建筑基坑施工对周边环境影响的分析.pdf

江西建材岩土工程与勘察1992023年6 月建筑基坑施工对周边环境影响的分析张科科江西省地质局第五地质大队，江西 新余 338000摘 要：文中依托某建筑基坑项目，针对周边既有地铁、居民楼、市政管线等复杂情况，经选型采用顺作法，围护结构采用临时地下连续墙。通过有限元计算结果表明，采用地下连续墙结合两道混凝土水平支撑的设计方案，基坑周边建筑物变形在工程可控范围之内。现场实测结果显示，在基坑土方开挖到基底时，最大侧移为9.5 mm，与开挖深度的比值为0.1%，地铁隧道的沉降和收敛变形值在10 mm可控范围内，可以为类似工程提供参考。关键词：建筑基坑；支护结构；周边环境；有限元分析中图分类号：TV551文献标识码：A文章编号：1006-2890（2023）06-0199-03Analysis of the Impact of Building Foundation Pit Construction on the Surrounding EnvironmentZhang KekeThe Fifth Geological Brigade of Jiangxi Provincial Geological Bureau,Xinyu,Jiangxi 338000Abstract:This paper adopts a sequential approach through selection.The retaining structure adopts a temporary underground continuous wall.The finite element calculation results show that the design scheme of combining the underground continuous wall with two concrete horizontal supports allows the deformation of the buildings around the foundation pit to be within the controllable range of the project.The on-site measurement results show that when the foundation pit earthwork is excavated to the base,the maximum lateral displacement is 9.5 mm,with a ratio of 0.1%to the excavation depth.The settlement and convergence deformation values of the subway tunnel are within a controllable range of 10 mm,which can provide a reference for similar projects.Key words:Building foundation pit;Support structure;Surrounding environment;Finite element analysis作者简介：张科科（1981-），男，江苏无锡人，硕士，工程师，主要研究方向为地质灾害、地灾勘查及基坑。0 引言针对建筑基坑施工对周边环境的影响问题，高广运等1以上海某基坑为例，以数值模拟基坑整个施工过程，分析了基坑开挖对临近既有地铁隧道变形的影响。李家平2以某基坑工程为背景，通过数值手段分析了不同因素下基坑对临近隧道的影响规律。周泽林等3应用土层-隧道耦合方程，推导出弹性半空间基坑开挖引起的隧道变形的解析解。张保存等4以某基坑为研究对象，通过数值软件模拟基坑施工过程，结果显示基坑施工对既有隧道水平变形影响更为显著。蒋利明等5以某广场基坑为例，通过数值手段分析了基坑施工对既有构建筑物的影响。本文基于某建筑基坑项目，并结合其周边既有住宅楼、地铁区间隧道、市政管线等复杂状况，针对性地采用了可靠性高的地下连续墙结合混凝土水平支撑的围护设计方案。1 工程概况某项目基坑面积约2 014 m2，周长约208 m。一般区域基坑开挖深度10.30 m，汽车电梯井区域开挖深度12.30 m。本场地总体形状呈不规则长方形，路下有需保护的地铁区间隧道，东邻活动室，南面为住宅楼，西邻医院内绿地，下有地埋式污水处理池。