程守信

中國有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)公司，河南鄭州 450000

深基坑工程對周圍環(huán)境的影響及安全監(jiān)測分析

程守信

中國有色金屬工業(yè)第六冶金建設(shè)公司，河南鄭州 450000

本文以洛陽市美倫鳳凰城6#樓深基坑工程為例，分析了深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響因素主要由基坑底部土體的隆起、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞、基坑周圍地表沉降等變形現(xiàn)象引起的基坑周圍地層移動(dòng)。采用多項(xiàng)監(jiān)測措施，對支護(hù)墻體和周邊環(huán)境的位移、沉降以及地下水位等變化發(fā)展進(jìn)行了監(jiān)測，通過監(jiān)測結(jié)果分析指導(dǎo)施工、調(diào)整設(shè)計(jì)、達(dá)到信息化施工。實(shí)例表明設(shè)計(jì)合理且開挖滿足支護(hù)系統(tǒng)安全穩(wěn)定條件時(shí)，深基坑開挖對周圍環(huán)境仍可能造成較大影響。

深基坑；環(huán)境影響；監(jiān)測

1 深基坑開挖對周圍環(huán)境影響因素分析

深基坑開挖過程中，基坑內(nèi)外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，應(yīng)力狀態(tài)的改變引起土體的變形，尤其在軟土地區(qū)開挖基坑，土的流變性影響也非常顯著，基坑底部土體的隆起、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞、基坑周圍地表沉降等變形現(xiàn)象引起基坑周圍地層移動(dòng)。

1.1 基坑底部土體的隆起影響

基坑開挖的過程是基坑開挖面上卸荷的過程，由于卸荷而引起坑底土體向上回彈，基底土體回彈后，土體松弛與蠕變的影響使土隆起?；娱_挖后，支護(hù)結(jié)構(gòu)向坑內(nèi)移動(dòng)，在基底面以下部分的支護(hù)結(jié)構(gòu)也向基坑內(nèi)移動(dòng)，擠推其前面的土體，造成基底的隆起。

1.2 支護(hù)墻位移影響

基坑開始開挖后，支護(hù)墻便開始受力變形。在基坑內(nèi)側(cè)卸去原有的土壓力時(shí)，墻外側(cè)受到主動(dòng)土壓力，而在坑底的墻內(nèi)側(cè)則受到全部或部分的被動(dòng)土壓力。由于總是開挖在前，支撐在后，所以支護(hù)墻在支撐以前已發(fā)生一定的先期變形。墻體變形不僅是墻外側(cè)發(fā)生地層損失而引起地面沉降，而且使墻外側(cè)塑性區(qū)擴(kuò)大，因而增加了墻外土體向坑內(nèi)的位移和相應(yīng)的坑內(nèi)隆起。支護(hù)結(jié)構(gòu)變形產(chǎn)生的地面沉降和引起的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞，對基坑周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響往往是嚴(yán)重的。

1.3 地下水影響

地下水位下降、流砂和涌砂現(xiàn)象均會(huì)造成基坑失穩(wěn)，而影響周圍建筑物的安全。

1）降水使原有地下水位降落，鄰近建筑物基礎(chǔ)下水的浮托力減少，亦使地基土的荷載增加，在大多數(shù)情況下，由于附加荷載增加而使土固結(jié)，產(chǎn)生地面沉降，從而造成周圍建筑物的下沉；

2）當(dāng)基坑以下的土為疏松的砂土層時(shí)，受向上的滲透水壓的作用，當(dāng)產(chǎn)生的動(dòng)水力坡度大于砂土層的極限動(dòng)水力坡度時(shí)，砂土顆粒就會(huì)處于懸浮狀態(tài)，在滲透力作用下，細(xì)砂向上涌出，造成大量流砂；

3）在軟土地區(qū)，由于粘性土層和含水層相間分布，當(dāng)止水帷幕失效或降水未達(dá)到要求時(shí)，含有粉細(xì)砂含水層的地區(qū)，會(huì)因過大的水壓力，而發(fā)生基坑大量涌砂。

1.4 影響周圍地層移動(dòng)的相關(guān)因素

相關(guān)因素有支護(hù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性；基坑開挖的施工順序；基坑內(nèi)土體性能的改善；開挖施工周期和基坑暴露時(shí)間；地面超載和振動(dòng)荷載；雨水和其它積水等因素均會(huì)影響周圍地層的移動(dòng)，從而造成周圍地面沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響基坑周邊環(huán)境的安全。

2 安全監(jiān)測與環(huán)境保護(hù)

基坑工程是土體與支護(hù)結(jié)構(gòu)體共同作用的一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的復(fù)雜系統(tǒng)。監(jiān)測工作既是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論的正確性和發(fā)展設(shè)計(jì)理論的重要手段，又是及時(shí)指導(dǎo)正確施工避免事故發(fā)生的必要措施。在深基坑開挖過程中，通過對基坑周圍地層位移和鄰近建筑物、地下管線等保護(hù)對象的變形及受力情況進(jìn)行監(jiān)測，將取得的數(shù)據(jù)與預(yù)測值或計(jì)算值相比較，能了解工程變化的態(tài)勢及工程施工所造成的影響，能較準(zhǔn)確地以量的形式反映這種影響的程度。

