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基坑挖掘对相邻建筑结构的影响

2020-04-08石家庄职业技术学院建筑工程学院石家庄050081

建筑 2020年2期
关键词:墙体建筑物基坑

王 平 石家庄职业技术学院建筑工程学院,石家庄 050081

在房屋建筑施工时,部分房屋受场地的限制,通常采用分期以及分层施工的方式,但该模式在附近区域进行基坑挖掘的过程中会导致建筑物出现不同裂痕,对建筑结构产生不同等级的影响,其中,基坑挖掘对附近的建筑物的倾斜和开裂程度破坏力更大。从建筑基坑的承载力来看,基坑的挖掘还会影响到周围建筑物的地基承载,造成周边建筑的地基承载力变小,导致建筑安全程度受影响等问题。

1 基坑挖掘对相邻建筑结构的影响检测算法

根据建筑的影响因素层级建立分层递进的层次结构体系,继而构造两两判断矩阵模型,采用Seaty的测量标度进行判断。结合实际建筑工程进行建筑环境判断、分析建筑物的现状、基坑挖掘深度进行综合性比较判断。若在判断过程中,建筑的竖向震承载力为N,剪力墙承载力为A,基坑深度为L,则建筑的水平震承载力计算公式:

若受到基坑挖掘的影响导致建筑的结构出现有规律的基础沉降变化,可将其记为“隐曲线”。对隐曲线的记录可利用建筑隐规律,设数据(xi,yi),i=1,2,…,m是隐函数,且建筑结构的最高成长数值为y(x)且其中存在m特征个离散点。若建筑结构域变化的拟合函数为f(x)且f(x)=f(x,a),则建筑结构的隐函数算法为:

基于上述算法对建筑结构变化情况进行分析,若受到基坑挖掘影响导致建筑出现开裂现象。基坑开挖深度对建筑的影响程度从小到大依次排序为基坑设计开挖风险、环境风险、建筑物本身风险、施工过程风险等相关影响因素。

2 基坑挖掘对相邻建筑结构的影响

基坑挖掘极易导致相邻建筑地表沉降问题,并出现建筑结构的三角受力分布现象,甚至出现建筑地基软土化问题,导致周围的建筑墙体地基入土程度过深的问题。部分基坑挖掘深度过大导致的建筑结构墙体底部结构不稳定,地基土体的水平方向变形有问题。

基坑的挖掘会导致建筑结构支护结构出现变形的现象,造成周边建筑的挡土结构移动位移越来越高,建筑结构中,一旦基坑挖掘深度对建筑结构产生破坏,则建筑区域被动土压力的加大,导致建筑周围地表的均匀沉降现象。由于受到基坑挖掘过程中产生的外荷载数值,导致静止土压力加剧,基坑支护结构和建筑地下填土宽度及抗压能力有限,会对建筑的支护结构产生阻力,导致墙体出现裂痕等现象。随着基坑挖掘程度的加深,相邻建筑位移程度也随之增加,会导致相邻建筑墙体平衡状态的极限临界点达到被动状态,突破墙体结构可承受的最大压力和最大应力值,导致墙体裂痕。具体的基坑影响墙体结构变化情况如下图所示:

图 1 建筑结构变化情况

受到基坑挖掘的影响,向量建筑的压力荷载数值有效传递到下层土体深处,考虑到周边土壤的粘着性和摩擦性桩基变化数值,基坑周边建筑结构的荷载能力通过承型桩阻力传递到墙体内部。若在进行基坑挖掘的过程中,建筑下层土壤刚度过大,则建筑桩体产生分布侧向作用力,导致建筑的复合地基加固效果会大幅度下降,通常建筑墙体也会出现沉降现象,对建筑的安全稳定产生影响。

3 基坑及相邻建筑结构案例分析

为了更好地实现对基坑挖掘及邻近建筑之间的影响程度的研究,选取某个在建工程的建筑基底作为实际研究场地,该建筑结构为四栋独立高层住宅,地下连接了车库。建筑整体剪力墙最高高度为 57.5米,地上一共十六层,地下有两层,其中车库挡板以上的覆土距离为四米。建筑结构采用人工独立挖孔桩和独立基础桩组成,地下室的基坑长度约为 48.8m,宽度约为 80.9m,基坑的开挖深度为 24m,挖掘四个基坑,与建筑物距离分别为5m、10m、15m、20m。

由图 2可以看出,随着基坑挖掘步骤的进行,锚杆拉力逐渐增大,而随着基坑与相邻建筑距离的增大,锚杆拉力却逐渐减小。说明挖掘基坑与相邻建筑距离越近,所引起的形变越大。

图 2 锚杆拉力对比图

在《建筑地基基础设计规范 GB50007-2002》中规定,工业建筑与民用建筑里,框架结构采用柱下独立基础时,相邻柱基的沉降差应不大于 0.002L,L表示相邻柱基的中心距离。在此案例中,当挖掘基坑与建筑距离为5m、10m时,各轴线间沉降差均不符合标准,当距离达到 15m或 20m时,轴线间沉降差符合规范标准。

4 建筑结构影响优化建议

根据调查结果显示,基坑开挖对临近建筑物结构影响是很大的。为了更好地保障建筑安全,加强对建筑结构的保护工作,提出相关优化建议。由于现场施工过程中存在许多不可预见和无法控制的影响因素,因此必须加强对建筑物的监测和保护工作。

在基坑挖掘过程中需要加强对建筑结构维护的监测,实时掌握建筑施工在基坑影响下的变化过程以及建筑结构物形态变化趋势。在进行基坑挖掘过程中,可在建筑物周围布置 12个沉降观测点,并且在建筑物和基坑之间布置三条纵向观测的剖面,通过监测建筑结构中的各个观测点的沉降数值来分析建筑结构变化趋势,并根据隐函数计算结果分析基坑挖掘施工情况对建筑的影响量,严格把控周边建筑的变形情况以便及时调整现场的施工顺序,尽量避免周围支护体的无支撑暴露在空气中的时间。若发现沉降变形和之前相比发生了明显的变化,且地基沉降量变大,两边的沉降量变小,则需要及时调整挖土顺序和浇筑楼面底板,保证建筑地基变形在可以控制的安全区间范围之内。

为明确基坑挖掘对相邻建筑结构的影响,进行深入研究,通过现场对建筑物开裂程度以及基坑挖掘情况进行检测,对沙砾层的压缩性数据指标、建筑的沉降程度等指标进行计算复核,通过实际研究和计算表明,基坑开挖降水对建筑结构及地基都产生了不均匀的沉降现象。

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