邻近古建筑的深基坑支护方案及变形分析

2024年2月21日发(作者：我眼中的新时代)

邻近古建筑的深基坑支护方案及变形分析

摘要：随着我国城市化进程的不断推进，地下空间的开发利用显得尤为重要，同时基坑工程面临的环境也越来越复杂，新开挖基坑工程临近地铁站、古建筑和横穿既有建筑物的情况日益常见，如何减小基坑开挖造成的土体变形及其对其周边环境的影响，采用合理的基坑支护方案是众多岩土工作者一直在努力解决的技术难题。根据软土地区深基坑工程的特点，提出了SMW工法桩、圈梁和高压旋喷桩加固的支护方式，采用有限元软件进行模拟，并与实测数据进行了对比分析，进一步验证了该方法的合理性。

关键词：古建筑；深基坑；支护方案

引言

随着城市建设的快速发展，为了满足建筑的施工需要，建筑深基坑工程逐渐向着大规模的方向发展，在长度、宽度及深度等方面都有了显著的增加。针对建筑深基坑规模不断扩大的现状，如何选取合理的支护方式保证其安全性成了急需解决的问题。结合各工程实例总结了支护设计及施工的关键技术措施，丰富了超深基坑支护结构形式。结合目前对于超深基坑支护方式及验证手段的研究成果，本文针对邻近古建筑超深基坑工程，结合地质水文条件及周边建筑安全控制要求，确定合理的支护方案，并通过数值模拟的方式对支护及降水方案进行优化，为工程技术人员提供参考。

1工程地质及水文地质条件

根据次次勘察揭露的地层情况，结合区域资料综合分析，根据场地所处地貌单元及其沉积旋回特征，场地地层主要受河流冲、洪积作用的影响。勘探深度范围内地基土层主要是第四系全新统及更新统河流冲、洪积地层，按沉积时代和成因类型从上向下依次为：第①层为第四系全新统（Q42ml）人工堆积成因的填土，

向下第②~⑨层为第四系全新统（Q41）河流冲、洪积相沉积地层，以下为第四系上更新统（Q3l）河流冲、洪积相沉积地层，此次勘察未揭穿。其土层分布及主要物理力学参数见表1

拟建场地地貌为冲洪积倾斜平原，勘探深度范围内揭露场地地下水类型为孔隙潜水，水位主要位于填土、细砂、粉土和中砂中，主要受大气降水及侧向径流补给，排泄主要是人工取水（包括基坑降水）。勘探期间属丰水期。钻进中遇到地下水时，及时停钻量测初见水位，并在钻孔结束且水位稳定后，量测静止水位。

2基坑支护方式选型分析

结合本工程的周边环境、地质及水文条件，止水帷幕主要有以下几种工艺：(1)SMW工法SMW工法，即水泥土桩中插入H型钢作为支护结构的施工工艺，其不仅承受荷载，同时发挥抗渗止水的作用。相比于传统支护方式，该工法可有效缩短工期，节约造价，并且对环境污染小，适用范围广，防渗性能好，但常规设备难以满足超深基坑止水需求，故本工程并不适用。(2)TRD工法TRD工法又称等厚度水泥土地下连续墙工法，是一种利用锯链式切割箱连续施工等厚度水泥土地下连续墙的施工工法，具有施工深度大（最大深度可达60m）、适用地层广、成墙品质好、成墙精度高等特点，但在福建地区施工经验有限，故未作为首选方案。(3)CSM工法CSM工法又称双轮铣水泥土搅拌墙工法，其是结合现有液压铣槽机与深层搅拌技术施工地下连续墙的工艺。具有施工深度大（最大深度可达50m）、适用地层广、成墙品质好、成墙精度高等特点。在该地层适用性有待于进一步验证，亦未作为首选方案。(4)地下连续墙支护具有较高的适用性、整体刚度高、抗渗性能好、支护结构不易变形、安全性高等优点，但造价较高。由于本工程周边环境复杂，地下水条件复杂，各建（构）筑物的变形控制要求高，综合以上多方面因素考虑，采用地下连续墙+三道内支撑的支护方式。

