“隔山打牛”—软土地区基坑施工对周边环境影响分析

“隔山打牛”—软土地区基坑施工对周边环境影响分析

曹建良1，徐佳敏2，胡帅峰3，周焜3，

(1、中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310052；2、国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，浙江 丽水323000；3、浙江省建设工程质量检验站有限公司，浙江 杭州 310012。)

摘  要：本文以杭州软土地区某基坑和周边构筑物为研究对象，通过对基坑及其周边环境的检测调查、计算复核以及数值模拟等手段，分析了基坑稍远处墙体的病害程度大于基坑稍近处墙体的原因。可为类似地区和环境条件下基坑设计、施工提供参考。

关键词：软土地区、基坑施工、 墙体病害、隔山打牛

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1 引    言

近些年来,我国城市建设如火如荼, 新建筑形式的出现使得基坑工程朝着“深、大、紧、近”的方向发展,岩土工程中的环境保护问题已经成为工程设计、施工中应该考虑的重要环节,而且要求也越来越高,由原先的以强度为控制指标逐渐转变为以变形为控制指标。基坑开挖引起的支护结构后地表的差异沉降对邻近房屋的影响较为显著。

本文在广泛阅读国内外文献[1-3]的基础上,结合杭州软土地区房屋墙体受相邻基坑开挖的影响主要开裂损坏情况检测调查,综合分析了基坑开挖对邻近房屋墙体的影响。

2 工程概况

2022年，“项目甲”竣工交付不久，“项目乙”尚处于基坑开挖等地下室施工阶段。某月，“项目甲”北侧庭院围墙和分户墙陆续出现开裂现象，最大裂缝宽度可达6.3mm；次月上述庭院围墙出现明显倾斜；但外围墙未出现明显开裂倾斜现象。

2.1工程地质概况

场地地貌属滨江淤积平原区，场地地形较平坦，相关的土层及其参数如表1所示。

表1  相关土层技术参数

2.2“项目甲”墙体设计概况

“项目甲”设计±0.000为绝对标高7.000m，场地平整后为5.000m；基坑开挖深度4.9m，设计安全等级为二级；事故区采用放坡开挖，地下室完成后采用素土回填，墙体与原基坑开挖线位置关系如图4所示。

图4 “项目甲”墙体与原基坑开挖线位置关系示意图

“项目甲”北侧涉及到的围墙主要有三种：红线附近的外围墙、平行于外围墙的院墙、垂直于院墙的分户墙，其相对位置关系如图1所示。（2）外围墙标准段剖面结构图如图3.3-2（a）所示，设计采用条形基础，基础位于土层中，设计以2粉质粘土为持力层。

院墙设计采用条形基础，局部院墙基础位于地下车库顶面，大部分院墙基础位于土层中，设计以2粉质粘土为持力层。部分分户墙基础位于地下车库顶面、采用条形基础，部分位于建筑墙体上。

2.3“项目乙”基坑设计施工概况

“项目乙”设计±0.000为绝对标高7.70m，基坑南侧地面标高6.80m、7.50m。基坑南侧（靠近“项目甲”）开挖深度5.70m、6.4m，基坑南侧设计安全等级为一级，平面、剖面如图5-6所示。

图5  基坑南侧围护结构平面布置图

图6  基坑剖面1-1（4#楼）

基坑开挖后出现了土体深层水平位移报警情况，经设计复核采取了如下措施：

①对基坑监测报警值进行适当调整，深层水平位移累计报警值由原50mm调整到80mm；

②取消冠梁，增加25a槽钢水平间距2.3m与拉森钢板桩和PC钢管桩焊接，槽钢与钢管桩结构处为弧形”，如图7所示；

③现状围墙已明显倾斜，建议拆除改轻质临时围挡，如图1所示；建议裂缝区域坡顶外侧卸土1.5m，宽度4.0m，并做好排水措施，避免地表水汇集；坡顶裂缝采用水泥浆封堵，地面明显变形区域（含卸土区），增加80厚C20砼护面并配筋。

