施工基坑周邊居民樓受施工影響預(yù)分析研究與應(yīng)用

李勇生（上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海 200032）

上海某小我 23～25# 和 26～28# 兩幢居民樓建于 20 世紀(jì)90 年代初，兩幢房屋均為 6 F 住宅建筑，擬在房屋周邊建設(shè)軌道交通車站，進(jìn)行深基坑開挖和隧道盾構(gòu)施工。通過分析軟件計(jì)算施工導(dǎo)致的周邊房屋沉降變形值，結(jié)合多年來城市基礎(chǔ)設(shè)施周邊房屋在施工過程中實(shí)測沉降變形值結(jié)果對房屋沉降變形計(jì)算值進(jìn)行校核，預(yù)估相對準(zhǔn)確的沉降變形值。根據(jù)已有的科研成果，預(yù)分析評估房屋在短時(shí)間內(nèi)被迫產(chǎn)生的較大沉降變形作用下結(jié)構(gòu)安全性受到的影響程度，針對房屋和施工提出預(yù)先處理建議。

1 居民樓和基坑狀況簡介

1.1 居民樓基本狀況

23～25# 和 26～28# 兩幢居民樓均為磚混結(jié)構(gòu)，房屋承重墻體采用燒結(jié)標(biāo)準(zhǔn)磚和混合砂漿實(shí)砌，有圈梁、無構(gòu)造柱；房屋樓面、屋面一般采用 120 mm 厚預(yù)應(yīng)力多孔板，陽臺、衛(wèi)生間和廚房位置采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆板，陽臺采用懸挑板式陽臺。房屋采用墻下混凝土條形基礎(chǔ)和天然地基，基礎(chǔ)埋深 1.6 m；條形基礎(chǔ)底面寬一般為 2.6 m 和 2.9 m。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，兩幢居民樓的墻體窗角裂縫、預(yù)制板拼接縫、瓷磚開裂、墻面粉刷龜裂和滲水發(fā)霉、墻面和板底涂料起殼脫落、陽臺封墻與主體承重墻間有接縫、門框與墻接縫脫開等損傷較普遍，個(gè)別正在裝修的房屋圈梁開洞；少數(shù)陽臺窗開啟不靈和窗變形，部分南側(cè)陽臺板整體向南傾。

根據(jù)現(xiàn)場測量，23 ～25# 房屋平均向北傾斜率為2.42‰，平均向東傾斜為 4.70‰；26～28# 房屋平均向北傾斜率為 3.16‰，平均向東傾斜為 2.02‰。從總體情況來看，兩幢居民樓整體向東和向北傾斜，部分角點(diǎn)傾斜率較大。

兩幢居民樓存在的主要問題是房屋建造年代較久、結(jié)構(gòu)整體性較差，老化損傷較普遍，兩幢居民樓有一定的不均勻沉降、挑板式陽臺明顯向下變形。

因之前兩幢居民樓周邊河道橋梁打樁施工以及房屋周邊使用環(huán)境變差等因素，房屋中的居民對周邊軌道交通施工有一定的抵觸情緒。

1.2 基坑設(shè)計(jì)狀況及房屋與基坑位置關(guān)系

根據(jù)基坑設(shè)計(jì)資料，擬建的車站基坑安全等級為一級，環(huán)境保護(hù)等級定為一級；車站南北兩端均為端頭井，車站全長 208 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬 19.85 m。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約 16.74 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)選用 800 mm厚地下連續(xù)墻，墻長30.5 m，沿基坑深度方向設(shè)置五道支撐；端頭井基坑深度約18.74～19.5 m，選用 800 mm 厚地下連續(xù)墻，墻深 32 m，沿基坑深度方向設(shè)置五道支撐。為減少標(biāo)準(zhǔn)段和端頭井基坑開挖階段圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，提高車站底板所處地層的土抗力，坑底下 3 m 采用攪拌樁抽條加固。

擬建車站場地位于吳淞江古河道沉積我，屬于濱海平原地貌類型，地勢開闊平坦，地面高程 4.28～4.57 m，地基土類型為軟弱場地土。

車站東南側(cè)為 23～25# 房屋和 26～28# 房屋，兩幢居民樓長邊走向總體上和基坑平行，23～25# 房屋距車站基坑南端頭井外邊線最近距離約為 8.07 m、距北側(cè) 1 號出入口 19.77 m，26～28# 房屋距線路中心線最近距離約為 12.54 m、距車站基坑南端頭井外邊線最近距離約為 32.5 m，兩幢房屋和車站基坑位置關(guān)系見圖 1。

