基于时空效应的深基坑开挖对周边建筑物沉降的监测分析

　　摘要：基于时空效应原理分析了某深基坑开挖期间周边建筑物的实时沉降监测数据的变化趋势。分析结果表明：基坑开挖深度和无支撑暴露的时间都对周边建筑物沉降产生显著影响，其中基坑开挖至2/3~3/4设计深度时是基坑最危险的工况，对建筑物沉降影响最为显著。
　　关键词：时空效应；深基坑；建筑物沉降；监测
　　由于城市建设用地的局限性，周边环境的严峻性以及深基坑在开挖过程中所涉及场地地质条件的复杂性和不确定性，深基坑工程是一项极具危险性、挑战性和高难的岩土工程课题。本文结合中原地区某大型深基坑工程，对监测数据进行分析，以确定基坑开挖对周围建筑物的影响。
　　1工程概况
　　基坑场地自然地面的标高为-0.5m，土层以粉土和粉质粘土为主。北部承台底标高为-13.8～-14.8m，南部承台底标高-16.3～16.4m,局部承台底标高为-17.6m。基坑开挖深度（至承台垫层底）北部及中部为-13.4m～-14.4m，南部为-16.0m，局部电梯井部位开挖达-17.2m。基坑平面不规则，基底面积约为7110m2。
　　2基坑支护形式
　　根据基坑特点，将基坑周边划分为七个支护剖面，具体见基坑平面布置图1，每个支护剖面采用不同的支护形式。
　　①、基坑北侧、西侧偏北临医院环道（图A中1-1剖面），周围没有建筑物，开挖深度以13.4m为主，采用复合土钉墙（土钉+土层锚杆+微型桩）对其进行支护，共设置7排土钉和2排预应力锚索。②、2-2，4-4剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用四道锚索，锚索中间加土钉；③、3-3、5-5、6-6剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用五道锚索，在锚索中间加五道土钉；④、7-7剖面采用支护桩、锚索和土钉联合支护结构，采用六道锚索，在锚索中间加五道土钉；⑤、西南角临3层传染楼的阳角处设置角支撑，角支撑标高同桩锚支护结构的冠梁标高。
　　
　　第一作者简介：王海明（1973-），男，河南人，河南省建筑科学研究院研究二所副所长，主要从事建筑工程地基基础检测，深基坑检测及其他建筑检测鉴定工作。
　　
　　根据基坑支护形式，结合现场情况进行了周围建筑物沉降监测点的布设，具体见图2。
　　
　　图1基坑支护平面布置图图2、周边建筑物沉降点布置图
　　3、施工工况分析
　　工程大部分剖面采用六层锚索与支护桩工程作用的支护形式，根据此特点，我们将施工过程分为以下七个施工工况：
　　表1施工工况
　　工况编号 持续时间/d 工况描述 基坑开挖深度
　　1 21（3.5-3.26） 第一排锚索下挖土至第二层锚索施工完毕 -5.5
　　2 15（3.27-4.11） 第二排锚索下挖土至第三层锚索施工完毕 -8.0
　　3 12（4.11-4.23） 第三排锚索下挖土至第四层锚索施工完毕 -10.0
　　4 12（4.24-5.6） 第四层锚索下挖土至第五层锚索施工完毕 -12.0
　　5 14（5.6-5.20） 第五层锚索下挖土至第六层锚索施工完毕 -14.0
　　6 40（5.21-7.1） 垫层施工完毕 -16.0
　　7 26(7.1-7.26) 底板混凝土大部分浇筑完毕 -16.0
　　4、监测数据分析
　　根据本基坑周边建筑物与基坑距离的远近以及周边建筑物本身对沉降的要求，共在周边建筑物上设置了25个沉降监测点，具体位置见布置图2。周边建筑物沉降在整个开挖期间的沉降趋势见图3
　　
　　图3、整个基坑开挖期间建筑物沉降与时间的关系曲线
　　表1、各工况下的建筑物沉降增量表
　　
　　工况1增量/mm 工况2增量/mm 工况3增量/mm 工况4增量/mm 工况5增量/mm 工况6增量/mm 工况7增量/mm
　　1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.22 0.00
　　2 0.00 0.30 0.00 0.00 0.00 0.00 0.34
　　3 0.43 0.52 0.23 0.37 0.00 1.97 0.20
　　4 0.00 0.00 0.33 0.88 1.16 2.37 0.60
　　5 0.43 0.00 0.37 0.00 0.00 0.46 0.00
　　6 0.00 0.00 0.57 0.00 0.00 0.75 0.00
　　7 2.37 0.39 0.00 1.33 2.03 1.92 0.00
　　8 0.83 1.13 1.96 1.10 0.63 3.96 1.60
　　9 1.66 0.52 0.00 2.71 0.44 2.09 1.50
　　10 0.00 1.86 0.55 1.62 0.86 0.00 0.00
　　11 1.47 0.79 1.93 1.53 0.45 1.20 0.30
　　12 0.52 0.00 0.51 0.47 1.32 1.05 0.40
　　13 0.99 0.00 0.00 0.99 0.45 4.02 0.80
　　14 1.62 1.91 1.90 1.47 0.00 3.47 1.30