3 检测调查分析

3.1周边环境

“项目乙”基坑南侧的1#楼已完成基坑回填，2#楼、3#楼正在施工±0.00以上主体结构，基坑未回填，4#楼基坑正在开挖

“项目乙”1#楼基坑上坎线到“项目甲”E#住宅庭院围墙约21.5m，2#、3#楼基坑上坎线到G#住宅庭院围墙约22~23m，4#楼基坑上坎线到G#住宅庭院围墙约34m。 “项目甲”北侧庭院围墙与外围墙距离约4.7m，为合院内部道路。 “项目甲”与“项目乙”之间为一条宽度约15m的施工道路。

3.2基坑现状检测

“项目乙”2#、3#楼南侧基坑围护形式为PC工法桩加拉森钢板桩，对应位置的砖砌围墙已拆除，替换为轻质临时围挡。钢管桩与拉森钢板桩顶部间采用槽钢连接，拉森钢板桩外侧卸土。拉森钢板桩顶变形较大，桩身向坑内倾斜明显，且桩前留土不满足设计要求。

4#楼南侧、西侧基坑围护形式为拉森钢板桩。桩顶可见较大变形，桩身倾斜明显，且桩前留土不满足1-1剖面

3.3围墙现状检测

对“项目甲”外围墙墙脚的相对高差进行了变形监测，变形规律如图10所示。

图10  外围墙相对高差规律

3.4资料分析

（1）“项目乙”基坑南侧场地整平后，回填土厚度约3~4m，土质不均，结构松散，自稳能力极差。分析认为，基坑开挖引起的坑外沉降不易控制。

（2）“项目乙”基坑南侧开挖深度约5.7~6.4m，坑底位于②2层淤泥质粉质黏土顶面，围护桩底位于③2层淤泥质粉质黏土中。这两层土均为流塑状，物理力学性质差，总分布厚度约19~32m。分析认为，基坑开挖过程中，该层土对围护桩提供的被动土压力有限，围护桩变形不易控制。

（3）“项目甲”北侧采用放坡形式开挖地下室，基坑回填后地下室边线以外13m范围内均为回填土。外围墙、院墙及分户墙1基础底均位于基坑回填土中，如图4所示，围墙自身存在工后不均匀沉降的风险。仅考虑基坑回填土的不利影响，分户墙1在B处的沉降大于A处，即院墙不应出现向北倾斜。

（4）“项目甲”分户墙开裂及院墙倾斜主要有以下两种：①分户墙1高度约3.0m，且分户墙1与2之间按设计要求设置沉降缝，A、B处均出现沉降且A处沉降大于B处，院墙受分户墙挤压、向北倾斜；②分户墙1高度约3.4m，且分户墙1与2之间未按设计要求设置沉降缝，B、C处基本不动，A处下沉，D处出现轻微“上抬”，院墙受分户墙挤压、向北倾斜，且倾斜程度大于①。

（5）根据《建筑基坑工程技术规程》（DB33/T1096-2014），采用FRWS9.0对“项目乙”南侧的1-1剖面、1a-1a剖面进行计算复核，同时按实际施工过程中拉森钢板桩前基本未留土进行计算复核，拉森钢板桩的桩身水平位移最大值、桩身弯矩最大值结果如表2所示。其中，1a-1a剖面为“项目乙”2#、3#楼，对应“项目甲”E#、G#住宅；1-1剖面为“项目乙”4#楼，对应“项目甲”J#住宅。由此分析可知，①1a-1a剖面设计刚度较弱，拉森钢板桩顶部水平位移较大；②拉森钢板桩前留土不足，对拉森钢板桩顶部水平位移影响较大。

表2  围护结构变形、内力计算结果汇总表

（6）基坑设计先后放宽基坑监测报警值、建议对南侧坑外卸土、1a-1a剖面增设槽钢等。由此分析可知，基坑南侧在施工过程中围护结构及坑外土体变形较大且一直在发展，且拉森钢板桩顶部水平位移未得到有效控制。