周边环境较为复杂，保护要求高。2 变形控制指标及围护结构基于周边建筑物、地铁、道路、管线的相关资料及现场调研，北侧和东侧环境保护等级为一级，西侧和南侧环境保护等级为二级。其中，北侧按照规范环境等级可定为二级，但考虑到对地铁区间隧道的保护，将该侧的环境保护等级提高按一级设计。因此，依据基坑工程的环境保护等级划分，提出的变形控制指标为：一般区域东侧、北侧围护结构最大侧移不大于0.18H（即1.85 cm）；一般区域西侧、南侧围护结构最大侧移不大于0.30 H（即3.10 cm）；汽车电梯井深坑区域围护结果最大侧移不大于0.18 H（即2.20 cm）。本工程的特点和难点主要是周边环境异常复杂，基坑北侧紧邻运营中的地铁区间隧道，环境保护要求极高；同时,要确保附近建筑物的正常运营，需将沉降控制在允许范围之内。依据本工程特点，基坑工程采用顺作法施工，围护形式采用地下连续墙，统一设置两道钢筋混凝土水平支撑，汽车电梯井区域加设一道钢支撑。3 方案设计3.1 围护结构基坑开挖深度10.3012.30 m，围护结构采用临时地下连续墙挡土兼作止水帷幕。考虑到基坑施工减少对地铁隧道的影响，地下连续墙施工应尽可能远离地铁隧道，取消临时地下连续墙与结构外墙之间的肥槽。根据开挖深度和环境条件的要求，地下连续墙采用不同的入土深度，采用800 mm厚临时地江西建材岩土工程与勘察2002023年6 月下连续墙，坑底以下入土深度13.515.0 m，进入1-2层作为持力层。3.2 内支撑考虑到本基坑邻近地铁区间隧道，且紧邻活动室，对变形敏感，因此支撑采用砼支撑，支撑的平面布置采用南北向对撑桁架+角撑的形式，拟采用两道混凝土支撑，支撑中心标高分别为-1.750 m和-7.250 m，局部汽车电梯井落深区增设一道钢支撑。具体尺寸如表1 所示。表1支撑和围檩断面尺寸中心标高/m围檩断面/mm支撑断面/mm连杆/mm第一道混凝土支撑-1.7501000700800700700700第二道混凝土支撑-7.2501300800900800700700第三道钢支撑（汽车电梯井）-10.300H700300双拼H400400 H400400采用三角形单元模拟土体，板单元模拟围护墙及隧道，弹性支座模拟支撑。在计算模型中，建筑按实际结构偏保守采用每一层15 kPa荷载进行近似模拟。（1）北侧邻近地铁计算结果根据数值计算结果可知，围护墙最大水平位移14.4 mm，右侧隧道水平变形8.0 mm、竖向沉降6.3 mm，左侧隧道水平变形2.5 mm、竖向沉降1.7 mm。（2）西侧邻近变电间局部深坑计算结果根据数值计算结果可知，围护墙最大水平位移13.6 mm，基础板水平变形6.2 mm、竖向变形14.6 mm。根据以上计算分析，基坑周边建筑物及地铁区间隧道变形在工程可控范围之内。4.2 现场实测分析图1 给出了周边建筑物的沉降曲线。从图1 中可以看出，当基坑土方开挖到基底时，周边围护体实测水平变形不超过10 mm，周边建筑物沉降仅为35 mm，地铁隧道的沉降和收敛变形值在10 mm可控范围内。（a）配电间 3.3 立柱及施工栈桥立柱格构采用型钢格构，立柱截面为460 mm460 mm，其下设置立柱桩，立柱桩为800 mm钻孔灌注桩，立柱桩尽可能利用工程桩。根据计算，支撑立柱桩有效桩长23 m，持力层为2层；栈桥立柱桩有效桩长33 m，持力层为1层；利用工程桩为 850 mm钻孔灌注桩，持力层为层。4 数值模拟及现场实测分析4.1 数值模拟分析采用有限元分析软件分析本工程基坑开挖对邻近隧道及建筑物的影响，分析模型为平面有限元，计算分析模型包含了土体、围护墙、支撑等。本文土体采用能够考虑土体小应变特性的 HS-Small模型进行分析，该模型由 Benz在等向硬化模型（即 HS模型）的基础上进一步修正而来。本工程土体单元的HS-small模型参数参考王卫东6研究结果确定，具体参数如表2 所示，利用有效应力下的强度指标进行计算。（b）变电间图1 周边建筑物沉降曲线各测斜孔实测变形和计算结果对比曲线如图2 所示，可以看出，各工况下测斜孔的实测数据与计算结果形态能很好地吻合，实测最大侧移为9.5 mm，与开挖深度的比值为0.1%。同时说明采用基于 HS-small模型的三维有限元分析能较好地分析和预测围护结构变形。本项目基坑面积不大，在地铁保护区内，严格按照分区分块开挖，支撑限时形成的指导原则施工，总体来说，实测值均比计算分析值略小，符合本工程的实际特点。