基坑开挖降水对邻近建筑物变形的影响研究.pdf

第2 5卷第3 期2023年6 月文章编号：1 0 0 8-3 8 1 2(2 0 2 3)0 3-0 1 0-0 4基坑开挖降水对邻近建筑物变形的影响研究辽宁省交通高等专科学校学报JOURNAL OF LIAONING PROVINCIAL COLLEGE OF COMMUNICATIONSVol.25 No.3Jun.2 0 2.3张强（中铁十九局集团第一工程有限公司，辽宁辽阳1 1 1 0 0 0）摘要通过有限元分析软件Midas进行建模，模拟了建筑物在不同距离和位置、基坑开挖降水不同工序下的情况，对不同条件下基坑开挖降水和邻近建筑物变形间的联系进行研究，并针对性提出合理措施。从结果上看，当建筑物与基坑距离较近的一侧位于主沉降区时受基坑开挖降水的影响最大；邻近建筑物在基坑不同位置时所受的影响也有所不同，最敏感的是基坑边界中部，其次是阳角，最后是阴角；从邻近建筑物的变形上看，分级开挖降水的方式较为有利。关键词基坑开挖；邻近建筑物；有限元模拟；建筑工程中图分类号：TU7531引言为使城市用地有所缓解，人们开始将眼光转向旧建筑的翻新上，但这一类型建筑多在城市中心位置，基坑周边有较密集的建筑物，且建筑物往往跟基坑距离较近，导致其设计和施工难度较高1-2 。这种情况下，城市基坑施工对邻近建筑物的影响便成为重点考虑的因素。2有限元模型以某基坑项目为研究背景进行建模。所建立模型的尺寸为2 1 0 m250mx60m，其中，基坑长度1 3 0 m、宽度9 0 m和深度1 5m，按照规范要求将降水深度设置为1 5.5m。模型中的基坑形状不规则，且为探讨建筑物沉降和基坑位置的联系，在模型中设置了一个阳角3 。邻近建筑物的高度为2 4 m，所用基础类型为筏板桩，有1 2 0 KPa的基底荷载。基坑有-6.5m的初始水位，以分级降水的方式进行开挖。基坑尺寸如下图1 所示。7-45-130图1 基坑尺寸图收稿日期：2 0 2 2-1 2-1 5作者简介：张强（1 9 8 7 一），男，辽宁抚顺人，工程师。研究方向：工程管理及造价。10文献标识码：B3不同距离邻近建筑对比分析模拟基坑在周边无建筑时的变形情况，所得结果如下图2 所示。+1.96143e-0021.6%1.607420-0022.9%+1.25342-0023.2%8.99412e-0034.7%+5.45406e0034.9%+1.91400e-00318.4#-1.62606e-00325.185.16612e00316.7%8.70618e-00313.8%1.22462-0025.0%1.57863e0022.4%-1,93264e0021.3%2.286640002图2 基坑周边无建筑时的地表沉降云图从结果上看，基坑主要表现为地表沉降的竖向变形，在该种沉降变形中最大的不是在基坑边界处，而是从边界开始先上升后降低，且从中间-45到两边不断减小。与基坑越接近的地方也和基坑围护结构越接近，基坑周边土体下沉时会和围护40结构间形成摩擦力，该力会产生一定的约束作用，因而表现出坑周土体仅有较小的沉降4 。在与基坑边界距离约1 0 m的位置有沉降最大90点，在与基坑两侧边界距离约5m的位置有沉降速率最大点，将该范围称为主要沉降区域，在5m-15m的主要沉降区域内又可划分为两部分，其中，沉降增长部分在5m-10m，沉降减小部分第3 期在1 0 m-15m。在该范围内探讨基坑与不同距离邻近建筑的关系。具体如下图3 所示。5m5m5m+oMin:-22.87mm图3 基坑沉降区域划分按照沉降分区情况，设置建筑物和基坑在不同距离下的四种工况，所建模型如下图4 所示。图4 邻近建筑模型各工况下与基坑距离不同位置时的沉降曲线对比如图5所示。无建筑一2.5m一5m10m1 5m张强：基坑开挖降水对邻近建筑物变形的影响研究移的变化如下图6 所示。-142.5m一5mF-16+10m-15mF-18点也会不断变化。对比不同工况可以看出，在2.5m距离下的1 5m位置有2 4.6 mm的最大沉降，约有1 1%的增幅；在5m距离下的5m位置有25.5mm的最大沉降，约有2 1%的增幅；在1 0 m距离下的1 0 m位置有2 6 mm的增幅；在1 5m距离下的1 5m位置有2 4 mm的最大沉降，约有7%的增幅。存在建筑物时的地表沉降和不存在建筑物时的地表沉降因建筑物基础的存在而有所不同，且并非简单叠加的效果5。对建筑物近基坑侧的沉降进行分析可以看出，在建筑物和基坑边界较近时，如2.5m的工况下，相比于近基坑侧，建筑物外侧有更大的沉降，其余工况则是近基坑侧有更大的沉降，表明不是跟基坑越近就会有越大的沉降。