浅析基坑开挖降水对邻近建筑物的影响研究

　　摘要：本文以某市项目为背景，分析了深基坑开挖对近邻建筑物的变形、支护结构变形以及基坑外地层沉降的影响，通过比较模拟数据和实测数据，得到相关结论，对以后的基坑工程有一定的实际意义。
　　关键词：支护；降水；沉降
　　前言
　　基坑支护方案、降水方案的合理确定以及注重现场实时监测是保障基坑工程安全施工的关键。而在确定基坑支护及降水技术方案前，合理的预测基坑工程对周围环境的不良影响，并采取有效措施加以防范是减少基坑工程危害的前提;在基坑工程施工过程中做好实时监测，提高施工的信息化水平则是保障基坑工程安全，降低其对周围环境的不良影响的关键步骤。因此，探讨有关基坑工程开挖降水对周围建筑物沉降的影响，并针对基坑周围建筑物的沉降进行相关的数值模拟和沉降量预测，优化沉降监测工作，在实际基坑工程中具有重要意义。
　　1深基坑开挖引发的环境工程问题
　　1.1基坑降水的影晌
　　深基坑开挖经常会遇到地下水悬浮颗粒向上突起、涌水和冒砂等问题。为降低地下水水头压力、疏干基坑、固结土体、稳定边坡和防止流沙等，有必要采用各种类别的井点排水.
　　预测井点降水对周围环境的影响范围和造成的地面沉降，可借鉴已有的同类工程实例，也可用一些简易的方法进行估算。
　　由于土层一般成层分布，影响范围受土层的影响很显著，降水漏斗的半径R通常用库萨金的公式进行估算
　　
　　式中:R—降水漏斗半径:
　　Sk—降水漏斗深度;
　　K—土层渗透系数;
　　h0一初始地下水的深度。
　　1.2影响因素分析
　　与深基坑开挖有关的环境工程地质问题，其影响因素很多。除基坑自身深度等因素外，还与工程地质条件、地下水类型及分布、周边建筑物类型等一系列因素有关。本文将其简要归纳为以下几个方面:基坑四周的堆载(材料设备、塔吊等)及周围建筑物的影响;工程地质质条件的影响;水文地质条件的影响;开挖工艺对变形的影响;周边建筑物、管线的影响。
　　2工程情况介绍
　　某市国华时代项目位于该市市区，主干道B大街以南，大型超市易初莲花西侧，与市政府隔路相望，地理位置优越。
　　该项目占地88.8亩，其中公建部分占地约1.6万平方，建筑面积约6.8万平方，容积率为3.28;住宅部分占地约4.3万平方，建筑面积约13万平方，容积率为2.3。
　　公建部分设地下室两层，约1.3万平方。地下二层为车库和设备用房，地下一层以游泳、休闲为主;裙房三层，约1.1万平方，属酒店和写字楼的接待、服务功能用房，四层以上设两座塔楼，A座为高档酒店，共23层，约2.8万平方，B座为写字楼，共17层，约1.5万平方。
　　住宅部分设地下室二层，局部一层，整个住宅部分的地下室联结、贯通于一体，南北约279米，东西约97米，建筑面积3.5万平方，主要功能为车库。地上设住宅楼11栋，其中5-6层的多层住宅共4栋，18-28的高层住宅7栋，共9.6万平方米。
　　住宅小区南北长约400m、东西宽120m。
　　3工程地质与水文地质条件
　　(1)区域地质构造
　　宏观上，某市位于两个四级构造单元接壤部位西端。拟建场地位于凹陷地段西端，距该拟建场地较近的主要断裂构造为北侧的一大断裂，该断裂走向NEE，倾向SSW，倾角60-80°，正断。据区域地质资料，断裂第四纪以来未有活动迹象，属非全新世活动断裂，对场地稳定性无较大不良影响。
　　(2)地形、地貌及地下水
　　拟建场地地貌单元属山前冲洪积平原。由于回填物的堆积，地形高低不平。勘察点地面标高一般在149.06-155.31m，最大高差为6.25m。
　　场地地下水为第四系潜水及风化裂隙水，埋藏深度小，勘察期间，测得该场地范围内地下水埋深在1.50-4.50m。据访问，地下水年变幅在1.00m左右，根据水质分析报告，该场地水质对硷及硅中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。