　　15 1.41 0.59 0.49 0.00 1.15 4.88 1.00
　　16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
　　17 0.00 0.00 0.19 0.00 0.45 1.07 0.00
　　18 0.85 0.34 1.76 1.77 1.52 2.45 1.80
　　19 1.59 0.00 0.76 3.04 1.47 2.37 1.50
　　20 0.00 0.00 0.24 0.00 0.00 0.32 0.00
　　21 1.76 0.89 1.52 0.00 0.41 2.08 2.20
　　由于基坑附近建筑物多为建成多年的多层砖混结构，因此认为建筑物沉降发展主要是由于基坑支护侧向位移导致建筑物沉降的发展。
　　从各工况下沉降与时间关系曲线上可以看出，各工况下沉降量发展各不相同，整体上随着基坑开挖深度的增加逐渐增加，但各个工况下增长量又有所不同。根据表1和图3可以看出，各工况下的沉降累计增量显著不同，其中工况6下最大，其次为工况4，再次为工况3，再次为工况5；从表2也可以看出，各工况下的发展速率也呈现出明显的不同，其中工况4发展速率最快，其次为工况3，再次为工况6，再次为工况5；由此可见基坑周边建筑物沉降的发展情况与基坑开挖的深度和基坑无支撑暴露的时间都有明显影响，从上述分析可以得出在工况3和工况4持续时间相同的情况下，工况4明显大于工况3，因此可以判断，在整个基坑开挖期间，工况4为最为危险的工况。
　　表2、各工况下的沉降量发展平均速率
　　
　　工况1速率/mm 工况2速率/mm 工况3速率/mm 工况4速率/mm 工况5速率/mm 工况6速率mm 工况7速率/mm
　　1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00
　　2 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01
　　3 0.02 0.03 0.02 0.03 0.00 0.05 0.01
　　4 0.00 0.00 0.03 0.07 0.08 0.06 0.02
　　5 0.02 0.00 0.03 0.00 0.00 0.01 0.00
　　6 0.00 0.00 0.05 0.00 0.00 0.02 0.00
　　7 0.11 0.03 0.00 0.11 0.14 0.05 0.00
　　8 0.04 0.08 0.16 0.09 0.05 0.10 0.06
　　9 0.08 0.03 0.00 0.23 0.03 0.05 0.06
　　10 0.00 0.12 0.05 0.14 0.06 0.00 0.00
　　11 0.07 0.05 0.16 0.13 0.03 0.03 0.01
　　12 0.02 0.00 0.04 0.04 0.09 0.03 0.02
　　13 0.05 0.00 0.00 0.08 0.03 0.10 0.03
　　14 0.08 0.13 0.16 0.12 0.00 0.09 0.05
　　15 0.07 0.04 0.04 0.00 0.08 0.12 0.04
　　16 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
　　17 0.00 0.00 0.02 0.00 0.03 0.03 0.00
　　18 0.04 0.02 0.15 0.15 0.11 0.06 0.07
　　19 0.08 0.00 0.06 0.25 0.10 0.06 0.06
　　20 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.01 0.00
　　21 0.08 0.06 0.13 0.00 0.03 0.05 0.08
　　5、小结
　　位于基坑影响范围内的建筑物沉降由于及其复杂的变化规律，在对支护施工工况对其发展的影响中得出，基坑开挖至基坑开挖深。因此，当基坑施工至此区域时一方面要进行支护施工，保证施工质量；同时也要加快施工进度，减少无支撑体系下的基坑暴露时间，减少基坑变形，从而控制周边建筑物的沉降量，保证周边建筑物的安全。
　　6、参考文献
　　[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].中国建筑工业出版社,2005.
　　[2]吴文.深基坑桩锚支护体系支护机理、现场试验及数值分析研究[D].武汉：中国科学院武汉岩土力学研究所，1998.
　　[3]龚晓南.基坑工程实例[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006．

《基于时空效应的深基坑开挖对周边建筑物沉降的监测分析》

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文章名称： 基于时空效应的深基坑开挖对周边建筑物沉降的监测分析

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