加沉降为

4 加固方案及效果

根据上述分析，估计基坑开挖将使地下水位下降4m，将引起地面下沉47.03mm，建筑物下沉94mm，为使减小建筑沉降，应该对基坑支护和建筑物进行加固。

4.1加固方案

该侧基坑及坑顶宿舍楼进行加固设计，并根据建设局及业主邀请的五名基坑专家评审意见进行修改完善。

4.2加固效果

2010年2月至2010年4月完成加固施工，加固完成后基坑及宿舍楼基本稳定，现场在第二道锚索标高施工基础工程桩（冲孔桩），2010年8月下旬工程桩施工完毕，9月初，基坑开挖土方到设计基坑底，此时基坑边位移、沉降突变，宿舍楼无明显变形情况，监测结果如下：

表1 监测数据

时间节点 施工工况 坑顶水平位移

S13#（mm） 坑顶沉降

S13#（mm） 宿舍楼沉降

C21（mm）

2010.2 加固前，回填土至第二道锚索 26 3 13.13

2010.4 加固完毕 30 6 24.82

2010.8 工程桩施工 34 25 27.03

2010.9.15 挖土至设计坑底 71 36 27.35

5 结束语

从上面分析的数据可以得出，在进行加固后的建筑沉降在加固完成后，经过工程桩的施工、开挖土方至设计坑底等工序，其沉降量变化约3mm。所以该工程在原基础承台下增设钢管桩的方法有效的阻止宿舍楼产生突变性沉降。

基坑的加固方案采用的是增设一道型钢腰梁锚索，坡面上增设7道的钢花管进行加固，从监测数据分析，在加固完毕后到开挖至设计坑底的过程中，基坑的水平位移在向下挖土的过程中产生较大的水平位移，在工程桩的施工过程中，肯定沉降发生较大的突变。原因是由于工程桩的施工造成土体发生振动密实而导致坑顶发生较大的沉降。

参考文献：

[1]田志强，陈锐，王子哲，许佳. 深基坑开挖及降水引起的邻近浅基础沉降分析[J]. 地下空间与工程学报，2012，S1：1483-1490.

[2]郑刚，李志伟. 考虑初始不均匀沉降的建筑物受基坑开挖影响的有限元分析[J]. 岩土力学，2012，08：2491-2499.

[3] 李进军，王卫东，邸国恩，吴江斌. 基坑工程对邻近建筑物附加变形影响的分析[J]. 岩土力学，2007，S1：623-629.