　　(3)结构及岩土物理力学性质
　　根据野外钻探资料，结合原位测试及土工试验资料结果，拟建场地地基土在勘察深度内可分为十层，分述如下:
　　①杂填土
　　杂色，松散，稍湿。土质不均匀，主要成份为建筑垃圾、灰渣、砖块、少量生活垃圾及粘性土。堆积年限约两年。
　　该层分布较为普遍，厚度相对较小，揭露厚度0.50-4.10m，平均厚度1.12m，层底标高147.39-154.81ma
　　②素填土
　　黄褐色一深褐色，松散，稍湿。土质不均匀，成份主要为碎石、砂及粘性土，堆积年限约两年。
　　该层分布不普遍，厚度相对较小，揭露厚度0.50-2.20m，平均厚度1.11m，层底标高149.47-152.28m。
　　③含砂粉质粘土
　　褐黄色一黄褐色，硬塑，局部可塑。土质不甚均匀，含少量铁质氧化物及粉细砂颗粒，切面不光滑，干强度中等，韧性较低。
　　该层分布较普遍，厚度变化较大。一般0.50-3.40m，平均厚度1.29m，层底标高146.30-153.21m。其主要物理力学性质指标如下:
　　④中粗砂
　　灰黄色一灰褐色，中密，饱和。矿物成分主要为石英、长石，粒径不均匀，磨圆度差，颗粒粒径不均，级配良好。
　　该层分布不普遍，主要分布于场地北半部，一般厚度0.50-1.90m，平均厚度1.14m，层底标高146.06-151.81m。
　　该层水上休止角标准值为40.62°，水下休止角标准值为25.13°，共进行标准贯入试验7次，实测锤击数平均值N'=17.0击。
　　⑤粉质粘土
　　灰褐色，可塑。土质较均匀，含少量铁质氧化物及风化岩碎屑，粘粒含量较高，切面较光滑，干强度较高，韧性较高。
　　该层分布不普遍，仅分布于场地的东南部，厚度相对较小。一般0.50-2.20m平均厚度1.32m，层底标高144.86-148.69m。其主要物理力学性质指标如下:
　　⑥粉质粘土
　　黄褐色一棕褐色，可塑，局部硬塑。土质较均匀，含少量铁质氧化物及风化岩碎屑，底部风化岩碎屑含量稍高，切面较光滑，干强度较高，韧性较高。
　　该层分布较普遍，厚度变化较大。一般0.50-5.40m，平均厚度2.38m，层底标高143.36-151.44m。其主要物理力学性质指标如下:
　　⑦粗砾砂
　　灰黄色一灰色，中密，饱和。矿物成分主要为石英、长石，粒径不均匀，磨圆度差，颗粒粒径不均，级配良好。
　　该层分布较普遍，厚度较小。在场地范围内，一般0.50-3.30m，平均厚度0.96m，层底标高142.42-150.54m。
　　该层水上休止角标准值为41.97°，水下休止角标准值为25.40°，该层中进行标准贯入试验19次，实测锤击数平均值N'=19.7击。根据当地建筑经验变形模量可取E0=30MPa。
　　⑧强风化花岗片麻岩
　　浅黄色一棕黄色，结构构造大部分破坏，矿物成分显著变化，肉眼尚可辨认，为中粒变晶结构，片麻状构造，被铁质渲染。
　　该层分布普遍，厚度大，仅部分钻孔揭穿。最大揭露厚度21.90m。该层中进行标准贯入试验149次，实测锤击数平均值N’=72.9击。根据平板载荷试验结果，该层变形模量可取E0=60MPa。
　　⑨中风化花岗片麻岩
　　黄绿色一肉红色，粒状结构，片麻状构造，矿物成分主要为石英、长石及少量角闪石，裂隙发育，岩心多呈碎块状及短柱状，少量呈柱状及长柱状。
　　该层埋藏较深，仅部分钻孔有所揭露。最大揭露厚度5.50m。其饱和单轴极限抗压强度平均值15.1MPa，标准值13.6MPa。
　　⑩强风化花岗片麻岩
　　浅黄色一棕黄色，结构构造大部分破坏，矿物成分显著变化，肉眼尚可辨认，为中粒变晶结构，片麻状构造，风化裂隙极发育，被铁质渲染，岩芯由于受机械作用而呈砂土状，少量风化为碎块状，手可册断。
　　4国华时代项目周围建筑物沉降监测数据处理