原因在于过近的距离下，建筑物近基坑侧和主要沉降区域的距离较远，而又和基坑围护结构距离较近，一部分变形被围护结构所限制，此外，因不存在建筑物时该位置本就不具备明显沉降6 ，在增加了建筑荷载之后也仅有较小的沉降增长幅度，因此，基坑开挖降水后邻近建筑物不会倾斜到基坑侧，在和基坑距离较近且围护结构有较好稳定性时，建筑物和基坑距离较远的一侧有较大的沉降。各距离下随着开挖深度的增加建筑物水平位(l)10520F15F0-240F2617.515.012.510.07.55.0 2.50.0距离(m)图5各工况下与基坑距离不同位置时的沉降曲线对比在计算初始地应力时，先清零原始状态位移，比较竖向位移云图可以知道，对于基坑周围沉降区域整体分布情况而言，是否存在建筑物所造成的影响较小，但建筑物周边沉降量随着建筑物位置的不断改变将会有所增加，且沉降量最大-3开挖深度（m)图6 各工况下的水平位移比较建筑物的水平位移可以知道，建筑物在和基坑有2.5m距离时有1 4.6 mm的水平位移，在和基坑有5m距离时有1 7 mm的水平位移；在和基坑有1 0 m距离时有1 6 mm的水平位移；在和基坑有1 5m距离时有1 2 mm的水平位移。在建筑物和基坑有5m-10m距离时有最大的水平位移。在5m距离的建筑物有最快的水平位移增长，.11-6-9-12-15辽宁省交通高等专科学校学报其次为1 0 m工况，然后是2.5m工况，最后为界中部，阳角其次，阴角最低。因此，在基坑开15m工况。5m和1 0 m工况下有较为接近的位移挖降水时若阳角有邻近建筑物存在，就需着重设曲线，和其他两种工况有较大差距，该种情况与计建筑物的围护结构，如将支撑设置到阳角的两上述分析中建筑物是否位于主要沉降区域有的结个方向，必要时还可额外对基坑阳角坑外地基土论基本一致。进行加固，避免该处因为过大的应力集中而扩大因此，在该类型项目中，基坑开挖降水对墙后土体塑性区。5m-10m距离的建筑物有最大的影响，其次则是5不同开挖降水顺序对比分析10m-15m。可类比得到，对于有邻近建筑物的基为探讨降低地下水位所产生的影响，决定对坑项目中，当建筑物位于基坑降水施工主要沉降分级开挖和先降水后开挖两种工况进行模拟。所区域的增长部分时，建筑物有最大的变形情况，得结果如下图9 所示。因此需重点监护位于主要沉降区域的建筑物。蓝4不同位置邻近建筑对比分析先降水基坑在实际施工时往往不是规则方形，由此后开挖会有阴角和阳角出现7 ，基于此，本文决定探讨基坑开挖降水对不同位置建筑物的影响。具体见图7，限于篇幅，本文仅列出部分数据。开挖深度（）开挖深度（(m）25253-3一2一2-46-41-10-61-8-8-12-14-16J况可以发现，在有建筑物时沉降约有9.7%的增长幅度；阳角工况下，对比有建筑物和无建筑物的情况可以发现，在有建筑物时沉降约有4 6%的增幅。可以看出，在基坑施工时，阳角是敏感部位，但阳角位置的沉降量仍比基坑边界中部位置的沉降要小。建筑物在基坑开挖降水时的水平位移如下图8所示。121101091876生的影响也有所不同。其中，最敏感的是基坑边122023年蓝蓝黄黄黄黄黄05101520降水-9.5m降水-1 2.5m降水-1 5.5m开挖-3 m开挖-6 m开挖-9 m开挖-1 2 m开挖-1 5m黄黄蓝黄蓝黄蓝黄分级开挖降水0-16开挖-3 m开挖-6 m降水-9.5m开挖-9 m降水-1 2.5m开挖-1 2 m降水-1 5.5m开挖-1 5m-18-20-22J(a)阴角图7 不同位置沉降曲线阴角工况下，对比有建筑物和无建筑物的情二无建网二有建8766432-0+-3-6-9开挖深度（）(a)阴角图8 不同位置水平位移曲线从结果上看，不同的基坑位置对建筑物所产25303540510图9 建筑物沉降堆积图(b)阳角注：黄色表示基坑施工导致的沉降；蓝色表示降水导致的沉降。从建筑物的沉降云图上看，建筑物在分级开挖工况下有2 5mm的沉降，围护结构有2 1 mm的最大水平变形，在先降水后开挖工况下有3 6 mm的沉降，围护结构有2 6 mm的最大水平变形，相比之下，先降水后开挖的沉降有明显增幅，围护结构也有一定的变形增长。此外，对比发现，先降水后开挖工况下多出的沉降量主要为降水的影响，而土体开挖所导致的影响较小。进一步对比建筑物水平位移可以看出，两种工况下的水平位移变化差异较小，但两种工况下因降水所产生的影响也有一定差距，此外，降水也是引起总水平位移变化的重要因素【8 ，因此，先降水后开挖的工况会使邻近建筑物变形有显著增长。-12-151552025300-3(b)阳角-6开挖深度（）-12-15综合上述分析可以知道，对于基坑和邻近建筑物的变形而言，分级开挖降水的方式可以使其有效减小。