基坑开挖对既有建筑物的影响研究

（中铁十二局集团建筑安装工程有限公司，山西 太原 030050）

1 基坑开挖地表土位移

基坑开挖中支护结构变形的影响因素有支护结构的刚度、土层的性质、基坑开挖的深度、支护结构插入基坑中的深度以及工程施工等。基坑开挖对临近建筑的影响力学模型可以采用悬臂式支护结构。

悬臂式支护结构的变形表现为越靠近上部位移越大。支护结构的刚度越小土体的位移越大，基坑越深则位移越大。所以地基沉降越靠近支护结构越大，离基坑越远沉降越小。如果基坑内部增加了内部支撑或者采用了锚杆结构时，沉降相应减小。在施工中，如果先支护后开挖或者边开挖边支护都可以有效地限制土体的侧移。支护桩施工如果插入岩石中，也可以有效防止下部结构侧移。不同支护结构位移情况如图1。

图1 支护结构变形示意图

除了水平位移以外，支护结构往往还有竖向位移。但是竖向位移经常被设计人员忽略。因为基坑开挖会造成基底的应力释放，产生隆起的情况。因此会带动支护结构一起有一定的上升。支护桩在实际的施工中往往有清孔不干净等情况出现，则施工完毕进行基坑开挖过程中会略下沉或者上升，所以，在实际基坑开挖过程中，支护结构会发生上升或者下降的情况[4]。

2 既有建筑受基坑开挖影响分析

1）既有建筑受不均匀沉降影响的受力计算

在基坑开挖的情形下，地基沉降不同，建筑距离基坑的距离不同，受到的不均匀沉降变形影响也不同，在基坑开挖的初期，地基的沉降较小，既有建筑的局部受到地基沉降的影响，也有一部分建筑在影响的范围以外，因此可以假设受到影响的建筑在基坑影响范围以外的部分为固定支座，形成一端固定的悬臂梁模型。采用悬臂结构的受力计算模型如下：

将公式带入矩形截面正应力公式，可以得到最终扰度为

图2 悬臂模式下受力简图

2 ）受力情况分析

在悬臂支护模式下，根据支护结构位移模型分析，一般基坑顶地基沉降曲线倾向于三角形与抛物线形结合的形式，既有建筑物与基坑之间一般都有一定的距离，此时基坑顶地基沉降更倾向与三角形，因此悬臂受力模型其实更符合现场实际情况[2]，悬臂模式下的应力分析见图2。

可以看出，在既有建筑右侧上方的拉应力最大，容易形成拉裂缝；在左下端，尤其是有门窗洞口的部位容易形成斜向的剪切裂缝。右侧上部的拉应力大于左侧的拉应力，所以建筑物的裂缝最容易发生的部位在距离基坑最近的底部。而且实际中墙体的沉降也局限于某一段，因此导致了端部斜裂缝的产生。

3 工程实际案例分析

古交市某商住楼，位于古交市金牛西大街和通顺巷交叉口，为一幢地下二层、地上三十二层的钢筋混凝土剪力墙结构商住楼，建筑面积52481.45m2，建筑总高度99m。商住楼由两部分组成，主楼（一至三单元）为底商住宅楼，地下二层、地上三十二层剪力墙结构；辅楼（四单元）为地下一层，地上五层框架结构。某商住楼业主反映，于2016年4月10日发现其房屋填充墙体出现裂缝，商场室外台阶出现下沉现象。古交市金牛大街地下人防工程位于某商住楼的东南侧，紧邻某商住楼的基坑平面呈“T”形，基坑边距离商住楼东侧约4.5米，距离商住楼南侧约6.0米，商住楼东南角距离基坑边约9.6米。

根据古交市金牛大街地下人防工程基坑与某商住楼的相对位置，古交市金牛大街地下人防工程基坑位于某商住楼的东南侧，基坑边距离商住楼东侧约4.5米，距离商住楼南侧约6.0米，商住楼东南角距离基坑边约9.6米，基坑平均深度约6.8米。基坑距离临近建筑的最小距离为4.5米，小于1.5H，因此属于受基坑影响的范围，但是新基坑开挖的深度要小于既有建筑的基坑埋深，符合《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.1.6条对于新建建筑的基础埋深不宜大于原有建筑基础的规定，根据之前章节的理论分析，将商住楼与地基看作一个整体，则基坑开挖在6.5m左右的时候，距离基坑较近的一侧沉降较小，甚至还会上拱，只有开挖深度大于12m才会产生较大沉降，因此根据拉应力轨迹图，在基坑开挖在商住楼的背侧以及前侧的受力较小，可能并不会出现受力裂缝，可认为在人防工程基坑开挖时不会对商住楼造成明显影响[1]。

1）开挖前原地基承载力

该商住楼主楼采用天然地基，基础持力层为第④层卵砾石层，根据《古交市某岩土工程勘察报告》，该层的地基承载力特征值建议值为300kPa。按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.2.4条规定进行修正后的地基承载力特征值为：

根据古交世纪花园商住楼原设计单位提供的地基沉降计算书，商住楼主楼基底平均压力值为654 kPa，按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.1条规定计算，修正后的原地基承载力特征值可达956.72kPa。说明原地基承载力经修正后满足商住楼主楼基底压力的要求。

2）人防工程基坑回填后地基承载力

人防工程地下主体结构完工及基坑回填后，商住楼外围提高了地基土的约束，地基承载力的修正符合规定，承载力得到提高（即把人防工程主体结构及上部覆土的重量按回填土容重，折算成回填土层厚度）[3]。据此，重新计算，人防工程地下主体结构完工及基坑回填后，世纪花园商住楼主楼基础的有效埋深d为6.95米（即开挖后地基土深度2.25米、人防工程外墙至商住楼外墙之间土体折算厚度1.4米、人防工程主体结构重量按填土容重折算厚度1.6米、覆土1.2米、回填0.5米之和）。所以，人防工程主体完工及基坑回填后，商住楼主楼地基承载力的承载力修正值为：

根据古交世纪花园商住楼原设计单位提供的地基沉降计算书，商住楼主楼基底平均压力值为654kPa，按照《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.1条规定计算，修正后的地基承载力特征值为827kPa。说明人防工程主体完工及基坑回填后世纪花园商住楼主楼地基承载力满足商住楼主楼基地压力的要求。

4 结 语

当前随着城市建设的发展，很多楼盘的建设空间不断缩小，在此基础上，城市建设的方向只能向下发展。但是基坑的开挖会对既有建筑造成一定的影响，因此对基坑如何影响建筑进行分析具有现实意义。本文通过建模进行分析计算的方法结合实际对基坑影响既有建筑的原理以及程度进行了分析，为同类型的工程提供了一定的参考依据。

[1]王利民,曾马荪,陈耀光.深基坑工程周围建筑及围护结构的监测分析.建筑科学，2000,16(2):15-24.

[2]建筑边坡工程技术规范GB50007-2002，北京：中国建筑工业出版社.

[3]刘熙媛，闫澍旺，窦远明，顾杰.模拟基坑开挖过程的试验研究[J].岩土力学，2005,26(1):97-104.

[4]宰金珉，宰金璋.高层建筑基础分析与设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1993.