长春市某基坑开挖对周围建筑物沉降的影响分析.pdf

第 卷第 期 年 月吉林建筑大学学报 收稿日期：作者简介：李向群（），男，吉林省长春市人，教授，博士 ：长春市某基坑开挖对周围建筑物沉降的影响分析李向群，许国锋吉林建筑大学 测绘与勘查工程学院，长春 摘要：本文以长春市某深基坑工程为案例，选用 为工具，通过数值模拟的方法对该工程采用的地连墙与内支撑、锚杆的复合式支护形式进行分析，得出改变围护桩桩身直径和桩间距对周围建筑物沉降的影响规律，为类似工程提供了经验关键词：周边建筑物；数值模拟；沉降中图分类号：文献标志码：文章编号：（）牞 牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牞 牶 牷 牷 引言改革开放以来，随着我国重大市政基础设施工程、城市地下铁路建设以及高层建筑的增加，深基坑的数量也相应增加 目前深基坑主要呈现以下特点 ：进行施工开挖的基坑与临近建筑物之间的距离越来越近；基坑的开挖深度明显加深；基坑尺寸和规模越来越大；基坑开挖的施工场地越来越复杂 以上特点表明，我国的深基坑施工大多位于建筑密集地带内，在与周围建筑距离逐步减小的同时尺寸规模逐渐扩大，深基坑周围建筑的安全风险不容小觑 因此，必须对深基坑施工过程中的环境变形问题进行深入研究，了解可能影响建筑物变形的因素以更好地把握基坑开挖对建筑物的影响，并基于沉降理论考虑可能的影响因素，给出基坑开挖过程中浅基础建筑物的沉降预测方法，便于今后更好地指导施工和规避风险，为类似工程提供借鉴陈观胜等 人研究深基坑开挖对周围建筑物沉降的影响和保护措施，为实际工程提供了有效措施；朱瑞钧等 人通过对比基坑沉降理论计算值和实际监测值，分析两者出现差异的原因，并总结影响周围建筑物沉降的主要原因；杨昶 运用 研究了基坑开挖深度、基坑与隧道间距离、地连墙厚度等因素对隧道变形的影响规律；王嘉乐 研究基坑在开挖过程中基坑变形与坑外变形的内在关系，并提出了应对变形的有效措施；郑刚等 人通过分析建筑物与基坑角度位置的不同，基坑所产生的变形差异也不同；刘国彬第 期李向群，许国锋：长春市某基坑开挖对周围建筑物沉降的影响分析 等 人发现建筑物基础所处不良地质条件是产生较大不均匀沉降的重要因素；冉启仁等 人分析了基坑的深宽比等因素对周围建筑物桩基的影响规律；宋旭辉 分析得出建筑物的沉降量随基坑间距的增加表现出先增大后减小的趋势，且随着基坑支护结构刚度的增大而减小 工程概况该基坑东侧为居民小区，其中有 栋住宅楼，最东侧住宅楼距离开挖基坑最近，与开挖基坑边缘线的最小距离为 该基坑的开挖尺寸为长 ，宽 ，开挖深度 该基坑采用地下连续墙 内支撑、锚杆的复合式支护形式，地下连续墙高度为 ，厚度为 该基坑采用分层开挖，每次开挖深度为 ，并且分别在基坑开挖的，处设道内支撑，第道和第道支撑采用混凝土支撑，第道采用锚杆 基坑施工三维数值模拟分析根据地质勘查资料和以往当地工程的施工经验并结合工程实际情况，对该基坑的支护方案运用 软件进行三维数值模拟分析 基坑及周围环境模型建立（）模型中为各项均匀相同介质的土体（）模型中的土体都遵循摩尔 库仑屈服原则（）在对模型计算过程中不考虑施工场以外堆载对基坑施工造成的影响（）不考虑开挖过程中基坑内土体力学参数指标变化在数值模拟过程产生的影响（）该工程所临近的居民小区房屋采用的是砖混式结构，刚度相对较小，所以在进行三维模型建立时可将小区房屋的上层建筑物简化为均布荷载的形式，均布荷载值为 计算参数的选取 土体参数选取本文土体的开挖遵循摩尔 库仑本构模型，根据地质勘察报告和工程背景的综合考虑，结合本文内容，在建立模型时将土体自上而下划分成 层，各层土体材料参数见表 表 土体材料参数 编号土层土层厚度 泊松比 重度 （）初始孔隙比 内摩擦角 粘聚力 粉质粘土夹粉土 粉土 粉质粘土 