3降水方案

基坑采用三轴搅拌桩作为止水帷幕；地库基坑东南角有电力排管的区段，在桩间设置高压旋喷桩代替三轴搅拌桩，其余三角由于有障碍物，三轴搅拌桩无法闭合，采用双排高压旋喷桩连接。三轴搅拌桩桩径为850mm，桩长为18～20m，套接1孔，水泥采用P·O42.5,1m3水泥用量为350kg，桩体无侧限抗压强度要求≮1.5MPa，水灰比取1.5~2.0。高压旋喷桩桩长为20m，桩径为500mm，桩间搭接≮150mm；水泥采用P·O42.5，水灰比为1.0，水泥用量为200kg·m-1，混凝土轴心抗压强度设计值≮3.5MPa。高压旋喷桩与三轴搅拌桩的搭接：搭接处三轴搅拌桩在内侧，高压旋喷桩在外侧；搭接宽度≮200mm，搭接长度≮1.0m；先施工搅拌桩，桩体抗压强度达到设计要求后，施工高压旋喷桩。降水井按间距15.0m正方形布置，井深按基坑下8.0m（电梯井及周边降水井相应加深）控制。

4有限元模型的建立

地下连续墙－内支撑支护结构是基坑中受力最为合适，能够承受较大应力的支护结构体系，通过构建内置实体模型，进行数值模拟展示内支撑。地下连续墙、内支撑、锚杆和冠梁参数见表2。

通过FLAC3D构建模型来模拟基坑支护结构，首先考虑选择结构单元还是实体单元来进行数值模拟。但是本模型结构较复杂且数量较多，因此多通过结构单元来进行数值模拟。模拟主要应用到梁、桩、锚杆和内支撑四种线性单元。通过共用节点的方式处理相异的结构单元间的连接，即为刚性连接。

5有限元计算结果及分析

提取出基坑的水平和竖向位移云图、建筑物的水平和竖向位移云图。

图1建筑物的水平位移

图2建筑物的竖向位移

由图1和图2可以看出：(1)基坑开挖造成临近的2层仿古建筑和临近6层砖混住宅楼产生偏向基坑的水平位移，且6层建筑的最大水平值位移大于2层建筑的最大水平值。6层砖混住宅楼的最大水平位移值为3.8mm，最远点的水平位移值为1.7mm;2层仿古建筑的最大水平位移值为2.6mm，最远点的水平位移值为2.3mm。(2)基坑开挖造成两栋建筑发生不均匀沉降，且该沉降值随着与基坑距离的不断增加而减小，建筑物表现为向基坑内倾斜。6层砖混住宅楼的最大沉降值为8.5mm，最远点沉降值为6.6mm，倾斜度为0.00015,2层仿古建筑的最大沉降值为5.8mm，最远点沉降值为3.7mm，倾斜度为0.00021。

6分析假定

整个模型建立过程基于如下假定：(1)地连墙采用实体单元，内支撑、冠梁及腰梁采用梁单元，由于高压旋喷桩以及水泥土搅拌桩主要为了保证连续墙的止水效果，模型中地连墙以保证其连续性，故模型中不对旋喷桩及搅拌桩进行建模；(2)地连墙长度若达到中风化层，即采取落地式止水帷幕，则只降低坑内水位，不考虑地下水渗流；反之，若地连墙长度未达到中风化层，则考虑地下水渗流；(3)土体均采用硬化土本构(Plastic-Hardeningmodel)，基于工程经验，取E50=Es1-2,Eoed=E50,Eur=(3~10)E50;(4)模型中土体的重度、压缩模量、黏聚力及内摩擦角参数取值如表1所示，对于模型中的土层厚度、渗透系数等其余所用到的参数如表3所示；

表3 计算参数（土层）

结束语

通过分析结果，在基坑开挖时，地下连续墙和内支撑会承受更大的压力，发生较大的变形。为了保证基坑的安全，可以改变地下连续墙和内支撑的桩长、桩径、预应力和其受力情况。支护结构的设计和变形监测的进行对深基坑的开挖施工有着非常重要的作用，可以提前支护基坑，并且观察变形情况，应对潜在危险的发生。

参考文献

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[2]李天才,杨正军,杨光超,罗怀明.某深基坑支护工程监测方案及实施[J].重庆建筑,2020

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