《易傳》所提出的“立象以盡意”進(jìn)一步用“意”字來統(tǒng)括《易傳》作者所要表達(dá)的思想，并明確地把“意”與“象”聯(lián)系起來，認(rèn)為“象”對于表達(dá)“意” 有“言”所不能及的功能，進(jìn)一步把形象和思想、情感聯(lián)系起來，這對“意”、“象”兩個(gè)范疇組合成“意象”這個(gè)范疇有很大的啟發(fā)作用。這里的“象”是為了表達(dá)“意”, 不自覺地蘊(yùn)含了“象”與“意”融合為一的思想，為意象范疇最終自覺地形成奠定了基礎(chǔ)。

對周圍環(huán)境的保護(hù)也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題，一些實(shí)測數(shù)據(jù)表明，基坑開挖對周圍有較嚴(yán)重的影響范圍約為基坑開挖深度的2倍～3倍，故在此范圍內(nèi)應(yīng)采取相應(yīng)的保護(hù)措施。首先要考慮采取積極性保護(hù)法，即在施工前詳細(xì)了解鄰近建筑物和地下管線的分布情況、基礎(chǔ)類型、埋深等情況，提出減少地層位移的施工工藝和施工參數(shù)，采用超前預(yù)測的方法，預(yù)測基坑施工對周圍影響范圍的程度，初步確定周圍建筑物和管線的保護(hù)措施，在施工中加強(qiáng)監(jiān)測，及時(shí)采取改進(jìn)施工措施和應(yīng)變措施以保證達(dá)到預(yù)期的保護(hù)要求。對周圍環(huán)境的保護(hù)，應(yīng)采取經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠的技術(shù)方案，必要時(shí)也可采用工程保護(hù)法，一般有：基礎(chǔ)托換、地基加固、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、隔斷法等方法。無論采用何種保護(hù)方案，都要考慮地下工程中可能存在的不確定因素，必須根據(jù)保護(hù)方案對坑周土體位移的控制要求，進(jìn)行必要的、嚴(yán)格的監(jiān)測。

3 工程實(shí)例分析

3.1 工程概況

洛陽市美倫鳳凰城6#住宅樓位于聯(lián)盟路與天津路交匯的東北角，場地長54m，寬21.2m，占地面積1 069m2。主樓為框剪結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)埋置深度6.0m，安全等級為二級，基礎(chǔ)采用樁基，場地地形平坦?；娱_挖從2004年7月2日開始施工。

本工程四周環(huán)境條件復(fù)雜，擬建場地西面人行道下有電纜、上下水、煤氣管線和人防設(shè)施，這些設(shè)施離基坑邊3m～10m不等；西北角人防入口距離基坑約2.0m；東北角基坑外2m處有一棟二層樓房，該樓房天然地基，條形基礎(chǔ)；東側(cè)有一棟七層綜合樓，距離現(xiàn)基坑約4.5m，該樓中部有一樓梯向基坑方向伸出2.5m。

水文地質(zhì)條件，本場地地下水類型分為兩類：一類為貯存于雜填土層中的上層滯水；另一類為貯存于下部砂性土層中的孔隙承壓水。

場地周圍無不良污染源，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，可不考慮地下水對混凝土的腐蝕性。

3.2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

考慮本工程場地地質(zhì)條件、周邊環(huán)境情況、開挖深度、工程工期和造價(jià)等因素，結(jié)合本工程特點(diǎn)，按二級基坑標(biāo)準(zhǔn)，對6m左右基坑支護(hù)的多種方案進(jìn)行比較論證，最后確定采用分段設(shè)計(jì)。具體如下：

1）東西兩側(cè)IJ、KJ段有一棟二層辦公樓，IF段有一棟七層綜合樓，AD段人行道下有電纜、上下水、煤氣管線和人防設(shè)施，為確保該兩側(cè)的安全性，采用重力式水泥攪拌樁擋土墻。采用該方案既能擋土又能止水，經(jīng)濟(jì)合理，有利于開挖和基礎(chǔ)施工，有利于確保工期。

重力式水泥攪拌樁擋土墻設(shè)計(jì)2～6排φ500mm的水泥攪拌樁排列在一起，相互搭接150mm，樁心距350mm，樁長7m。水泥采用32.5號普通硅酸鹽水泥，摻量為15%。為了克服攪拌樁抗彎剛度小的弱點(diǎn)，采取在樁內(nèi)插筋，墻頂C20鋼筋混凝土蓋梁，蓋數(shù)寬度為墻厚加200mm，高度500 mm，樁伸入梁內(nèi)不少于50mm。

