香港某深基坑项目周边既有建构筑物震动及沉降分析

香港某深基坑项目周边既有建构筑物震动及沉降分析

吴文筠1,李红1,徐斌2,熊杰1

1深圳市前海人才乐居有限公司，广东 深圳 518000；2 深圳大学建筑设计研究院有限公司，广东 深圳 518000

摘要：香港某深基坑项目位于维多利亚海旁闹市中心，周边建构筑物密集且年代久远，为保证周边建构筑物的安全，明确深基坑施工过程中的监测界限与要求，针对周边项目进行粒子移动最高速度及沉降的计算，提取类似项目实测监测记录进行对比。针对浅基础的敏感性建筑进行有限元分析，位移及应力均未超过原设计极限。经分析，周边项目监测要求均可按香港本地规范执行。本项目为香港岛首个震动分析报告，为深基坑工程项目的设计与实施提供参考。

关键词：监测 深基坑工程 有限元分析；

1 工程概况

拟建设工程项目位于香港维多利亚海旁，项目为2栋115.5m塔楼及四层地下室，包含酒店、会所、住宅复合业态。项目基坑开挖深度22m，地下水位为-1.125m相对高度。项目位于城市旧区，周边包含多栋20-30年高层及超高层建筑、地铁站及地铁设施、海堤、历史保护建筑、人行天桥及在建项目。

为减少对周边既有建构筑物的扰动，项目采用地下连续墙作为基坑支护体系，并针对所有周边项目进行了专项分析，明确监测要求。

2地质情况

项目地质主要包含淤泥层、海洋沉积层、冲积层、花岗岩质（全风化、强风化、中风化、微风化）。基岩持力层为中风化花岗岩，位于地面以下8-38m不等。

3 设计规范

项目根据香港土木工程拓展署颁发的《GEO Publication No.1/2006 – Foundation Design and Construction》[1]、香港屋宇署颁发的认可人士、注册结构工程师及注册岩土工程师作业备考APP-137《打桩和类似操所引致经地下传输的震动和地面沉降》[2]（以下简称APP-137）以及Robert Sarsby编著的《Environmental Geotechnics》[3]的准则，对周边项目监测标准进行评估。

4 计算分析

4.1 评估准则

根据APP-137附录A，在没有进行工程学分析前，可采用以下经验指引作为参考。

表1 粒子移动最高速度的最大值指引数值

   根据APP-137附录B，如场地周边并无特别敏感的建筑物、构筑物及设施，其监测系统的三级启动机制数值可按下表：

表2 监测三级启动机制的参考数值

4.2震动与沉降分析

粒子移动最高速度根据以下等式进行计算：

=2968J/s

上述公式中：

k—常数；

E—每次锤击的能量；

—桩中心轴线的水平距离（m）

P—最大运行功率(HP)

w—转速(rad/s)

关于常数k，由Robert Sarsby撰写的《Environmental Geotechnics》提及，针对中风化及微风化岩层可取1.5，残积土可取0.25。本项目持力层为中、微风化花岗岩，k值取1.5。根据液压双轮反循环钻机设备产品目录，其最大运行功率为750HP，转速为188.5 rad/s。经计算可得周边既有建构筑物粒子移动最高速度及其沉降计算值。

表3 周边既有建构筑物粒子移动最高速度及沉降计算表

由上表可知，根据设备参数及水平距离计算可得粒子移动最高速度及沉降值未超过规范要求。

4.3实测监测数据比对

获取3公里外地下连续墙类似项目（以下简称项目一）的监测记录，项目一设置6个监测点，监测时长为8个月，其中距离最近的地下连续墙边缘为3m。根据监测记录，8个月期间，平均粒子移动最高速度为2mm/s，变化区间为0.5-3mm/s。

本项目与项目一施工方式相近，计算可得其引发的粒子移动最高速度为7.4mm/s，该建筑距离场地11m。由此可知，计算结果较实测情况保守。结构安全可控。

4.4 敏感建筑物的动态分析

根据周边场地情况报告，周边既有建筑大部分为灌注桩基础，建构筑物9及28为浅基础。针对灌注桩基础项目，地下连续墙施工带来的震动及沉降引起的应力及变形可控。浅基础项目判定为敏感建筑物，补充ETABS建模分析。输入震动时程曲线，加速度为1.41 m/s2。

图 1 震动时程曲线

4.5 有限元分析结果

根据ETABS分析结果，结构位移如下，

表4 周边敏感建构筑物整体位移表

分析结果表明，按照规范要求的震动对建筑产生的位移未超过原设计允许范围。最大应力亦未超过设计极限。

5 结论

（1）为保障深基坑工程周边既有建构筑的安全性，基坑及周边既有建筑监测十分必要。

（2）针对敏感建筑物项目，可通过有限元分析，复核整体位移及应力，反推监测要求。

（3）经分析，按照规范的监测要求控制震动及沉降，均对项目周边33个既有建构筑物无损害。

参考文献：

[1]香港土木工程拓展署颁发的《GEO Publication No.1/2006 – Foundation Design and Construction》

[2]香港屋宇署颁发的认可人士、注册结构工程师及注册岩土工程师作业备考APP-137《打桩和类似操所引致经地下传输的震动和地面沉降》

[3]Robert Sarsby《Environmental Geotechnics》