深基坑开挖对邻近既有建筑变形影响范围的研究

涂芬芬，田志国

（建设综合勘察研究设计院有限公司 北京 100007）

0 引言

目前我国一线城市仍然在高速发展，城市内的用地非常紧张，城市更新项目越来越多，而且新规划建筑高度越来越高，建筑高度的增加带来基础埋深增加，这样就会造成深基坑的规模及深度也随之增加。但是在新项目周边存在很多老的建筑群。深基坑的开挖必然会对其临近建筑物造成影响，特别是对多层建筑物的变形造成不利影响，严重地会引起临近建筑的基础下沉、不均匀沉降导致的建筑物开裂或倾斜等问题［1-3］。因此，在深基坑开挖前需要对其周围临近建筑物变形影响做系统全面的分析，从而评估开挖过程中可能的风险，确保深基坑工程及临近基坑建筑群的安全性，对于特大城市尤为重要。

为了保证深基坑开挖过程中周围建筑物和构筑物的安全，大量的学者对深基坑开挖对临近建筑物变形的影响展开了深入的研究。但是对于深基坑开挖对周边建筑影响范围的研究较少。田毛进等人［4］、涂芬芬［5］通过数值模拟得出了深基坑的开挖对周边环境的具体影响；景海河等人［6］研究了地铁车站基坑开挖对周围建筑物影响优化分析，分析了基坑开挖对周边环境产生的附加变形，根据分析结果加强了对基坑周边建筑物的保护措施；丁洪建等人［7-10］分别从施工工法、工程案例等研究了深基坑开挖对邻近建筑物变形影响。

唐志军等人［1］研究了基坑围护结构最大侧移深度对邻近桩基础建筑物不均匀沉降的影响，得到合理控制围护结构的最大侧移深度可以有效降低基坑开挖对周围环境的不利影响；徐凌等人［2］采用FLAC 3d软件模拟了深基坑工程中内支撑式排桩支护结构的开挖过程模拟，模拟得到的计算结果与实际监测曲线基本相同，模拟结果具有较高的准确性，能够预期判断基坑开挖过程的变形；楼春晖等人［3］通过对温州某大型深基坑垂直和平行于围护墙的两个方向监测，总结了开挖引起基坑外地表沉降特征，指出桩基础建筑物沉降明显小于条形基础建筑。由此可见，深基坑开挖引起周围建筑变形一方面与建筑物的距离有关，同时还与建筑物的结构和基础形式密切相关。

本文以深圳市某项目为工程背景，采用MIDASGTSNX建立基坑开挖全过程模型，得到开挖过程中对不同基础形式下周围高低层建筑物的变形影响，通过与监测结果进行对比，得出基坑开挖的影响范围。该结果可为深圳地区和同类型工程的设计和施工提供重要参考价值。

1 项目三维模拟结果与监测结果对比分析

1.1 深圳市南山区项目1（见图1～图2、表1）

表1 变形最大值计算结果汇总Tab.1 Summary of Calculation Results of Maximum Deformation （mm）

图1 项目1基坑支护平面三维图Fig.1 3D Plan of the Foundation Support for Project 1

图2 1号楼变形云图Fig.2 Deformation Cloud of Building 1

项目1位于深圳市南山区珠光北路与留仙大道交汇处西南侧。基坑开挖底面积约6 679.5 m2，周长363.5 m，本基坑开挖深度12.35～18.35 m。

场地从自上而下为素填土，填石，填砂，粉质粘土，中砂，砂质粘土，全风化花岗岩及强风化花岗岩。场地西侧约250 m外为大沙河，东侧及南侧为山坡。

1 号楼位于基坑西侧，楼高6 层，局部7 层（层高按3 m 估算），框架剪力墙结构，采用锤击沉管灌注桩基础，建筑投影面积约2 682.2 m2，建筑边线到基坑边线最近距离约7.29 m。

1.2 深圳市罗湖区项目2（见图3～图4、表1）

图3 项目2基坑支护平面三维图Fig.3 3D Plan of the Foundation Support for Project 2

图4 周边建筑物变形云图Fig.4 Deformation Cloud of Surrounding Buildings

1.3 深圳市南山区项目3（见图5～图6、表1）

图5 项目3基坑支护平面三维图Fig.5 3D Plan of the Foundation Support for Project 3

图6 周围建筑的变形云图Fig.6 Deformation Cloud of Surrounding Buildings

某项目位于深圳市南山区南山街道，为43层框剪结构的塔楼和3 层裙房，楼高为194.5 m，地基允许变形敏感，场地拟建基坑深为13.65～14.15 m 的3 层地下室，基坑支护设计采用咬合桩+内支撑支护。基坑支护平面如图5所示。