围护结构材料参数选取本基坑模型的围护结构主要是地下连续墙（）厚度均为 内支撑采用钢筋混凝土支撑和锚杆，一共设置 道内支撑 第 道和第 道支撑采用矩形钢筋混凝土（）支撑，截面尺寸为 第 道支撑采用直径为 锚杆 具体参数取值见表 表 各结构材料参数 材料名称本构模型弹性模量 泊松比 重度 （）混凝土弹性 建筑物弹性 锚杆弹性 吉林建筑大学学报第 卷 计算模型在使用 有限元软件进行模拟基坑开挖的过程中，如果选择无穷远做模型的边界条件可能会导致软件无法进行计算或者计算结果位移为零的情况 为了满足模型计算的条件，本文选取范围进行计算，如果模型的边界尺寸设置过大，会导致网格数量增多，计算量增多，过大的计算量导致计算速度缓慢，计算效率低 如果模型的边界尺寸设置过小，又会影响计算精度，造成误差过大，所以为了保证计算效率和计算的准确性，选取适当的模型边界尺寸是进行计算至关重要的条件许为强等 人提到基坑施工对周边土体的影响范围主要取决于基坑深度、施工方法、土体的物理参数、支护设计等因素 根据以往的施工经验，要考虑基坑开挖扰动的因素，基坑开挖对周围土体的影响范围一般为基坑开挖深度的 倍，超过此范围后基坑施工对基坑周围土体的影响不大 除此之外，进行模型计算的计算精度和时间因素还取决于模型整体的大小和模型整体网格的划分情况 以本文所提到的基坑进行建模，基坑的开挖深度为 ，结合该工程的地质条件、基坑尺寸及建筑物所处位置，选取模型的边界长度为 ，宽度为 ，深度为 ，整个模型采用混合网格，以此建立模型 模型建立完毕后，模型中网格数量为 个，节点数量为 个 如图 和图 所示，分别为模型建立后基坑的三维模型以及围护桩等效为地连墙后的结构模型图 基坑三维模型 图 支护结构模型 围护桩桩径和桩间距对建筑物变形的影响 围护桩桩径对建筑物变形的影响假如在围护桩其他条件不变的情况下，只改变围护桩的桩径，分别取桩径为 ，和 进行数值模拟分析 图 为围护桩在不同桩径条件下建筑物的沉降位移由图 可知，随着桩径的增加，建筑物的最大沉降值即建筑物离基坑边缘最近的一侧和最小沉降值即建筑物离基坑边缘最远的一侧均在减少 桩径在 变化时，建筑物的最大沉降值和最小沉降值减少幅度相对较大；在桩径超过 后，沉降值变化略小，降幅较小，沉降差异变化不明显 从建筑物的整体沉降值来看，随着桩径的增加，建筑物的最大沉降值和最小沉降值变化随之减小，通过图 沉降曲线斜率的变化可以看出建筑物的最大沉降值和最小沉降值随着桩径的增大，沉降差异随着逐步减小 由图 可以看出，当桩径超过 后，增加桩径对建筑物沉降的影响效果较小 所以，增加围护桩的桩径并不是越大越好，当桩径增大到一定程度后，影响效果并不明显，因此在基坑支护的过程中还应该考虑其他方面因素 桩间距对建筑物变形的影响假设在围护桩其他参数不变的情况下只改变围护桩间距，分别取围护桩的间距为 ，进行数值模拟分析 图 为围护桩在不同间距下基坑开挖到底建筑物基础沉降第 期李向群，许国锋：长春市某基坑开挖对周围建筑物沉降的影响分析 根据图 可知，桩间距在 这 个工况变化的过程中，建筑物的最大沉降值和最小沉降值也在逐渐变大，同时也反映出尽管最大沉降值和最小沉降值都是趋于逐渐增大的状态，但是其增长的幅度在不断减小，最大沉降量在 范围内浮动，变化幅度不大 结合数值模拟计算的结果可以看出，基坑在不同的桩间距下建筑物产生的沉降值变化幅度不显著，在进行基坑支护设计的过程中，桩间距值可以作为重点考虑对象 由于围护桩设置在桩顶冠梁和腰梁连接处，故该结构的整体受力性能得到了明显提升，所以在基坑设计选取确定桩间距值的过程中，可以适当扩大桩间距值，在保障基坑安全施工的前提下，既能确保基坑周围建筑的安全，又能缩短工期，降低成本?图 不同桩径下建筑物沉降?