2）南北兩側(cè)（AK段、DEF段）無特殊建筑，因此選擇了造價(jià)相對較低的噴錨支護(hù)來保持土層穩(wěn)定，防止土體滑動(dòng)剝落，保證土方開挖過程中基坑的穩(wěn)定與安全。

錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)5排錨桿，梅花型布置，排距0.9m～1.0m，水平間距1.0m，坡腳加2排超前錨桿。錨桿頭部采用2φ16鋼筋橫向焊接，再與網(wǎng)片焊接。錨桿采用φ48厚3.5mm的鋼管，打入角10度向下。面層鋼筋網(wǎng)為φ6@250×250，噴射混凝土強(qiáng)度等級C20，錨噴網(wǎng)厚度為10cm。

3.3 監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

1）基坑周圍土體的水平位移

基坑周圍土體的水平位移通過預(yù)埋于連續(xù)墻體中的測斜孔中進(jìn)行，測斜管采用φ72有定向槽的PVC塑料管，儀器為CX-3型測斜儀。在基坑四周布置了測斜管11根，埋深20米左右。

2）沉降監(jiān)測

在基坑周邊布置9個(gè)沉降觀測點(diǎn)和水平觀測點(diǎn)，以此監(jiān)測墻體水平位移的發(fā)展。由于離基坑3m～10m處有兩棟樓房，加強(qiáng)這些部位的監(jiān)測十分重要，為此對兩棟建筑實(shí)施沉降監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)采用最直接反應(yīng)建筑物安全的指標(biāo)即房屋各個(gè)角點(diǎn)的沉降及相互之間的沉降差。

3）地下水位監(jiān)測

為了了解基坑內(nèi)的水位情況及降水效果，在基坑內(nèi)布置了2個(gè)降水井，井內(nèi)設(shè)水位管進(jìn)行水位監(jiān)測。

3.4 監(jiān)測結(jié)果與分析

1）周圍建筑的沉降變形

周圍建筑的沉降監(jiān)測可以看出，基坑在第22天開挖完成后周圍建筑物沉降持續(xù)發(fā)展，出現(xiàn)突增情況，其后開始回彈。并且二層辦公樓（條形基礎(chǔ)）的沉降量明顯大于七層綜合樓（樁基礎(chǔ)），這是由于兩者的基礎(chǔ)形式不同造成的，因條形基礎(chǔ)的持力層為軟土層，而錨桿鉆孔施工對土體的反復(fù)擾動(dòng)破壞了軟土原始狀態(tài)，此時(shí)建筑物會(huì)發(fā)生明顯的沉降，故二層辦公樓的門窗有不同程度的變形和裂縫增大的情況發(fā)生。當(dāng)土體擾動(dòng)完全停止、基坑混凝土底板澆筑完成（第32天）形成基坑封底，水位有所回升時(shí)沉降才趨于穩(wěn)定。

2）周圍土體的水平位移

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，2號和4號處的水平位移較大，其原因是在基坑施工過程中，由于連續(xù)降雨，致使西側(cè)墻體變形發(fā)生突變，幾天中墻頂位移增加了幾十厘米，基坑地面位移達(dá)30cm，地面產(chǎn)生明顯裂縫，后采取應(yīng)急措施，將斜支撐直接撐在基礎(chǔ)墊層里，并調(diào)整基礎(chǔ)底板施工進(jìn)度，盡早澆筑靠近墻體的基礎(chǔ)底板，使該處墻體變形得以控制，在此后施工期間，墻體位移變形速率緩慢。

4 結(jié)論

1）基坑施工造成的地下水大量流失、錨桿鉆孔施工對軟土的擾動(dòng)、建筑物基礎(chǔ)形式是影響基坑鄰近建筑沉降的幾個(gè)主要因素；

2）坑周土層位移大于支護(hù)樁的水平位移，因此估算坑壁位移時(shí)，應(yīng)考慮樁間帷幕位移的影響。坑外軟土位移有流變特性，基坑不宜暴露時(shí)間太長，沉降發(fā)展對基坑穩(wěn)定性不利?；訉χ車ㄖ挠绊懢嚯x約為2～3倍開挖深度；

3）在粉質(zhì)粘土、粉砂與粉質(zhì)粘土中的基坑開挖，應(yīng)特別注意坑壁的滲水，坑壁滲水會(huì)引起周邊地下水位急劇下降和孔隙水壓力減少，設(shè)計(jì)和施工中必須采取有效的防滲措施，以穩(wěn)定坑壁和保護(hù)周圍建筑安全；

4）基坑開挖過程中應(yīng)注意天氣的變化，降雨等不利天氣對基坑的變形影響很大；

5）基坑變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力在遠(yuǎn)未達(dá)到一級基坑的安全控制值情況下，基坑開挖仍能明顯地影響周圍的建筑物和土層，并產(chǎn)生一定的環(huán)境問題。

[1]中國建筑科學(xué)研究院.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ 120-99）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]中國建筑科學(xué)研究院.建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ 79-2002）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

TU473

A

1674-6708（2011）48-0061-02