　　4.1周围建筑物观测点沉降数据处理
　　此项目中1号楼和6号楼的位置比较具有代表性，1号楼位于基坑左侧的中间位置;6号楼位于基坑左侧的南部，距离基坑还有一定的距离，位置与其它的楼有明显的区别。故本文中选取1,6号楼进行具体的数据处理和分析。
　　首先以各个沉降监测点的沉降为研究对象，绘制沉降量变化曲线，观察单个沉降点的沉降规律，并分析不同位置的沉降点的沉降变化的异同。
　　两座楼房的沉降量曲线图1、图2如下所示:
　　
　　图11号楼沉降量曲线图
　　
　　图26号楼沉降量曲线图
　　由两图可得到以下结论:
　　(1)各个监测点的曲线变化趋势是相同的。随着基坑工程的不断推进，沉降量逐渐变大，并且在基坑工程的后期，由于基坑开挖深度的加大，基坑降水量的增加，沉降变化比较明显。可见沉降监测的设计，应当与基坑的具体施工过程紧密结合，不断修改监测的周期。
　　(2)各个监测点的沉降变化曲线是不光滑的，呈折线变化，局部变化比较明显。分析变化明显处的观测时间可知，较大的沉降变化都是发生在有较大规模的降雨过程或者基坑降水量较大的时候。该项目中，在第8次、第15次、第25次、第27次、第30次观测前，某市地区有较大的降雨，相应时间位置的曲线就向上折起，表示建筑物在原来的基础上向上运动;在第19次、第21次、第23次、第26次、第31次、第33次观测时，基坑的降水量较大，相应时间位置的曲线折率较大，表示此时建筑物的沉降量较大。
　　(3)对于同一建筑物不同位置观测点的沉降曲线，大体上呈相互平行的趋势，但是局部有交叉。这表明，距基坑不同距离观测点的沉降量随时间变化的规律相似，但不尽相同。
　　(4)处于基坑不同方位的建筑物对于基坑开挖和降水的反应不同。由于6号楼距离基坑的中心位置较远，与1号楼相比，沉降量比较小，曲线的变化比较缓，对于降雨和降水的反应也比较小。
　　4.2周围建筑物单侧沉降分析
　　建筑物在垂直于基坑长边方向上容易产生不均匀沉降，从而导致建筑物倾斜、裂缝甚至倒塌，因此本文对本项目中的建筑物的单侧的沉降量进行分析研究。
　　此项目共进行了41次现场沉降监测，这里取1号楼的南侧四个点的第2次、第12次、第21次、第22次、第32次、第41次的沉降值绘制单侧沉降曲线如图3所示:
　　
　　图31号楼单侧沉降量曲线图
　　从图中可知:五组数据所得的曲线变化趋势相同，随着距离基坑距离的加大，沉降逐渐变小。而此处的建筑物并没有处在基坑周围沉降变化的正负拐点，所以差异沉降不大，楼体较为安全。
　　4.3建筑物倾斜分析
　　进行基坑开挖时周围建筑物沉降监测及分析的关键，是要分析建筑物的差异沉降，差异沉降过大就会导致建筑物的裂缝甚至坍塌。本文利用建筑物差异沉降折线图对建筑物的倾斜进行分析。以1号楼为例，其差异沉降折线图4所示:
　　
　　图41号楼差异沉降折线图
　　从图中可知，此楼体的最大差异沉降为测点1-5和测点1-8之间的沉降差异，差异沉降为1.17mm，对应的楼体的倾斜率为:
　　倾斜率=差异沉降/建筑物长度×100%=1.17/88000×100%=0.0013%
　　可见，最大差异沉降和倾斜率都小于设定的警界值，故此楼体是安全的。
　　结束语
　　本项目基坑开挖对周围建筑物及周围环境的沉降研究，达到了预期的目的，计算结果资料可靠，精度达到国家要求的各项技术指标要求，也符合《建筑物工程施工变形测量规范》的要求，符合现行国家和行业标准及某市国华项目基坑施工技术要求。从获取的数据上看，该工程基坑开挖及支护对建筑物的影响不大，周围建筑物总体沉降量在允许范围之内，周围建筑物在基坑开挖和沉降水过程中的变形都在安全域内，在此过程中，建筑物及周围环境是稳定和安全的，基坑己经进入稳定状态。
　　参考文献
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