吴铭炳 洪世海

(福建省建筑设计研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

城市建设过程中，有时会遇到相邻两个(或多个)深基坑距离较近，基坑开挖深度不同或接近，开挖时间相同或相近，不同基坑必然会产生相互影响。本文通过工程实例，主要针对软土地基采用排桩加内支撑的支护结构的相互影响进行研究，在各自按常规基坑支护设计的基础上，相邻处冠梁采用连梁相连，应用有限元法计算，模拟各基坑开挖过程，研究相邻基坑的相互影响及变化规律，并通过实测对比，分析研究采取的措施及其效果，以资类似工程借鉴。

1 工程实例

A银行与B银行场地均位于福建省泉州市丰泽区东海片区，分别设有3层与4层地下室，支护结构之间距离5.70m～10.00m。场地土层自上而下为：杂填土，松散，厚度0.80m～8.50m；中细砂，稍密-中密，厚度2.70m；淤泥，流塑，厚度2.70m～12.30m；含泥中砂，稍密-中密，厚度0.90m～3.00m；粉质粘土，可塑，厚度0.60m～6.30m；残积砂质粘性土，可塑，厚度0.60m～16.50m；全风化花岗岩，土状，厚度0.40m～4.40m；强风化花岗岩(1)，散体状，厚度1.10m～19.20m；强风化花岗岩(2)，碎块状，厚度0.40m～7.10m；基岩为中风化花岗岩。

A银行设3层地下室，主体结构工程桩采用(冲)钻孔灌注桩，地下室周长约325.00m，基坑开挖深度为14.93m～16.43m。 地面高程7.800m～10.200m。基坑支护采用排桩式内支撑结构。基坑围护桩采用Ф1000@1300或Ф1100@1300冲孔灌注桩，挡土与止水帷幕采用Ф850@600三轴水泥搅拌桩(后因遇填块石，改为Ф800@1300高压旋喷桩)。支撑结构采用3道钢筋混凝土对撑及角撑。

B银行设4层地下室，主体结构工程桩采用人工挖孔桩，地下室周长283.0m，基坑开挖深度为19.00m。地面高程6.500m～7.800m。基坑支护采用排桩式内支撑结构。基坑围护桩采用Ф1100@1300mm,钢筋混凝土旋挖灌注桩，挡土与止水帷幕采用Ф850@600三轴水泥搅拌桩，支撑结构采用3道钢筋混凝土对撑及角撑。

两个基坑工程由两个不同的设计单位按常规设计方法[1]计算和设计，基本上同一时期前后施工，因此必须考虑两个基坑彼此相互影响问题。两家银行曾经多次协调，想把两个基坑并成一个基坑，也提出了并坑的设想，但存在问题如下：

(1)基础形式不同，A银行采用冲(钻)孔灌注桩，基坑开挖前，需进行工程桩施工。B银行采用人工挖孔桩，基坑开挖后，进行人工挖孔桩施工。若要并坑，B银行需暂时停工，等A银行进行桩基施工。开挖到底后，A银行需暂时停工，等B银行进行桩基施工，两个工程施工工期都很紧张，均无法停工等待，无法协商一致。

(2)内支撑位置一般要避开楼板位置，由于各地下室楼板标高不同，若支撑梁避开A银行楼板位置，则会遇到B银行楼板位置，反之亦然，影响支撑拆除安全和地下室施工。

(3)基坑开挖深度不同，地下室层数不同，地面标高不同，支撑道数无法统一，两个基坑原设计均采用3道支撑。若以A基坑支撑标高为准，则B基坑第三道支撑离坑底开挖面距离太大，需再加设一道支撑，变为4道支撑；若以B基坑支撑标高为准，则第三道支撑位于A基坑底板位置，A基坑无法进行底板施工。

(4)支撑拆除时，需通过换撑由主体结构承担土压力等荷载，由于两个工程的地下室深度和各层标高不同，地下室底板、楼板错位，换撑传力较复杂，且出现一个基坑外侧可以设置隔板换撑，另一个基坑楼板无法施工、无法设置隔板换撑。

由于上述原因，两个工程基坑实际上无法合并支护、合并施工，故只能各自施工。

2 相邻基坑相互影响分析

对单个基坑而言，基坑外侧土压力都是半无限体土压力，是基本上平衡的。若存在相邻基坑，则相邻一侧的冠梁外侧无超载土体，如图1阴影部分。且土体为窄条，即相邻侧基坑土压力为窄条土压力，与半无限体土压力不同，窄条土压力比半无限体土压力小，对各基坑而言，两侧土压力出现不平衡，就会出现如图2所示的向坑外变形的现象，挤压窄条土体。

但窄条土体土压力若按半无限体土压力代替，则该侧支护结构计算的受力偏大，其实际安全系数偏高。

图1 相邻基坑相互影响分析图

图2 相邻基坑相互影响变形图

将第一道支撑通过连梁相连，其不平衡受力就可通过连梁传递，达到受力基本平衡，并控制围护桩桩顶变形，减轻支护结构对窄条土体的挤压作用，各基坑可以各自开挖。笔者在2010年福州设计的基坑工程中，通过相邻基坑的顶部冠梁相连，成功完成各自基坑开挖的案例。通过监测，发现相邻位置的支护桩和土体水平位移反而比其它边小，说明顶部冠梁相连后，相邻基坑相互影响甚微。此后，在福州多项工程上应用，均取得成功，但缺乏系统的理论研究。

