高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境的影響研究

周 笑,彭 陽

(成都醫(yī)學(xué)院基建工程處,四川成都 610084)

據(jù)統(tǒng)計(jì),從高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境影響的眾多因素來看,工程樁和基坑工程的施工是兩個(gè)主要因素。因此,本文將從樁基礎(chǔ)和基坑工程施工兩方面來討論城市高層建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境的影響,并就這些問題提出相應(yīng)的防治措施。

1 樁基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境的影響

由于城市高層建筑結(jié)構(gòu)自身載荷較大,對地基處理的要求較高。因此,在建筑密集地區(qū),高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)形式多采用樁基礎(chǔ)或樁和其他基礎(chǔ)形式組成的復(fù)合基礎(chǔ)。但由于施工工藝和方法的原因,樁基礎(chǔ)施工往往會對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的影響,比如在施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)、擠土效應(yīng)等。

1.1 振動(dòng)的影響

目前,樁基礎(chǔ)的形式多種多樣,施工方法也不盡相同。有些樁基礎(chǔ)施工對周圍環(huán)境影響較大,如在夯錘擊樁的施工中,打樁振動(dòng)容易造成附近建筑物墻體、地面等出現(xiàn)裂縫;鉆孔灌注樁雖可以避免上述不良影響,但當(dāng)樁穿過砂層時(shí),若未能及時(shí)用泥漿護(hù)孔,則會造成涌砂、塌孔等,對周圍已有建筑物構(gòu)成威脅。

因此,在城市建筑密集區(qū),對樁基礎(chǔ)施工方法進(jìn)行選擇時(shí),應(yīng)盡量避免采用振動(dòng)或捶擊式樁基礎(chǔ)。

1.2 擠土效應(yīng)

擠土效應(yīng)是指樁入土?xí)r擠開相應(yīng)體積的土體,在樁周土體中產(chǎn)生較高的超孔隙水壓力。經(jīng)擾動(dòng)的土體極易蠕動(dòng),表現(xiàn)為地表、淺層和深層土體發(fā)生豎向和水平位移。大量的土體位移會導(dǎo)致鄰近建筑物基礎(chǔ)的上抬、結(jié)構(gòu)的變形、地坪和墻面的開裂,損壞地下管線和設(shè)施等一系列問題。主要的處理方法有:

(1)合理設(shè)計(jì)打樁的順序,打樁順序在很大程度上決定了擠土效應(yīng)的大小。在場地一側(cè)有鄰近建筑物時(shí),應(yīng)背離建筑物由近向遠(yuǎn)處打樁;在場地空曠的條件下,應(yīng)按先中央后周圍,由里及外的順序打樁;區(qū)域大時(shí),采用跳打可使鄰近建筑物變形趨于均衡,減少差異變形,防止或減少建筑物的傾斜;區(qū)域小時(shí),采用間隔打樁,可減少土體側(cè)向擠壓力。

(2)設(shè)置垂直排水通道,可加快超孔隙水壓力的消散,減少擠土現(xiàn)象。

(3)預(yù)鉆孔打樁及開挖防擠溝,其目的是進(jìn)一步隔斷打樁引起的擠土壓力及超孔隙水壓的傳遞途徑和減少淺層土的積壓,從而可以起到減少對鄰近淺埋管線和基礎(chǔ)的影響。

2 基坑施工對周圍環(huán)境的影響

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響

2.1.1 支護(hù)樁施工產(chǎn)生的影響

為了滿足基坑開挖的穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)常采用排樁(墻)支護(hù)工程:包括灌注樁、預(yù)制樁、板樁等類型。其中很多屬于擠土樁或部分?jǐn)D土樁,施工時(shí)應(yīng)采取 1.2節(jié)中的措施,以減小對周圍環(huán)境的影響。