4 数值模拟

采用有限元计算软件Midas GTS建立基坑开挖3D模型，以分析基坑开挖时的支护结构变形特点。支护结构参数按原设计施工图中的参数输入，未考虑施工缺陷。

土体为修正摩尔-库伦本构模型，采用3D实体单元模拟，围护桩、外围墙、院墙及分户墙均采用板单元模拟，如图11所示，支护结构模型如图12所示。

图11基坑开挖模型图（工况：开挖至坑底）

图12 基坑支护结构图

“项目乙”基坑南侧1-1及1a-1a剖面区域土方挖至坑底后，“项目甲”G#、J#院墙和分户墙变形特性和现场G#住宅变形趋势如图13所示。由此分析可知：

（1）分户墙沉降表现为靠近基坑侧大于靠近地下室外墙边界处，与“庭院围墙现状检测”结果一致。

（2）计算结果中G#住宅院墙变形呈“波浪形”，与G#住宅院墙实际变形特征一致，即院墙顶部受分户墙顶部挤压所致。

（3）受基坑开挖空间效应的影响，且J#住宅到坑边距离较远，故J#住宅围墙计算变形小于G#住宅，与“庭院围墙现状检测”结果一致。

图13  院墙计算与现场变形对比图

5 原因分析

根据现场检测调查及技术资料分析结果，对“项目甲”北侧庭院围墙开裂、倾斜原因进行综合分析，如下所述：

（1）“项目乙”基坑开挖深度范围内填土较厚，坑底附近为深厚淤泥质土，基坑开挖过程中引起的变形不易控制。

（2）“项目乙”基坑南侧围护结构自身刚度较小，且施工期间存在桩前留土不足、坑边超载较大等问题，直接导致围护结构发生大变形。根据基坑围护设计联系单、基坑监测数据及我单位现场检测调查结果可知，“项目乙”基坑南侧在回填之前，引起的变形一直未得到有效控制。

（3）“项目甲”地下室边界范围外的外围墙、院墙、分户墙条形基础全部在回填土中，其自身存在一定工后沉降，有开裂、倾斜的风险。其院墙、分户墙沉降缝均存在不满足设计要求的情况。对比同样设计、施工条件下，远离“项目乙”基坑的“项目甲”南侧、西侧围墙现状，上述位置仅1处围墙出现明显开裂，其它围墙未见开裂或开裂较轻，且未出现明显倾斜。

（4）“项目甲”庭院围墙开裂、倾斜严重程度与“项目乙”基坑变形严重程度一致。G#住宅庭院围墙开裂、倾斜最为严重，其北侧为“项目乙”基坑南侧大变形区域。E#住宅庭院围墙开裂、倾斜情况次之。J#住宅距离基坑边相对G#、E#住宅较远，其庭院围墙开裂、倾斜情况较上述住宅较轻。A#住宅北侧幼儿园基坑暂未开挖，其庭院围墙开裂、倾斜情况在北侧4个组团中最为轻微。此外，“项目甲”庭院围墙开裂、倾斜发展过程与“项目乙”基坑开挖过程一致。

6 结    语

（1）“项目乙”基坑南侧在施工过程中引起的变形过大，是导致“项目甲”北侧庭院围墙开裂、倾斜的主要原因，但“项目甲”外围墙因平行于基坑开挖线，变形差相对较小，墙体开裂变形不明显，即产生了“隔山打牛”的现象。

（2）“项目甲”庭院围墙基础位于填土中、局部沉降缝设置不满足设计要求，对其庭院围墙开裂、倾斜有不利影响。

参考文献：

[1]张艳书,薛栩超,庄海洋,等. 软土层对地铁狭长深基坑地表沉降的影响研究[J]. 地下空间与工程学报,2018, 14 ( 6): 1639-1651

[2] 郑刚,朱合华,刘新荣,等. 基坑工程与地下工程安全及环境影响控制[J]. 土木工程学报, 2016,49(6):1-24.

[3]应宏伟,杨永文. 杭州深厚软黏土中某深大基坑的性状研究[J]. 岩土工程学报, 2011, 33 ( 12):1838-1846.

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