城市密集區(qū)深基坑開挖對(duì)鄰近建筑沉降影響及保護(hù)措施分析

周志創(chuàng)

摘要：文章結(jié)合某城市密集區(qū)下穿隧道深基坑開挖工程實(shí)例，根據(jù)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了該基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響，總結(jié)了鄰近建筑沉降特征及原因，介紹了采用旋噴樁加固的措施及其效果，為類似基坑開挖監(jiān)測(cè)和保護(hù)提供參考。

關(guān)鍵詞：城市下穿隧道;深基坑;沉降監(jiān)測(cè);保護(hù)措施

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2020.11.039

文章編號(hào)：1673—4874（2020）11-0143-02

0引言

隨著國家城市化進(jìn)程的加快，在城市建筑物和管線密集區(qū)組織工程建設(shè)，如何避免基坑工程對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，是工程安全文明施工的重要課題。本文以某下穿隧道基坑工程為背景，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析了基坑開挖引起的鄰近建筑物沉降，總結(jié)出沉降特征，并簡(jiǎn)要介紹和分析采用的旋噴樁加固措施及其效果，為基坑開挖保護(hù)措施提供參考。

1工程概況

本文的主要研究對(duì)象是某下穿隧道深基坑工程，基坑呈“一”字形，長850m，寬約29m，基坑最深處約為15.2m。該隧道工程路線范圍兩側(cè)建筑物距離較近，管線、管網(wǎng)密集，鄰近建筑物距基坑的最近距離只有8～10m，基于安全考慮，對(duì)工程附近管線及主要建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，部分路段采取了旋噴樁加固，確保工程順利進(jìn)行。

2施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（孔）位布置情況

該下穿隧道施工期間，在項(xiàng)目周圍布設(shè)了環(huán)境位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)、二等水準(zhǔn)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)及支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見下頁圖1）。其中，沿隧道共設(shè)置140多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)基坑周邊相鄰建筑物進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。工程基坑降水施工時(shí)，開始對(duì)5^#、6^#、10^#、11^#、12^#及16^#樓道路，以及華山醫(yī)院、軍區(qū)綜合樓、62^#、63^#和64^#道路東側(cè)樓房進(jìn)行了沉降監(jiān)測(cè)。

3基坑開挖鄰近建筑的影響

3.1沉降情況

監(jiān)測(cè)期間，除16^#、63^#和64^#樓的沉降量相對(duì)較小，其余房屋沉降量超過了報(bào)警值，特別是在偏向基坑一側(cè)的樓房沉降量增加，導(dǎo)致了房屋差異沉降量的加大，因此監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長時(shí)間報(bào)警。軍區(qū)綜合服務(wù)樓附近F84點(diǎn)累計(jì)下沉-113.12mm;11^#樓F50測(cè)點(diǎn)下沉-89.53mm，最大差異沉降10.41mm;12^#樓F51點(diǎn)下沉-113.17mm，最大差異沉降35.12mm。

3.2原因分析

基于11^#、12^#樓監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見圖2）的數(shù)據(jù)分析，其沉降趨勢(shì)呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)性和階段性，大致可分為4個(gè)階段：第1個(gè)為均勻沉降階段，第2個(gè)為差異沉降階段，第3個(gè)為加速沉降階段，第4個(gè)為沉降穩(wěn)定階段（見圖3）。

3.2.1均勻沉降階段

從基坑開始降水監(jiān)測(cè)至6月底階段。11^#、12^#樓沉降呈現(xiàn)均勻下沉態(tài)勢(shì)，平均下沉約5.1mm，日均沉降速率約為0.36mm，累積沉降最大值為8.17mm。

經(jīng)分析：一方面，該隧道K4+010～K4+030段基坑深度為-15～-14m，工程采用深層井點(diǎn)降水抽取基坑底淤泥質(zhì)亞黏土層的弱承壓水;另一方面，該段的止水帷幕由于施工質(zhì)量問題，未形成隔斷，外圍攪拌樁未形成密封止水帷幕（在開挖過程中常出現(xiàn)止水帷幕漏水的情況）。因此，隧道基坑開挖前基坑內(nèi)深井降水，基坑支護(hù)外地下水位下降，促使基坑周圍地表下沉，發(fā)生第一階段的均勻沉降。

3.2.2差異沉降階段

此階段從6月底至7月中旬為止。這階段各測(cè)點(diǎn)數(shù)值發(fā)生明顯差異，鄰近基坑邊的建筑物沉降比遠(yuǎn)離的大。其中，距離基坑較近的F45、F51、F50、F49、F44等測(cè)點(diǎn)沉降量大，沉降均值為32.65mm，超過報(bào)警值;基坑相對(duì)較遠(yuǎn)的F55、F54、F53、F47及F46等測(cè)點(diǎn)沉降均值為14.4mm，相對(duì)下沉較小;而沉降量居中的F43、F42、F48、F56、F52等測(cè)點(diǎn)，平均下沉27.7mm.