综合土质的结构强度和应力变化原理对该种现象进行分析可以知道，一是因为分级降水等同于分级加载，能够充分发挥土体的抗变形性能，而降水后开挖的方式等同于一次性加载，第3 期此时无法有效发挥土体的抗变形性能，二是相比于先降水后施工的工况，分级降水的工况下对最终水位以下土体的土压力较小，因此在基坑施工时应尽可能避开先降水后施工的方式。6结语通过以上分析，得出以下结论：（1）对于地表变形而言，建筑物存在与否对其有较大影响。当建筑物与基坑距离较近的一侧在主沉降区时，基坑开挖降水对地面沉降有较大影响，若在该区域之外时则影响较小。因此，在基坑开挖降水之后邻近建筑物不会倾斜至基坑侧，在其和基坑距离较近且有良好围护结构时，建筑物远离基坑的一侧有较大的沉降。（2）对比建筑物在基坑不同位置时因开挖降水所导致的位移情况可以知道，邻近建筑物处于基坑不同位置时所受到的影响也有所不同，最敏感的是基坑边界中部、阳角为其次，最后是阴角。（3）基坑施工时应避开先降水后施工的方法。相比于分级开挖降水的方法，先降水后施工张强：基坑开挖降水对邻近建筑物变形的影响研究业，2 0 1 7（5)：1 2 3+1 2 5.5蒋舜.黄土基坑开挖降水引起邻近建筑物变形的研究D：西安：西安工业大学，2 0 1 6.6马贺雅，陈颖辉.昆明基坑开挖对邻近建筑物变形影响J】.价值工程，2 0 1 6，3 5（1 0)：1 4 2-1 4 3.7信磊磊.基于变形控制标准的基坑开挖对邻近既有建筑物和隧道变形影响研究D.天津：天津大学，2 0 1 6.8王立宪，何佳，狄生奎，等.基坑开挖对邻近建筑物变形的影响J】.低温建筑技术，2 0 1 5，3 7（7)：1 0 0-1 0 2.的方法所导致的建筑物位移较大，原因在于变形因为降水而有大幅度增长，而土体开挖所导致的沉降影响则较小。参考文献1】李梓铭.基坑开挖降水引起邻近建筑变形规律分析【D西安：长安大学，2 0 2 1.2王学珍.软土地区深基坑开挖对邻近桩基建筑物的变形影响研究D.青岛：山东科技大学，2 0 2 0.3张军，赵少飞，张志科，等.深大基坑开挖对邻近建筑物及隧道的变形影响J】华北科技学院学报，2 0 1 7，1 4（4)：69-74.4】王斌.基坑开挖引起的变形及对邻近建筑物的影响J】居Study on the Influence of Excavation Dewatering onAdjacent Building DeformationZhang QiangAbstract The finite element analysis software Midas was used to model the building at different distances andpositions and under different procedures of excavation dewatering.The relationship between excavation dewa-tering and adjacent building deformation under different conditions was studied,and reasonable measures wereput forward.It can be seen from the results that the side of the building close to the foundation pit is located in themain settlement area,which is the most affected by the excavation precipitation.The influence of adjacent build-ings on different positions of the foundation pit is different.The most sensitive is the middle of the boundary ofthe foundation pit,followed by the positive Angle and the last is the negative angle.From the deformation of ad-jacent buildings,the method of graded excavation precipitation is more favorable.Keywords foundation pit excavation,adjacent buildings,finite element simulation,construction works.13