摘 要：基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境的影響，是基坑工程的重要組成部分?；谔K州某大型基坑工程的監(jiān)測(cè)資料及相關(guān)施工資料，研究了基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周邊建（構(gòu)）筑、地下管線(xiàn)的沉降的規(guī)律性。結(jié)果表明：周邊環(huán)境的沉降變化與基坑開(kāi)挖深度的變化呈一致變化關(guān)系；基坑施工過(guò)程中的漏水漏砂現(xiàn)場(chǎng)極有可能導(dǎo)致周邊管線(xiàn)的變形，增大管線(xiàn)的變形曲率，威脅基坑周邊管線(xiàn)的安全。

關(guān)鍵詞：基坑施工 地下管線(xiàn) 監(jiān)測(cè) 沉降

中圖分類(lèi)號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（a）-0126-04

基坑工程在現(xiàn)代城市地下空間利用中發(fā)揮著重要的作用，是一項(xiàng)綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程。由于大型基坑工程往往集中于市區(qū)，不僅要保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身的安全，而且要保證周邊建筑、市政道路、地下管線(xiàn)等的安全和正常使用。因此，為避免基坑工程開(kāi)外對(duì)周邊環(huán)境可能造成的不利影響，開(kāi)展基坑開(kāi)挖可能造成的環(huán)境影響的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。相關(guān)的研究也較為豐富，但主要集中于數(shù)值模擬方法，如俞建霖和龔曉南[1-2]采用有限單元法研究了基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)乇沓两?、周邊地下管線(xiàn)以及影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的主要因素，又如駱祖江和劉金寶等[3]采用三維全耦合數(shù)值模型模擬了深基坑降水對(duì)地面沉降變形的影響。采用數(shù)值模擬無(wú)疑是一種有效的手段之一。這種方法的關(guān)鍵和前提之一是能得到合理的物理力學(xué)參數(shù)。然而，在基坑開(kāi)外之前，地面以下的地質(zhì)水文等信息目前尚很難完全掌握。無(wú)疑，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)即是避免工程事故發(fā)生的有效措施[4]，也是驗(yàn)證數(shù)值模擬方法是否正確的有效手段[5]。而且現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)獲得的力、位移、變形等信息又是認(rèn)識(shí)基坑工程復(fù)雜問(wèn)題的規(guī)律性的重要手段。該文基于蘇州某大型基坑施工過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料，開(kāi)展了大型基坑的開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境影響的研究。

1 工程背景及周邊環(huán)境條件

1.1 工程背景

該工程分為南北二棟地下建筑，為地下三層建筑。基坑深度為自然地面以下約14.5 m。項(xiàng)目用地面積約2.27萬(wàn) m2。本工程平面圖及周邊環(huán)境如圖1所示。本基坑位于蘇州工業(yè)園區(qū)湖西CBD中心區(qū)域，北側(cè)5 m為蘇雅路，附近埋設(shè)有輸水管線(xiàn)（SS）、雨水管線(xiàn)（YS）、集約化管線(xiàn)（JY）；東側(cè)基坑邊線(xiàn)位于星海街慢車(chē)道上，距離建園大廈和新海大廈4～7 m，埋設(shè)有污水管線(xiàn)（W）、電力管線(xiàn)（GD）；南側(cè)基坑邊線(xiàn)位于蘇華路慢車(chē)道上，西側(cè)較為空曠，現(xiàn)為綠化草坪。南基坑北側(cè)基坑邊線(xiàn)位于蘇華路慢車(chē)道上，東側(cè)基坑邊線(xiàn)位于星海街慢車(chē)道上，距離星海大廈3～7 m，南側(cè)基坑邊線(xiàn)以南7 m有一近東西走向河道（相門(mén)塘），西側(cè)較為空曠，為綠化草坪。總之，基坑?xùn)|側(cè)和北側(cè)的周邊環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜（如圖1）。