表2 土层参数信息表参数重度/（kN m-3）/MPa/MPa/MPa/MPac/MPa/0.7urpref/kPamRf17.93.954.7423.6682.79427.802.710-40.21000.80.917.62.813.3922.5575.14231.202.710-40.21000.80.616.61.772.1114.1248.16522.602.710-40.21000.80.61-117.33.594.2921.5087.95431.202.710-40.21000.80.91-218.03.614.3321.6997.72431.402.710-40.21000.80.9218.18.4910.1850.88152.62431.852.710-40.21000.50.9（下转第203页）江西建材岩土工程与勘察2032023年6 月表1 3 个监测点的变形预测结果监测周期/周DX1 监测点的预测结果DX2 监测点的预测结果DX3 监测点的预测结果变形值/mm预测值/mm相对误差/%变形值/mm预测值/mm相对误差/%变形值/mm预测值/mm相对误差/%2712.2011.962.029.859.652.0513.2913.012.102812.6412.392.0110.189.972.1113.6413.352.132913.1412.862.1410.4610.232.1613.9613.672.063013.5213.232.1110.8410.612.0914.2913.982.153113.5910.8814.203213.8711.1014.533314.0511.3814.92据表1 中31-33 期的预测结果，滑坡后续变形具小速率增加趋势，趋于稳定方向发展，且均在变形控制值范围内，说明后续条件下的滑坡防治同样有效。据上，通过滑坡变形在现状条件、后续条件下的分析结果对比，得出各监测点的变形值均在预期控制范围内，即滑坡防治效果较优。4 结语本文通过滑坡勘察成果分析及防治效果评价，得出以下结论。（1）3 个剖面在不同工况条件下的稳定系数存在不同，尤其主滑面的稳定储备相对较差，即此滑坡在不利工况条件下具有较大的失稳风险。（2）结合滑坡特征，将防治措施设计为抗滑桩，且结合防治后的变形数据，得出各监测点在现状条件、后续条件下的变形均在可控范围内，说明滑坡防治效果较优，验证了防治措施的有效性。参考文献 1 刘志强.滑坡勘察难点分析及防治措施研究J.江西建材，2023（1）：125-126，131.2 郝勇，许汉华，秦勇光，等.某边坡稳定性分析及预防和治理措施J.江西建材，2021（1）：119-120.3 张诏飞，席伟.基于 FLAC3D-RAR 的边坡稳定性分析和监测预警J.矿业研究与开发，2023，43（5）：63-68.4 李春阳，贾升安，段顺荣.黄河深切区巨型老滑坡的稳定性评价及后续预警研究J.西北师范大学学报（自然科学版），2023，59（3）：119-125.5 左韵琳，黄东晓.强降雨条件下滑坡稳定性分析及防治措施研究J.水利技术监督，2023（2）：223-227.6 张卢明，周勇，岳建国，等.粉砂质页岩高边坡滑坡动力稳定性分析及防治效果评价J.湖南科技大学学报（自然科学版），2021，36（3）：34-42.（a）基坑北侧 CX2 （b）基坑东侧 CX4 （c）基坑南侧 CX7 （d）基坑西侧 CX9图2 实测水平变形5 结语（1）基于 HS-small土体本构模型的有限元分析结果和实测数据形态能够很好地吻合，该方法能较好地预测基坑围护体的变形和周边环境的沉降，适用于复杂敏感环境下深基坑工程对周围环境影响的分析。（2）经有限元数值模拟计算和施工期现场实测，基坑周边建筑和地铁区间隧道变形均满足规范要求，验证了设计方案的可行性，确保了建筑基坑周边环境安全，可为类似项目实施提供参考。参考文献 1 高广运，高盟，杨成斌，等.基坑施工对运营地铁隧道的变形影响及控制研究J.岩土工程学报，2010，31（9）：453-459.2 李家平.基坑开挖卸载对下卧地铁隧道影响的数值分析J.地下空间与工程学报，2009，5（S1）：1345-1348，1360.3 周泽林，陈寿根，涂鹏，等.基坑开挖对邻近隧道影响的耦合分析方法J.岩土力学，2018，39（4）：1440-1449.4 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