图 不同桩间距下建筑物沉降 结语本文运用 软件，以长春市某深基坑工程为例，探讨基坑开挖所引起的变形对基坑及基坑周围建筑物结构沉降变化的影响，采用数值模拟方式，分析了基坑开挖施工的过程，在只改变桩身直径和桩间距的情况下建筑物沉降值的变化得到如下结论：（）基坑开挖会造成基坑外的土体产生竖直方向的沉降，最大的沉降点所在的位置与距离基坑的边缘长度有一定的关系，并且随着基坑开挖深度的增加，地表沉降的分布曲线逐渐趋于抛物线的形态，且基坑开挖的影响范围约为基坑开挖深度的 倍 倍 由基坑数值模拟模型分析结果可以看到，建筑物与基坑边缘的距离越近，所引起的绝对沉降及差异沉降值也越来越大，所以为了保护建筑物和基坑开挖过程中的安全，要特别重视基坑外建筑物的监测数据（）当桩径增大到一定程度后，桩身直径的变化对临近建筑物竖直方向变形的影响程度较小，但对桩体水平方向产生的位移有影响，桩径增大时，桩身水平位移减小（）通过数值模拟计算结果可以得出，桩间距的变化对临近建筑物的沉降产生的影响不大，建筑物沉降的波动范围较小 故在基坑设计过程中，桩间距参数的变化可以作为一个重点考虑因素，在确保基坑安全的情况下适当调整桩间距，这样既能有效缩短工期，又能节约施工成本参考文献 王海波，蔡志刚 我国深基坑工程发展现状与展望 天津建设技，（）：陈观胜，严洪龙，陈昌平 深基坑开挖对周围建筑物的保护 城市道桥与防洪，（）：朱瑞钧，高谦，齐干 深基坑支护桩周边建筑物沉降分析 重庆建筑大学学报，（）：杨昶 基坑开挖对邻近既有地铁隧道的影响研究 南京：东南大学，王嘉乐 繁华市区不良地质条件下深基坑开挖对周边建筑物影响的研究 太原：太原理工大学，郑刚，李志伟 基坑开挖对邻近任意角度建筑物影响的有限元分析 岩土工程学报，（）：刘国彬，刘登攀 基坑施工对周围建筑物沉降的影响分析 建筑结构，（）：吉林建筑大学学报第 卷 冉启仁，王旭，王博林，蒋代军，张延杰，李建东 基坑开挖对邻近建筑桩基弯矩和变形影响的模型试验 岩土工程学报，（）：宋旭辉 地铁基坑开挖对周围建筑物沉降的影响研究 工程技术研究，（）：许为强，姜朋明 上海长江西路隧道浦东工作井施工监测分析 四川建筑科学研究，（）：（上接第 页）钢 混凝土组合梁桥的横向分布系数也逐渐减小，其中主梁数量对中梁横向分布系数的影响程度超过边梁横向分布系数的影响程度 增大剪力连接件强度可以有效地减小钢 混凝土组合梁桥的横向分布系数，且边梁受到剪力连接件强度变化的影响大于对中梁横向分布系数的影响 结论本文利用有限元软件 对钢 混凝土组合梁桥进行模拟，对于不同混凝土板厚、桥梁跨径、主梁数量和剪力连接件强度变化对钢 混凝土组合梁桥横向分布系数的影响规律进行计算与对比，结论如下：（）增大桥面板厚度对钢 混凝土组合梁桥横向部分系数影响较大 对于钢 混凝土组合梁桥，增大混凝土桥面板厚度使横向分布系数有明显下降趋势，且边梁横向分布系数减小幅度大于中梁横向分布系数的减小幅度（）增大跨径对钢 混凝土组合梁桥横向分布系数影响较为明显 随着桥梁跨径增大，钢 混凝土组合梁桥横向分布系数变化程度较为明显 各主梁横向分布系数随桥梁跨径的增大而减小，且边梁受桥梁跨径的影响程度大于对中梁的影响程度，在组合梁桥计算过程中应充分考虑桥梁跨径的影响（）增多钢 混凝土组合梁桥的主梁数量可以使横向分布系数有所减小，并且主梁数量对中梁横向分布系数的影响大于边梁横向分布系数的影响（）增大剪力连接件强度可以有效减小钢 混凝土组合梁桥的横向分布系数，且边梁横向分布系数的变化幅度大于中梁横向分布系数的变化幅度参考文献 聂建国 钢 混凝土组合结构桥梁 北京：人民交通出版社，邵旭东 桥梁工程（第四版）北京：人民交通出版社，项贻强，李少骏，刘丽思，赵荐 多梁式钢 混组合小箱梁横向受力性能 中国公学报，（）：，王栋威 不同加载位置的钢混组合连续梁桥横向分布研究 建材与装饰，（）：李瑞琪，袁万城，高康，王建国，郭军军 装配式简支钢 混组合小箱梁桥荷载横向分布系数的研究 结构工程师，（）：，（）：