2.2 工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件

工程場(chǎng)地地貌單元屬長(zhǎng)江三角洲太湖流域沖湖積平原區(qū)，地貌形態(tài)單一。擬建場(chǎng)地66.30 m以淺各土層由第四系全新統(tǒng)～中更新統(tǒng)（Q4～Q2）沖湖積相沉積物組成，呈水平層狀分布，按其時(shí)代、成因及土的物理力學(xué)性質(zhì)，可分為9個(gè)工程地質(zhì)層，15個(gè)工程地質(zhì)亞層，各土層分布規(guī)律及工程性質(zhì)，簡(jiǎn)要描述見(jiàn)表1。

地表水主要為場(chǎng)地南側(cè)河道內(nèi)河水，河水面標(biāo)高1.34 m，水深2～3 m，河底淤泥厚0.5～1.0 m。地下水按其埋藏條件，主要為潛水、微承壓水和承壓水。微承壓水主要賦存于3層粉質(zhì)粘土和3層粉土層中，富水性、透水性中等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)抽水試驗(yàn)結(jié)果，滲透系數(shù)平均值為4.18×10-4 cm/s，屬“弱透水”級(jí)。隨季節(jié)變化地下水位有升降，年變幅0.80 m左右。

2 基坑支護(hù)方案及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

基坑周邊采用鉆孔灌注排樁結(jié)合止水帷幕作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。星海街車(chē)站除淺層采用SMW工法作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)外，大部分采用地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)?；觾?nèi)部設(shè)置兩道鋼筋混凝土支撐，支撐主要采用角支撐結(jié)合對(duì)撐的布置形式，第一道支撐系統(tǒng)以壓頂梁作為支撐圍檁，如圖1所示。

在該工程中，基坑周邊環(huán)境安全控制分為周邊地表沉降安全控制和周邊管線(xiàn)安全控制兩個(gè)部分，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)為手段開(kāi)展進(jìn)行。其中周邊地表沉降安全控制部分，共布置了18個(gè)土體地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)（S），其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)S1～S3布置于基坑北側(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S4～S9位于基坑?xùn)|側(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)S10～S12位于基坑南側(cè)，S13～S18位于基坑西側(cè)。而周邊管線(xiàn)安全控制則分為輸水管線(xiàn)（SS）、雨水管線(xiàn)（YS）、污水管線(xiàn)（W）、電力管線(xiàn)（GD）和集約化管線(xiàn)（JY）5個(gè)部分的監(jiān)測(cè)；其中集約化管線(xiàn)、輸水管線(xiàn)和雨水管線(xiàn)分布于基坑北側(cè)；污水管線(xiàn)和電力管線(xiàn)分布于基坑?xùn)|側(cè)。圖1中只給出了部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布。

3 基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響

3.1 施工進(jìn)度

基坑施工進(jìn)度主要可分為如下幾個(gè)階段：

（1）2008年12月下旬，基坑北區(qū)開(kāi)始開(kāi)挖。

（2）2009年1月中旬開(kāi)挖至第三層土相對(duì)深度-8m位置。

（3）2009年3月初基坑北區(qū)開(kāi)始挖第三層土。

（4）2009年4月中旬，基坑北區(qū)開(kāi)挖至坑底，隨即進(jìn)行墊層和底板施工，基坑南區(qū)開(kāi)始開(kāi)挖。

（5）2009年6月中旬，基坑南區(qū)開(kāi)挖至坑底，澆筑底板。

其中，開(kāi)挖與支護(hù)的順序是：先開(kāi)挖北區(qū)基坑，再開(kāi)挖南區(qū)基坑；先挖表層土做第一道鋼筋混凝土支撐，帶強(qiáng)度上來(lái)后再挖第二層土，再做第二道鋼筋混凝土支撐，直至坑底進(jìn)行底板施工。

