超深基坑施工中分段开挖对周边建筑的变形控制研究

一、引言

随着城市化进程的加速，城市地下空间开发日益深入，超深基坑工程数量不断增加。超深基坑施工过程中，土体开挖卸荷会打破原有的应力平衡状态，引起周边土体位移，进而导致周边建筑产生沉降、倾斜、裂缝等变形问题 。这些变形若超出允许范围，将严重威胁周边建筑的结构安全和正常使用功能。分段开挖作为超深基坑施工中常用的方法，通过将基坑划分为若干段，分阶段进行开挖和支撑，能够有效控制基坑变形，减小对周边建筑的影响 。因此，研究超深基坑施工中分段开挖对周边建筑的变形控制具有重要的现实意义。

二、超深基坑施工对周边建筑变形的影响因素分析

2.1 基坑开挖深度与规模

超深基坑的开挖深度大、规模广，土体开挖卸荷量大，会引起周边土体较大的应力重分布和位移 。开挖深度越深，土体的侧向压力越大，基坑围护结构的变形也越大，从而对周边建筑产生更显著的影响 。同时，基坑的平面尺寸和形状也会影响周边土体的变形范围和程度，大面积的基坑开挖会导致周边土体产生大范围的沉降和位移。

2.2 地质条件

地质条件是影响周边建筑变形的关键因素之一。不同的土层性质，如土体的强度、压缩性、渗透性等，对基坑开挖的响应不同 。在软土地层中，土体强度低、压缩性高，基坑开挖后土体容易产生较大的变形，对周边建筑的影响更为严重；而在硬土地层中，土体相对稳定，基坑开挖引起的变形相对较小 。此外，地下水的存在也会对土体的力学性能产生影响，地下水水位的变化可能导致土体产生固结沉降，进一步加剧周边建筑的变形。

2.3 基坑围护结构类型与施工质量

基坑围护结构的类型和施工质量直接关系到基坑的稳定性和周边建筑的安全 。常见的基坑围护结构有地下连续墙、灌注桩、SMW 工法桩等，不同类型的围护结构其受力性能和变形特性不同 。围护结构的施工质量，如墙体的垂直度、接缝的密封性、支撑的安装精度等，若不达标，会降低围护结构的承载能力和止水效果，导致基坑变形增大，对周边建筑产生不利影响 。

2.4 开挖与支撑施工工艺

基坑开挖和支撑的施工工艺对周边建筑变形有重要影响。不合理的开挖顺序和开挖速度，可能导致基坑围护结构受力不均，产生过大的变形 。例如，一次性开挖深度过大，会使基坑围护结构承受过大的侧向压力，引起墙体变形和土体位移 。支撑的设置不及时或支撑力不足，也无法有效限制基坑围护结构的变形，从而影响周边建筑的安全 。

三、分段开挖对周边建筑变形的控制原理与关键参数

3.1 控制原理

分段开挖的核心原理是通过将基坑划分为若干段，分阶段进行开挖和支撑，减小基坑开挖的空间效应和时间效应 。在分段开挖过程中，每一段的开挖范围相对较小，土体卸荷量有限，能够减少基坑围护结构的变形和周边土体的位移 。同时，及时进行支撑施工，可有效限制基坑围护结构的变形发展，使基坑在施工过程中始终保持相对稳定的状态，从而减小对周边建筑的影响 。

3.2 关键参数

分段长度：分段长度是分段开挖的重要参数，其大小直接影响基坑的稳定性和周边建筑的变形 。分段长度过短，会增加施工缝数量，增加施工难度和成本，且频繁的分段施工可能影响施工进度；分段长度过长，则无法充分发挥分段开挖控制变形的优势，基坑变形可能过大 。合理的分段长度应根据基坑规模、地质条件、围护结构类型等因素综合确定 。

开挖顺序：合理的开挖顺序能够使基坑围护结构受力均匀，减小变形 。常见的开挖顺序有对称开挖、分层分段开挖等 。对称开挖可使基坑两侧的土体压力相对平衡，减少围护结构的侧向变形；分层分段开挖则可根据土体的性质和基坑深度，分层逐步开挖，及时施加支撑，有效控制基坑变形 。

支撑设置：支撑是分段开挖中控制基坑变形的关键措施。支撑的类型、间距和安装时间对基坑变形控制效果影响显著 。选择合适的支撑类型，如钢管支撑、钢筋混凝土支撑等，并合理确定支撑间距，能够保证支撑体系具有足够的承载能力和刚度 。及时安装支撑，可在土体开挖后迅速提供支撑力，限制基坑围护结构的变形发展 。

四、分段开挖对周边建筑变形控制的工程案例分析

4.1 工程概况

本项目为某城市商业综合体工程，其基坑开挖深度达到了25 米，因此被归类为超深基坑工程。在基坑的周边区域，存在多栋已经建成的建筑物，这些建筑物与基坑的距离非常近，其中距离最近的一栋建筑与基坑的间隔仅有 8 米，因此对于基坑施工过程中可能引起的地面变形非常敏感。为了确保基坑的安全和稳定，基坑围护结构采用了地下连续墙加内支撑体系的设计方案。在地质条件方面，该区域主要以软土地层为主。

4.2 分段开挖方案设计

为了有效控制基坑开挖作业对周边建筑可能产生的影响，本工程采用了分段开挖的施工方案。具体来说，将整个基坑沿其长边方向划分为 5 个独立的施工段，每个施工段的长度大约为30 米。在开挖过程中，采取了分层分段的开挖方式，每层的开挖深度被严格控制在 3 到 4 米之间，并且在每层开挖完毕后，会立即安装钢管支撑以增强结构的稳定性。在开挖顺序上，采用了从基坑的中间部位向两端对称进行的方式，这样可以确保基坑围护结构在受力时能够保持均匀，从而进一步保障施工安全。

4.3 变形监测与效果分析

在基坑施工的整个过程中，对周边的建筑物进行了实时的变形监测，监测的内容涵盖了沉降、倾斜以及裂缝等多个方面。监测结果清晰地显示，通过实施分段开挖方案，周边建筑物的沉降量和倾斜度均得到了有效的控制，并且保持在了安全的允许范围内。与那些没有采用分段开挖方案的类似工程相比，本工程周边建筑物的最大沉降量减少了 40% ，这一显著的减少有效地保障了周边建筑物的安全。通过对监测数据的深入分析，我们发现分段长度、开挖顺序以及支撑设置等关键参数的合理选择和配置，是实现对周边建筑物变形有效控制的关键所在。

五、结论

超深基坑施工中，分段开挖是控制周边建筑变形的有效方法。通过合理确定分段长度、选择合适的开挖顺序和及时设置支撑等措施，能够有效减小基坑开挖对周边建筑的影响，保障周边建筑的安全 。在实际工程中，应充分考虑基坑开挖深度与规模、地质条件、围护结构类型等影响因素，科学设计分段开挖方案，并加强施工过程中的变形监测 。未来，随着超深基坑工程的不断发展，还需进一步深入研究分段开挖技术，优化施工参数，提高对周边建筑变形的控制水平，为城市地下空间开发提供更可靠的技术保障。

参考文献

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