基坑西侧为16层框架剪力墙结构的高层住宅楼，采用人工挖孔桩基础，建筑边线到基坑边线最近距离为8.6 m。基坑北侧为19层的框架剪力墙结构的高层小区，采用预应力管桩基础，建筑边线到基坑线最近距离为17.8 m。基坑北侧还有8 层框架结构的综合市场，建筑边线到基坑边线最近约13.9 m。基坑东侧为4～7层浅基础的密集农民房。

拟建场地内地层自上而下有人工填土层、第四系海积层、残积层及蓟县系-青白口系花岗混合岩岩层。地下水稳定水位埋深为1.80～4.00 m，水位标高介于1.11～1.93 m。

1.4 深圳市罗湖区项目4（见图7～图8、表1）

图7 项目4基坑支护平面三维图Fig.7 3D Plan of the Foundation Support for Project 4

图8 周围建筑的位移云图Fig.8 Deformation Cloud of Surrounding Buildings

位于深圳市罗湖区，在东晓路东侧，东湖路西侧及布心路北侧。基坑周长586.7 m，面积15 661.8 m2，基坑深度16.55～22.05 m。

某市场位于基坑东侧，楼高1～3 层（层高3 m），框架结构，采用浅基础，占地面积约为1.1 万m2，建筑边线到基坑边线最近距离约2.8 m。

某住宅小区位于基坑东北侧，楼高7层（层高3 m），框架结构，桩基础，建筑投影面积约3 971 m2，建筑边线到基坑边线最近距离约28 m。

某住宅小区位于基坑南侧，楼高7 层（层高3 m），框架结构，采用桩基础，建筑投影面积约1 298 m2，建筑边线到基坑边线最近距离约24 m。

场地内土层从上自下依次为素填土，粉质粘土，中粗砂，砂质黏性土，全风化混合花岗岩，强风化混合花岗岩。地下水位埋深1.10～3.40 m，高程19.30～25.45 m。

两个住宅小区三维模拟数据与监测数据基本吻合。

根据以上结果与分析，得到基坑开挖施工对周边建筑物产生一定的影响，其中与建筑物的结构型式及与基坑的距离有关系。

2 基坑开挖影响范围的因素

根据多个项目的数值模拟结果及监测数据对比分析，得出基坑开挖的影响范围主要与土层信息、地形地势、房屋建筑基础及基坑的阻水情况有关。

2.1 土层信息

根据项目对比分析，可以看出填土层及砂层的基坑开挖过程中，邻近建筑物的变形比较大。根据周边建筑物的监测数据显示，基坑的开挖影响范围为1 倍基坑深度。

2.2 地形地势

若建筑物的处在基坑周边较高地势处，位移变形较大。若建筑物的处在基坑周边较低地势处，位移变形较小。

2.3 基础类型

基坑周边临近建筑物若为桩基础，建筑物变形较小；若建筑物为天然基础，建筑物变形较大。建筑物位置基坑1倍深度附近的变形最大。

2.4 基坑阻水情况

若基坑采用了强阻水设施（如咬合桩，地下连续墙等），且阻断了雨水的排泄路径，随基坑开挖地下水水位下降，基坑周边建筑物的变形会急剧加大。如罗湖布心01-05 地块基坑咬合桩阻断了地下水排泄方向，造成了布心菜市场（中间区域即1 倍基坑深度范围）的建筑物变形大，超出了理论计算值较多。

3 结论

本文基于深圳多个深基坑支护工程对周围邻近建筑物变形的研究，通过建立深基坑开挖全过程的三维数值模型及与实际监测数据进行对比分析，研究深基坑开挖过程中距离基坑不同距离邻近建筑物的变形、倾斜和沉降差的影响。研究主要得出基坑开挖影响范围为0.8～1.3 倍的基坑深度。其中在同样距离的情况下，天然基础的建筑物位移变化比桩基础位移变化要大。

另外若建筑物周边均被不同程度地设置了阻水桩，阻断了雨水的补给时，基坑开挖过程会加剧建筑物的变形，根据监测结果，建筑物的变形比理论值增加3～5倍。