3.2 基坑周邊地表沉降的時(shí)空變化

以基坑北側(cè)地表沉降的監(jiān)測(cè)結(jié)果為例分析基坑周邊地表沉降的時(shí)空規(guī)律。從基坑開(kāi)始開(kāi)挖時(shí)候，基坑北側(cè)坑外地表的沉降較小，隨著繼續(xù)深入開(kāi)挖，基坑北側(cè)地表沉降越來(lái)越明顯，沉降發(fā)展有越來(lái)越快的趨勢(shì)。到2009年4月中旬，即基坑開(kāi)挖至坑底，隨即進(jìn)行墊層和底板施工，此時(shí)，基坑北區(qū)坑外地表的沉降不再增加，基本趨于穩(wěn)定，基坑?xùn)|北角S3監(jiān)測(cè)點(diǎn)處仍有所沉降，至7月初停止發(fā)展，最終沉降分別為S1=31mm、S2=62mm、S3=42mm。如圖 2所示。基坑北側(cè)地表沉降的發(fā)展沿基坑邊方向上呈拋物線(xiàn)發(fā)展，即在空間上基坑北側(cè)的中間部位沉降發(fā)展較大，而基坑兩個(gè)拐角處沉降相對(duì)發(fā)展較小。兩端角撐的支護(hù)形式極有可能決定了這種變形方式?；又苓叺乇沓两档倪@種發(fā)展規(guī)律可認(rèn)為是受到支護(hù)形式的控制，如圖3所示。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視結(jié)果，由于東北側(cè)灌注樁成型質(zhì)量較差，且有漏水現(xiàn)象發(fā)生，因此，東北側(cè)（S3位置處）在基坑開(kāi)挖完成后土體沉降依然略有沉降發(fā)生，如圖2和圖3所示。因此，灌注樁等止水帷幕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量直接影響周邊地面的沉降量。

3.3 基坑施工過(guò)程中周邊管線(xiàn)的沉降分析

3.3.1 輸水管線(xiàn)（SS）

輸水管線(xiàn)基本平行于基坑北側(cè)邊，距離約10 m左右。監(jiān)測(cè)點(diǎn)SS1和SS8分別位于西北角約13 m和東北角26 m處，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本均勻分布于期間。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖4所示，可以看出：基坑北側(cè)開(kāi)始開(kāi)挖之后，輸水管線(xiàn)上的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體上都發(fā)生了沉降，且從開(kāi)挖時(shí)沉降較快，到開(kāi)挖完成后沉降速率逐漸變慢發(fā)展；最終沉降量在20～35 mm以?xún)?nèi)。局部時(shí)間來(lái)看，監(jiān)測(cè)點(diǎn)SS5和SS6在基坑開(kāi)挖完成后的約2個(gè)月內(nèi)發(fā)生了反彈，反彈之后又逐漸發(fā)生沉降。

從輸水管沉降的空間曲線(xiàn)，如圖5所示，可以看出：總體上輸水管發(fā)生的沉降差較小，最大沉降差約20 mm，整體上呈S型分布。根據(jù)輸水管線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置位置以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的沉降值，可近似地獲得輸水管線(xiàn)的曲率或曲率半徑，再依據(jù)輸水管線(xiàn)的抗彎變形強(qiáng)度，可判斷輸水管線(xiàn)的安全性。

3.3.2 集約化管線(xiàn)（JY）

集約化管線(xiàn)基本平行于基坑北側(cè)邊，距離約24 m左右。監(jiān)測(cè)點(diǎn)JY1和JY5分別位于西北角和基坑北側(cè)邊中間位置的正北方，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)基本均勻分布于期間。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，如圖6所示，可以看出：基坑北側(cè)開(kāi)挖之后，輸水管線(xiàn)上的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體上都發(fā)生了沉降，在基坑開(kāi)挖完成后的約2個(gè)月內(nèi)集約化管線(xiàn)發(fā)生了反彈，反彈之后又逐漸發(fā)生沉降。最終沉降量在6～20 mm以?xún)?nèi)。

根據(jù)管線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置位置以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)獲得的沉降值，基于剛性或柔性管線(xiàn)[6]假設(shè)可近似地獲得管線(xiàn)的曲率或曲率半徑，再依據(jù)管線(xiàn)材料的抗彎變形強(qiáng)度，可判斷管線(xiàn)的安全性。從輸水管沉降的空間曲線(xiàn)，如圖7所示，可以看出：總體上輸水管發(fā)生的沉降差較小，整體上呈S型分布，總體上小于輸水管線(xiàn)的沉降和沉降差。

