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、支護結構失穩(wěn)破壞、基坑周圍地表沉降等變形現象引起的基坑周圍地層移動。采用多項監(jiān)測措施，對支護墻體和周邊環(huán)境的位移、沉降以及地下水位等變化發(fā)展進行了監(jiān)測，通過監(jiān)測結果分析指導施工、調整設計、達到信息化施工。實例表明設計合理且開挖滿足支護系統安全穩(wěn)定條件時，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，基坑內外的土體將由原來的靜止土壓力狀態(tài)向主動土壓力狀態(tài)轉變，應力狀態(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、支護結構失穩(wěn)破壞、基坑周圍地表沉降等變形現象引起基坑周圍地層移動。

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，支護結構向坑內移動，在基底面以下部分的支護結構也向基坑內移動，擠推其前面的土體，造成基底的隆起。

1.2 支護墻位移影響

基坑開始開挖后，支護墻便開始受力變形。在基坑內側卸去原有的土壓力時，墻外側受到主動土壓力，而在坑底的墻內側則受到全部或部分的被動土壓力。由于總是開挖在前，支撐在后，所以支護墻在支撐以前已發(fā)生一定的先期變形。墻體變形不僅是墻外側發(fā)生地層損失而引起地面沉降，而且使墻外側塑性區(qū)擴大，因而增加了墻外土體向坑內的位移和相應的坑內隆起。支護結構變形產生的地面沉降和引起的結構失穩(wěn)破壞，對基坑周邊環(huán)境產生的影響往往是嚴重的。

1.3 地下水影響

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

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

2）當基坑以下的土為疏松的砂土層時，受向上的滲透水壓的作用，當產生的動水力坡度大于砂土層的極限動水力坡度時，砂土顆粒就會處于懸浮狀態(tài)，在滲透力作用下，細砂向上涌出，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，當止水帷幕失效或降水未達到要求時，含有粉細砂含水層的地區(qū)，會因過大的水壓力，而發(fā)生基坑大量涌砂。

1.4 影響周圍地層移動的相關因素

相關因素有支護結構系統的特性；基坑開挖的施工順序；基坑內土體性能的改善；開挖施工周期和基坑暴露時間；地面超載和振動荷載；雨水和其它積水等因素均會影響周圍地層的移動，從而造成周圍地面沉降、支護結構失穩(wěn)破壞等現象，嚴重影響基坑周邊環(huán)境的安全。

2 安全監(jiān)測與環(huán)境保護

基坑工程是土體與支護結構體共同作用的一個動態(tài)變化的復雜系統。監(jiān)測工作既是檢驗設計理論的正確性和發(fā)展設計理論的重要手段，又是及時指導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、地下管線等保護對象的變形及受力情況進行監(jiān)測，將取得的數據與預測值或計算值相比較，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”進一步用“意”字來統括《易傳》作者所要表達的思想，并明確地把“意”與“象”聯系起來，認為“象”對于表達“意” 有“言”所不能及的功能，進一步把形象和思想、情感聯系起來，這對“意”、“象”兩個范疇組合成“意象”這個范疇有很大的啟發(fā)作用。這里的“象”是為了表達“意”, 不自覺地蘊含了“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。

對周圍環(huán)境的保護也是設計中的一個重要問題，一些實測數據表明，基坑開挖對周圍有較嚴重的影響范圍約為基坑開挖深度的2倍～3倍，故在此范圍內應采取相應的保護措施。首先要考慮采取積極性保護法，即在施工前詳細了解鄰近建筑物和地下管線的分布情況、基礎類型、埋深等情況，提出減少地層位移的施工工藝和施工參數，采用超前預測的方法，預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措施，在施工中加強監(jiān)測，及時采取改進施工措施和應變措施以保證達到預期的保護要求。對周圍環(huán)境的保護，應采取經濟合理，安全可靠的技術方案，必要時也可采用工程保護法，一般有：基礎托換、地基加固、結構補強、隔斷法等方法。無論采用何種保護方案，都要考慮地下工程中可能存在的不確定因素，必須根據保護方案對坑周土體位移的控制要求，進行必要的、嚴格的監(jiān)測。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

洛陽市美倫鳳凰城6#住宅樓位于聯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。主樓為框剪結構，基礎埋置深度6.0m，安全等級為二級，基礎采用樁基，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、煤氣管線和人防設施，這些設施離基坑邊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；東側有一棟七層綜合樓，距離現基坑約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，根據有關規(guī)定，可不考慮地下水對混凝土的腐蝕性。

3.2 基坑支護結構方案設計

考慮本工程場地地質條件、周邊環(huán)境情況、開挖深度、工程工期和造價等因素，結合本工程特點，按二級基坑標準，對6m左右基坑支護的多種方案進行比較論證，最后確定采用分段設計。具體如下：

1）東西兩側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、煤氣管線和人防設施，為確保該兩側的安全性，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，經濟合理，有利于開挖和基礎施工，有利于確保工期。

重力式水泥攪拌樁擋土墻設計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，采取在樁內插筋，墻頂C20鋼筋混凝土蓋梁，蓋數寬度為墻厚加200mm，高度500 mm，樁伸入梁內不少于50mm。

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

錨噴支護設計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。面層鋼筋網為φ6@250×250，噴射混凝土強度等級C20，錨噴網厚度為10cm。

3.3 監(jiān)測方案設計

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埋于連續(xù)墻體中的測斜孔中進行，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個沉降觀測點和水平觀測點，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，加強這些部位的監(jiān)測十分重要，為此對兩棟建筑實施沉降監(jiān)測，監(jiān)測指標采用最直接反應建筑物安全的指標即房屋各個角點的沉降及相互之間的沉降差。

3）地下水位監(jiān)測

為了了解基坑內的水位情況及降水效果，在基坑內布置了2個降水井，井內設水位管進行水位監(jiān)測。

3.4 監(jiān)測結果與分析

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，出現突增情況，其后開始回彈。并且二層辦公樓（條形基礎）的沉降量明顯大于七層綜合樓（樁基礎），這是由于兩者的基礎形式不同造成的，因條形基礎的持力層為軟土層，而錨桿鉆孔施工對土體的反復擾動破壞了軟土原始狀態(tài)，此時建筑物會發(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。當土體擾動完全停止、基坑混凝土底板澆筑完成（第32天）形成基坑封底，水位有所回升時沉降才趨于穩(wěn)定。

2）周圍土體的水平位移

通過試驗數據可知，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30cm，地面產生明顯裂縫，后采取應急措施，將斜支撐直接撐在基礎墊層里，并調整基礎底板施工進度，盡早澆筑靠近墻體的基礎底板，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、建筑物基礎形式是影響基坑鄰近建筑沉降的幾個主要因素；

2）坑周土層位移大于支護樁的水平位移，因此估算坑壁位移時，應考慮樁間帷幕位移的影響?？油廛浲廖灰朴辛髯兲匦?，基坑不宜暴露時間太長，沉降發(fā)展對基坑穩(wěn)定性不利。基坑對周圍建筑的影響距離約為2～3倍開挖深度；

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

4）基坑開挖過程中應注意天氣的變化，降雨等不利天氣對基坑的變形影響很大；

5）基坑變形和支護結構應力在遠未達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，并產生一定的環(huán)境問題。

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

[2]中國建筑科學研究院.建筑地基處理技術規(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