3 相邻基坑相互影响有限元计算

由于存在相邻基坑，按目前通用软件只能进行各自基坑的设计计算，无法进行两个基坑同时计算，无法反映其相互影响，需采用有限元分析。

A银行(左)、B(右)银行设计单位各自调整支护结构冠梁与各道支撑标高，使得冠梁标高一致，相邻冠梁采用连梁相连，如图3所示。

图3 A、B银行支护结构支撑布置与冠梁相连图

为了分析两个基坑相互影响规律，在基坑支护施工前，A银行单位委托我司根据各自的工序安排形成的工况进行有限元分析，并复核各基坑支护结构设计是否满足要求。我司采用了通用岩土有限元分析软件Midas GTS NX对基坑开挖与地下结构施工的过程进行数值分析计算，有限元模型如图4～图5所示。

图4 基坑工程有限元计算模型

图5 支护结构计算模型

材料本构模型采用修正摩尔-库伦(Hardening Soil Model)弹塑性模型，每个地层土体的参数除按勘察报告给出的土工试验与现场测试指标确定并换算外，相关缺项的计算参数相关规范[2]、工程地质手册[3]确定。计算模型中土体单元的材料参数如表1所示。

表1 土体单元材料参数一览表

考虑到相邻基坑之间存在较厚的软土，土体强度较低，专家提出对基坑相邻位置的软土采用水泥土搅拌桩进行加固，但福州已有实例并没有采取加固措施。为了进行对比，有限元计算按照软土不加固和采用水泥土搅拌桩加固两种形式进行分析。

根据A、B两个银行建筑的工期安排，有限元按各自的实际工况模拟计算。

3.1 相邻位置土体未加固(处于天然状态)的有限元计算结果(图6)

(1)A基坑西侧(远离B基坑一侧)围护桩最大位移为30.66mm，东侧(临近B基坑一侧)围护桩最大位移为12.95mm；B基坑东侧(远离A基坑一侧)围护桩最大位移为26.49mm，西侧(临近A基坑一侧)围护桩最大位移为16.77mm。

(2)基坑开挖期间地面的最大沉降发生在两基坑相邻位置的土体地面，最大沉降值为14.38mm。

(3)基坑开挖期间两基坑之间连梁的最大轴向压力值为592.26kN。

(4) B基坑第一道支撑梁局部强度稍有不足。

图6 土条未加固的有限元计算结果图

3.2 相邻位置土体采用水泥土搅拌桩加固的有限元计算结果(图7)

(1)采用土条加固方案后，A基坑(远离B基坑一侧)围护桩最大位移最大值31.15mm，相邻侧A基坑围护桩最大位移为7.90mm；B基坑(远离A基坑一侧)围护桩最大位移27.18mm。相邻侧B基坑围护桩最大位移为9.51mm。

(2)两基坑相邻侧土体竖向沉降为7.94mm。

(3)基坑开挖期间两基坑之间连梁的最大轴向压力值为831.38kN。

图7 土条加固后的有限元计算结果图

(4)B基坑第一道支撑梁局部强度稍有不足。

从计算结果可以看出：相邻位置土体不加固与采用水泥土搅拌桩加固措施均能满足要求，由于本次设计在泉州属于首次应用，为了确保安全，经相关专家讨论，选用采取水泥土搅拌桩加固措施的方案。而且，B基坑设计单位根据有限元计算结果，对第一道支撑梁强度稍有不足进行了加强。

有限元分析报告通过了专家论证。

4 基坑开挖监测与有限元计算结果对比分析

两个基坑按各自要求布置监测点，主要为土体变形监测、围护桩变形监测、地面沉降、水平位移监测等，并在相邻部位增加连梁应力监测点和地面位移监测点，经监测，结果如下：

(1)采用土条加固方案后，A基坑(远离B基坑一侧)围护桩最大位移实测值29.9mm，(计算最大值31.15mm)，相邻侧A基坑围护桩最大位移实测11.7mm～15.3mm(计算最大值为7.90mm)。

(2)两基坑相邻侧土体竖向沉降实测值12.7mm～14.5mm(计算值为7.94mm)。

(3)基坑开挖期间两基坑之间连系梁的最大轴向压力值实测为974.5kN(计算值为831.38kN )。

不同深度围护桩水平位移-深度(测斜)曲线与有限元计算结果比较接近，如图8所示。

从监测结果可以看出：有限元计算结果与实测值比较接近，反映的规律基本相同。

图8 围护桩水平位移深度实测曲线与计算曲线

5 结论

(1)相邻深基坑开挖造成土压力不平衡，相邻位置的窄条土压力比半无限体土压力小，按半无限体土压力代替窄条土压力偏于安全。

(2)顶部冠梁采用连梁相连后，可以避免窄条土体受到挤压破坏，基坑相邻位置的支护结构变形、受力比其他边小，可确保各自基坑的安全稳定。

(3)有限元计算结果与实测基本接近，其变化规律基本反映实际情况。