3.3.3 污水管線(xiàn)（W）

污水管線(xiàn)位于基坑北區(qū)的東側(cè)，距基坑只有5 m左右，監(jiān)測(cè)點(diǎn)W1位于基坑?xùn)|北角外側(cè)約3 m處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)W5位于基坑北區(qū)東側(cè)的對(duì)撐中心外約3 m處，其余3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)大致均勻位于監(jiān)測(cè)點(diǎn)W1和監(jiān)測(cè)點(diǎn)W5之間。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，從基坑北區(qū)開(kāi)始開(kāi)挖到基坑開(kāi)挖結(jié)束，污水管沉降都較小。而開(kāi)挖結(jié)束后的1個(gè)月內(nèi)，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)W5和W2處發(fā)生了較大的突然沉降，如圖8所示。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視結(jié)果分析，W5處污水管沉降由于基坑周邊材料堆載引起，因此，在施工過(guò)程中材料堆放位置的設(shè)計(jì)是必須考慮的重要因素之一；而W2處沉降則是由于基坑漏水而致。沿著基坑邊的南北方向上，污水管線(xiàn)成波浪線(xiàn)性變化，如圖9所示。

3.3.4 電力管線(xiàn)（GD）

電力管線(xiàn)位于基坑的東側(cè)，距基坑平均只有10 m左右，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GD1位于基坑?xùn)|北角外側(cè)約10 m處，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GD10位于基坑?xùn)|南角約6 m處，其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)大致均勻分布其間。從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，從基坑北區(qū)開(kāi)始開(kāi)挖到基坑開(kāi)挖結(jié)束，電力管沉降都較小。而開(kāi)挖結(jié)束后的1個(gè)月內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)GD1處發(fā)生了較大的突然沉降，且發(fā)生的時(shí)間相近，兩者可判為同一原因?qū)е?，如圖8和圖10所示。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)巡視結(jié)果分析，GD6到GD8處電力管線(xiàn)沉降由于基坑漏水漏砂引起。沿著基坑?xùn)|側(cè)的南北方向上，電力管線(xiàn)成波浪線(xiàn)性變化，且在GD6、GD7、GD8處有明顯的突變，如圖11所示。此處的電力管線(xiàn)將產(chǎn)生較大的曲率，從而極有可能威脅電力管線(xiàn)的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)基坑工程施工對(duì)周邊環(huán)境的影響開(kāi)展了實(shí)測(cè)分析，主要有以下結(jié)論：

（1）基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的變化密切相連，隨著開(kāi)挖深度的加大，基坑周邊的地面沉降和周邊管線(xiàn)的變形也會(huì)逐漸增大；

（2）對(duì)于兩端角撐的基坑支護(hù)形式，基坑該側(cè)的變形在平面上可能呈現(xiàn)中間變形大兩側(cè)變現(xiàn)小的拋物線(xiàn)形變形形式；

（3）基坑支護(hù)的質(zhì)量明顯影響周邊建（構(gòu)）筑物、管線(xiàn)變形的變形。特別是基坑中的漏水漏砂現(xiàn)場(chǎng)將導(dǎo)致周邊管線(xiàn)的變形，增大管線(xiàn)的變形曲率，威脅基坑周邊管線(xiàn)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]俞建霖，龔曉南.基坑工程變形性狀研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2002（4）：86-90.

[2]龔曉南，李大勇，張土喬.軟土地基深基坑周?chē)叵鹿芫€(xiàn)保護(hù)措施的數(shù)值模擬[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2001，23（6）：660-663.

[3]劉金寶，李朗，瞿成松.深基坑降水與地面沉降變形三維全耦合模型及其數(shù)值模擬[J].水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯，2006，21（4）：479-485.

[4]唐業(yè)清，李啟民，崔江余.基坑工程事故分析與處理[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[5]孫凱，許振剛，劉庭金，等.深基坑的施工監(jiān)測(cè)及其數(shù)值模擬分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2004，23（2）：293-298.

[6]ROBOSKI J，F(xiàn)INNO R J.Distributions of ground movements parallel to deep excavations in clay[J]. Canadian Geotechnical Journal，2006，43（1）：43-58.