圖1 居民樓和周邊基坑總平面示意圖

2 沉降變形估算、預(yù)分析和建議

隨著城市化進(jìn)程的加快，地下空間大規(guī)模開發(fā)利用，基坑變形引起的環(huán)境工程問題更加嚴(yán)重?；娱_挖（包括降水等）引起地表變形，而地表變形又會(huì)影響臨近房屋變形，特別是位于開挖影響我域內(nèi)的淺基礎(chǔ)房屋，模擬估算周邊房屋變形情況，為后續(xù)房屋受影響預(yù)分析和提出處理建議提供參考。

2.1 建模驗(yàn)算

采用專業(yè)軟件建立模型，土體模型長高尺寸為 162 m×80 m；房屋為 6 層的砌體結(jié)構(gòu)，層高 2.8 m；地鐵車站基坑寬深尺寸為 22.1 m×16.74 m，詳見圖 2。

圖2 未開挖模型

居民樓基礎(chǔ)為混凝土條形基礎(chǔ)，房屋距離基坑邊 8.07 m，由于小我建筑不規(guī)則，按最不利情況考慮，三開間。模型底邊固定約束，頂面為自由邊界，其余邊界皆為法向約束?；娱_挖完成后示意如圖 3 所示。

圖3 基坑開挖完成后模型

驗(yàn)算模型包括了土體、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系、鄰近房屋及其基礎(chǔ)等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。簡化模型各土層物理力學(xué)參數(shù)根據(jù)勘察報(bào)告參數(shù)取值，采用地下連續(xù)墻加五道支撐的圍護(hù)形式。

3.2 估算結(jié)果

（1）基坑開挖完成后土體垂直位移估算結(jié)果見圖 4，土體垂直位移在靠近居民樓一側(cè)下最大，最大垂直位移為－50.7 mm（下沉）；坑底土體在大底板澆筑前有局部回彈。

圖4 基坑開挖完成后土體垂直位移云圖

（2）基坑水平位移估算結(jié)果見圖 5，墻身水平位移沿地下連續(xù)墻呈上小、中大、底部幾乎不變形，最大水位位移為 55.8 mm（向基坑方向偏移）。

圖5 基坑開挖完成后水平位移云圖

（3）基坑周邊房屋垂直位移估算結(jié)果見圖 6，周邊房屋垂直位移均向下沉，最大垂直位移發(fā)生在基坑 0.5 H～1.0 H（H 為基坑深度）范圍內(nèi)，建筑近端最大垂直位移為－50.7 mm（下沉），建筑遠(yuǎn)端向下垂直位移為－42.0 mm（下沉）。

圖6 基坑開挖完成后建筑垂直位移云圖

（4）基坑周邊建筑水平位移估算結(jié)果見圖 7，總體上周邊建筑水平位移較小（其影響可忽略不計(jì)）。

圖7 基坑開挖完成后建筑水平位移云圖

3.3 房屋受影響程度預(yù)分析

根據(jù)估算結(jié)果，周邊建筑（選取 23～25#房屋）垂直位移均向下沉，最大垂直位移發(fā)生在基坑 0.5 H～1.0 H（H為基坑深度）范圍內(nèi)，建筑近端最大向下垂直位移為50.7 mm，建筑遠(yuǎn)端向下垂直位移為 42.0 mm。地下剪力墻最大水平側(cè)移為 55.8 mm。

根據(jù) DG/TJ08—61—2010《基坑工程技術(shù)規(guī)范》和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，收集了上海地我多棟磚混結(jié)構(gòu)受基坑開挖影響的資料，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)房屋總沉降量為 40 mm 以上時(shí)，絕大部分房屋出現(xiàn)了不同程度的損壞。對于一般磚墻承重結(jié)構(gòu)（房屋長高比＜10、有圈梁、天然地基＋條形基礎(chǔ)）差異沉降與房屋長度之比達(dá) 1/150（針對本檢測對象東西向傾斜率達(dá)6.67‰），分隔墻及承重墻將產(chǎn)生相當(dāng)多的裂縫，可能發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞；車站基坑位于兩幢居民樓西側(cè)，兩幢居民樓均向東傾斜（23～25# 房屋向東平均傾斜率為 4.70‰），本次基坑開挖一般情況下不會(huì)大幅增加房屋傾斜率（差異沉降），兩幢房屋一般不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞。

