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深基坑对周围建筑结构的影响及措施

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摘要:随着城市化进程加快,越来越多的高层建筑拔地而起,因此,深基坑开挖深度和面积也不断增大,对周围建筑结构的影响也越来越严重,因此,基坑周围建筑物的保护问题成为深基坑支护设计和施工过程中备受关注的焦点。本文从深基坑对周围建筑物的影响力学性能进行研究分析,总结了深基坑对周围建筑结构的影响具体表现,最后提出了对周围建筑结构的加固方法。

关键词:深基坑;损害机理;具体影响;应对措施

近年来,我国经济水平的迅猛发展,城市建筑用地不断减少,以至于城市中建筑物的层数越来越多,高度不断增加。为了提高土地的利用效率,建筑行业的技术必须越来越先进,因此,深基坑不断的应用到地下结构和高层建筑中,但是,深基坑的施工过程是比较复杂的,在施工中,各个方面都需防护与检测,稍有不慎就会对周围建筑物产生相应巨大的影响,因此,在施工过程中,深基坑周围建筑结构的防护与加固是迫切需要研究的问题。

1深基坑对周围建筑结构损害的理论知识及影响规律

近年来,通过运用工程经验总结、数值分析、理论推导等各个方面对深基坑对周围建筑物损害的研究,得出了深基坑周围建筑结构损害的理论为:深基坑施工过程中会出现因支护不及时或支护不全面,或者由于土层受到干扰及施工中出现地层应力损失时,地表周围土体发生不均匀变形或沉降,使地基发生应力重分布,从而使基础与地基之间的接触面出现“错开”或“不紧密”的情况,这就是周围建筑结构发生倾斜和裂缝的主要原因。为了使这种应力状况达到新的平衡,使建筑物与基础变形协调,使基础与上部结构作为一个整体,需要进行以下两个方面:一方面需要上部结构约束基础的变形;另一方面由于基础的变形引起上部结构的竖向位移和角位移,伴随附加作用力产生的同时、应力也进行再分配,在薄弱环节表现出破坏,释放能量,即形成了新的平衡。深基坑周边不同区域、不同位置的建筑物其位移变化是不同的,当建筑在垂直于基坑长边方向、位置又远到近变化时,其基底的相对位移不是单调的增加或减少,而是先增大后减小存在一个转折点(即在距基坑20米处),其内力也存在相似的情况;当建筑结构在平行基坑长边方向、建筑物位置由中间向两侧移动时,其建筑结构的位移先增大,中间位置变化不大,而从中部到两侧的过程中逐渐减小,在位置移动过程中建筑结构的内力变化同样复合这个规律,由此可知,位移与内力两者有较强的关系。

2深基坑对周围建筑结构的具体影响

深基坑施工过程是地下空间内的一种复杂的施工过程,深基坑的施工在地下进行,具有较大的安全性问题,有可能会引起周围建筑结构发生沉降、倾斜以及开裂等病害。2.1周围建筑物基础沉降在深基坑施工过程中,周围建筑特别是在此之前就处于上方的房屋建筑物的基础,在基坑开挖后,基础的一侧失去水平力支撑导致基础发生沉降。随着开挖深度的增加,沉降量也在逐渐变化,距离基坑最近的测点沉降量最大。2.2建筑结构倾斜房屋建筑结构发生倾斜是由于基础部位不均匀沉降或者侧向水平位移引起的,在基坑施工过程中,由于各个监测点距开挖基坑距离不同、周围环境不同、土质不同,故各个检测点的沉降量各不相同,存在沉降差,因此,周围建筑物会发生倾斜。倾斜示意图如图1所示。2.3房屋墙面开裂由于建筑结构基础部位发生不均匀沉降,引起应力重分布,基础的承载力各有差异,导致上部结构拉伸作用,当这种作用力达到一定程度之后,就会引起房屋墙体甚至是梁柱发生开裂。开裂图如图2所示。

3深基坑支护的类型和周围建筑结构的加固措施

由于深基坑在施工过程中会对周围建筑结构造成一定程度的影响,故在深基坑施工过程中对深基坑本身采取一系列的支护措施和对周围建筑结构加固,从而提高深基坑的刚度、强度、稳定性和增强周围建筑结构的抵抗外界干扰的能力.1)悬臂式支护是指依靠没有支撑的悬臂围护结构进行支护的形式,主要利用支撑结构嵌入土中的深度起到的加固作用,并结合结构自身抗弯刚度来控制基坑变形。适用范围与土质较好、基坑深度较小的情况下。2)拉锚式支护主要利用地面拉锚结构抵抗土体和用锚固定体来保持锚具自身平衡来进行深基坑的支护加固。3)土钉支护是指利用土钉、土体和喷射混凝土面层的结合形成的一种复合支护结构,这种方式对减轻土体松动现象有较好的改善。目前,土钉支护结构是我国应用最广泛的基坑支护形式,适用范围:粘性土质、距离地下水层较近的深基坑支护。4)复合土钉支护是在土钉支护的基础上增加了锚杆与桩基础的组合系统,改善了土钉支护在土质疏松、软弱地域保持平衡的问题。

(2)建筑物加固方法如下:

1)增大截面加固法是指在建筑物构件周围再包裹一层,以增大构件的截面和配筋,根据构件的受力情况分为单面、双面、三面或四面加固,加固完成后增强构件的强度、刚度、稳定性。适用范围:梁、板、柱等混凝土构件的加固。该方法加固要求:使用的加固混凝土比原结构的混凝土高一个等级其大于C30;必须处理好新旧结合处材料的整体协同性。该方法的缺点:费时长,工作量大,加固后原净高减小,自重荷载增大,刚度提高,相应的延性有所降低。2)外包型钢加固法中运用角钢和扁钢这两种型钢。加固方法分为:有粘结外包型钢和无粘结外包型钢,有粘结外包型钢采用结构胶粘合原构件和型钢,无粘结外包型钢采用水泥砂浆封闭原构件和型钢的缝隙。该方法的优点:一般不改变其结构尺寸,但能极大的提高构件的承载力,主要因为采用该方法加固后,构件处于三轴应力状态;施工简单,耗时短。3)换置混凝土加固主要用于有局部缺陷的混凝土构件,置换混凝土的构件是否成功取决于新旧混凝土结合处是否能协同工作,新旧混凝土界面的粘合要依靠结构界面胶来完成,以保证新旧混凝土能够较好的协同变形。4)粘贴钢板加固法是一种较为新型的加固方法,该方法用结构胶黏剂把钢板粘于结构构件上,用来增强建筑结构构件的强度、刚度和承载能力。该方法的优缺点表现为:加固强度高,作业速度快,应用灵活。适用范围:钢筋焊接点断裂处、梁破坏及旧楼改造。 5)粘贴纤维复合材料加固法是指为提高构件的受弯、抗剪能力,在被加固构件的受拉面用高性能粘结剂粘贴碳纤维布的方法。该方法的适用范围:钢筋混凝土受弯、轴心受压、大偏心受压以及受拉构件。该方法的优点为:刚度高、自重轻,基本不增加构件、适用范围广、施工方便易于操作等。

4结论

深基坑的施工问题是一个比较复杂的问题,在施工过程中给周围的建筑物带来了不可避免的损害,本文通过对深基坑对周围建筑结构损害的理论知识研究,总结了其对周围建筑物影响的具体表现和一般规律,最后提出了对深基坑自身和临近建筑结构的预防加固措施。

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作者:王卫勇1;宋瑞瑞2 单位:1河南开大工程管理有限公司,2河南大学土木建筑学院

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