經(jīng)分析：這階段，建筑物前K4+010～K4+030段正進(jìn)行荷包套施工（市政管道施工），施工中開挖的淺基坑深6m，寬約5m，采用型鋼加圓木支護(hù)，同時(shí)，施工采用輕型井點(diǎn)真空降水，此時(shí)11^#、12^#樓基礎(chǔ)距基坑邊緣只有5m。因此，各測(cè)點(diǎn)如此明顯沉降特征說明，荷包套的施工與輕型井點(diǎn)降水是鄰近建筑物樓沉降的原因。

3.2.3加速沉降階段

此階段從7月中旬至7月底為止，歷時(shí)半個(gè)月。各測(cè)點(diǎn)沉降值、沉降速率持續(xù)增大，增幅加大，數(shù)據(jù)差異明顯。與上一階段相比，中等沉降的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)明顯增大，其中11^#樓中部的測(cè)點(diǎn)F43、F42、F48、F56、F52和靠近基坑一側(cè)的測(cè)點(diǎn)F45、F51、F50、F49、F44、F57，沉降均值為43.42mm，較上一階段增加1倍多;而遠(yuǎn)離基坑一側(cè)的F55、F54、F53和F47等測(cè)點(diǎn)，平均沉降40.62m，較上一階段成倍增大。另外，11^#和12^#樓的差異沉降持續(xù)增大，最大沉降差為4.42m，最大傾斜率約0.46%0，已造成部分建筑物產(chǎn)生裂縫。

經(jīng)分析：（1）上階段荷包套施TE完畢，而K4+010～K4+030段超深基坑開挖，支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移，使坑邊地表沉降;（2）本階段施工恰逢雨季，降水量驟增，基坑周邊排水設(shè)施超負(fù)荷運(yùn)作，多處止水帷幕出現(xiàn)漏水滲水，坑外地表水摻帶砂土進(jìn)入坑內(nèi)，造成坑外地面沉降;（3）支撐體系的施工質(zhì)量問題也是引起地表沉降的另一原因，在施工現(xiàn)場(chǎng)，施工方為趕工超挖、未按圖紙施工、鋼支撐未安裝到位以及預(yù)應(yīng)力施加未符合設(shè)計(jì)要求等情況屢有發(fā)生。因此，以上各方面因素造成11^#、12^#樓距離基坑較近處出現(xiàn)加速沉降。

3.2.4沉降穩(wěn)定階段

7月底以后，各測(cè)點(diǎn)沉降趨向減緩，特別是靠近基坑較近的F45、F51、F50和F49等測(cè)點(diǎn)，沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和沉降速率數(shù)據(jù)均大幅度減小，建筑物沉降趨向穩(wěn)定。

經(jīng)分析，這階段K4+010～K4+030段的基坑已開挖到底，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定，減少了對(duì)環(huán)境的影響;同時(shí)，施工方對(duì)告警鄰近建筑采用旋噴樁加固，加固措施明顯發(fā)揮其效應(yīng)，沉降處于穩(wěn)定。

4鄰近建筑物保護(hù)措施的運(yùn)用

4.1基坑鄰近建筑物的保護(hù)方法

基坑開挖中，為確保鄰近房屋建筑和管線設(shè)施安全，可采用工程措施保護(hù)法，該方法是根據(jù)偏安全的沉降估算或根據(jù)變形監(jiān)測(cè)，采用工程措施預(yù)防鄰近設(shè)施發(fā)生變形或沉降破壞的方法。主要措施有地基注漿加固、基礎(chǔ)托換、基礎(chǔ)加固、隔斷法和結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)等。

4.2旋噴樁保護(hù)方案

本工程在加速沉降階段，對(duì)鄰近建筑沿房屋基礎(chǔ)外側(cè)施作單管旋噴樁隔離墻保護(hù)，旋噴樁采用單管高壓旋噴法施工，樁直徑為60cm，長度為6m，孔間距為50 cm，布單排孔。

4.3效果及評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，采用旋噴樁加固后，11^#、12^#樓各測(cè)點(diǎn)沉降速率趨于減緩，差異沉降也趨于穩(wěn)定，最大差異沉降值約8 mm，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。同時(shí)，經(jīng)排查，相鄰建筑物均未產(chǎn)生新裂縫，原有結(jié)構(gòu)裂縫未出現(xiàn)加劇。因此，采用旋噴樁隔離墻可有效減少基坑鄰近建筑物的沉降。

5結(jié)語

本項(xiàng)目深基坑施工過程中，鄰近建筑物呈現(xiàn)出均勻沉降、差異沉降、加速沉降和沉降穩(wěn)定等4個(gè)階段特征。經(jīng)分析，基坑土方開挖引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形以及降低地下水位所造成的地表沉降和不均勻沉降，是基坑工程環(huán)境效應(yīng)的主要原因。在城市密集區(qū)組織基坑工程施工，要做到：（1）基坑周邊環(huán)境全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這是及時(shí)做好沉降預(yù)警的前提;（2）對(duì)基坑降水的標(biāo)高、土方開挖的速度、止水帷幕的密閉性和支撐體系的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制，這是確保鄰近建筑安全的關(guān)鍵;（3）采用旋噴樁隔離墻等主動(dòng)保護(hù)措施，這是有效預(yù)防或減少鄰近建筑物變形破壞的保證。