根據(jù)房屋沉降估算結(jié)果、技術(shù)規(guī)范和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，正常施工情況下車站基坑周邊房屋不會(huì)發(fā)生危及房屋結(jié)構(gòu)安全性的破壞；但房屋沉降會(huì)導(dǎo)致墻體開裂或裂縫增大，尤其是門窗角部易開裂，樓屋面預(yù)制板易新增拼接縫，部分裂縫會(huì)導(dǎo)致屋面和外墻出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；房屋較大的沉降會(huì)使得房屋周邊環(huán)境尤其是底層使用環(huán)境（包括底層排水不暢等）進(jìn)一步惡化并導(dǎo)致房屋周邊地下管線的變形及開裂等影響正常使用的不利狀況發(fā)生。

23～25# 房屋受雙向不均勻沉降影響，房屋一半處于車站基坑范圍、一半處于隧道盾構(gòu)范圍，加上房屋北側(cè)可能受到 1 號出入口基坑施工影響；且房屋結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，平面凹角較多；23～25# 房屋在不均勻沉降下容易出現(xiàn)墻體開裂等問題。

26～28# 房屋離車站基坑較遠(yuǎn)，但房屋近端處于車站基坑施工影響范圍而遠(yuǎn)端不在影響范圍內(nèi)，不均勻沉降將對全部上部結(jié)構(gòu)變形損傷產(chǎn)生影響，再考慮盾構(gòu)施工對房屋的影響和結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，26～28# 房屋也可能出現(xiàn)一些開裂損傷。

2.3 處理建議和實(shí)際效果

(1)在條件許可和大多數(shù)居民同意的情況下對兩幢房屋（尤其是23～25# 房屋）進(jìn)行基坑開挖前的地基加固以保護(hù)房屋，建議采用錨桿靜壓樁進(jìn)行基礎(chǔ)托換以避免基坑開挖引起房屋較大的沉降。

(2) 實(shí)際預(yù)加加施工中，兩幢居民樓增加底層外墻采用砂漿鋼絲網(wǎng)片加固措施，提高底層墻體的整體性。

(3) 根據(jù)施工監(jiān)測結(jié)果，在車站基坑開挖期間兩幢居民樓沉降均在 30 mm 以內(nèi)，房屋在施工期間未發(fā)現(xiàn)有引起結(jié)構(gòu)安全的結(jié)構(gòu)性損傷，一般性的損傷可控；居民在施工過程中反應(yīng)相對平穩(wěn)，可能由周邊施工引起的社會(huì)矛盾得到有效提前化解。

3 結(jié) 語

(1) 23～25# 房屋和 26～28# 房屋均為淺基礎(chǔ)、距離車站基坑較近且基坑開挖較深，房屋存在一定的結(jié)構(gòu)缺陷，老化損傷普遍，房屋抵抗變性能力差；兩幢房屋可能會(huì)產(chǎn)生較大的沉降，尤其是 23～25# 房屋在基坑開挖深度 0.5 倍范圍內(nèi)，其北側(cè)為出入口等不利因素。根據(jù)房屋沉降估算結(jié)果、技術(shù)規(guī)范和相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，房屋較大的沉降會(huì)使得房屋產(chǎn)生相當(dāng)多的裂縫、可能發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，并且周邊環(huán)境會(huì)進(jìn)一步惡化影響房屋的正常使用。建議在條件許可和大多數(shù)居民同意的情況下對兩幢房屋（尤其是 23～25# 房屋）進(jìn)行基坑開挖前的地基預(yù)加固以保護(hù)房屋。

(2) 基坑開挖前了解基坑周邊房屋的重要性和結(jié)構(gòu)狀況以及潛在的矛盾點(diǎn)，針對有重要?dú)v史價(jià)值和結(jié)構(gòu)狀態(tài)差的房屋，過大的變形甚至引起既有房屋傾斜受損，從而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失、社會(huì)影響非常巨大；建議針對房屋主動(dòng)采用合理的預(yù)加固處理，在基坑施工前完成受影響房屋的地基基礎(chǔ)加固，在基坑施工過程中加強(qiáng)落實(shí)監(jiān)護(hù)措施。

(3) 在預(yù)估沉降變形值和房屋受施工影響預(yù)分析方面，配合政府部門和業(yè)主單位立足預(yù)防、提前介入的目的，有效緩解日益突出的社會(huì)糾紛和矛盾，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。