2.1.2 在軟土和砂土地區(qū)施工人工挖孔樁產(chǎn)生的影響

在軟土、砂土地區(qū)或地下水位以下,采用人工挖孔樁時(shí),因挖孔不當(dāng)容易造成涌砂、塌孔和土體擠入等問題,后果比較嚴(yán)重,在城市密集區(qū)不宜采用該樁型。在某些工程中,雖然場區(qū)內(nèi)土層為軟土、砂土或夾有軟土、砂性土層,但由于種種原因,施工人工挖孔樁失敗的例子仍然很多。如沒有采取有效措施,則在施工中可能產(chǎn)生管涌、流砂、軟土塑性擠出等現(xiàn)象,引起外圍大面積塌陷,造成周圍建筑嚴(yán)重?fù)p壞。

2.1.3 壓密注漿引起地面隆起和沉降

壓密注漿施工對環(huán)境的影響與注漿壓力、漿液的凝固時(shí)間、漿液的稠度等因素有關(guān)。如果注漿壓力過大,漿液凝固時(shí)間短、稠度大,地面可能產(chǎn)生一定量的抬升;如果注漿壓力過大,漿液凝固時(shí)間長、稠度稀,則可能先是產(chǎn)生地面抬起,接著由于壓力消散,而土體受擾動(dòng)強(qiáng)度下降,地面因而產(chǎn)生沉降。這樣會對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

2.1.4 其他影響

在支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí),還會對周圍環(huán)境產(chǎn)生其他一些影響。如土層錨桿施工可能占用規(guī)劃紅線以外的地下空間,并影響后續(xù)工程的施工。

2.2 基坑降水對周圍環(huán)境的影響

基坑工程開挖絕大多數(shù)情況都需要進(jìn)行人工降低地下水。但是,基坑工程降水使外圍地下水水頭下降,土體產(chǎn)生固結(jié),有效應(yīng)力增加,引起地面沉降,使鄰近建筑物產(chǎn)生不均勻沉降。這也是對地下水處理時(shí),采用降排法較之阻擋法的最大缺陷。

因此,配合基坑支護(hù)進(jìn)行降水設(shè)計(jì)和施工時(shí),必須高度重視降水對鄰近建筑物的影響,把不均勻沉降限制在允許的范圍內(nèi),以確保基坑及周圍建筑物的安全。

2.3 基坑開挖引起支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形

合理的基坑開挖方案,必須將變形值控制在安全的范圍之內(nèi),以保證基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全,從而避免周圍環(huán)境受到較大影響?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)的變形值與地質(zhì)條件、基坑開挖深度、周邊荷載條件、暴露時(shí)間長短、支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型及剛度等因素有關(guān)。土質(zhì)條件差,開挖深度大,周邊荷載大,暴露時(shí)間長,支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度小,則變形值大,反之,則變形值小。

不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)有不同的變形特性,了解支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形特征,有助于估計(jì)基坑變形的范圍。

(1)在基坑開挖深度不大,或土質(zhì)條件較好,場區(qū)較為開闊時(shí),可采用放坡開挖。因?yàn)橹苓叚h(huán)境條件好,通常允許存在一定的位移值,位移值的變化幅度也較大,通常達(dá)到幾厘米到幾十厘米。

(2)土釘墻作為一種柔性支護(hù)結(jié)構(gòu),通常也會產(chǎn)生一定量的變形,減小其變形的方法有:增強(qiáng)豎向支護(hù)結(jié)構(gòu);對坑外土體加固;土釘加長和加密。

(3)懸臂式支護(hù)結(jié)構(gòu)對開挖深度很敏感,容易產(chǎn)生較大的變形,對鄰近建筑物產(chǎn)生不良影響,適用于土質(zhì)較好、開挖較淺的基坑。

(4)排樁(地下連續(xù)墻)結(jié)合錨(撐)結(jié)構(gòu)的變形主要由支撐的壓縮變形(或錨桿的拉伸)、排樁(地下連續(xù)墻)的撓曲變形、坑底支護(hù)結(jié)構(gòu)的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)以及圍檁的撓曲變形組成。由于支撐(錨桿)的變形,排樁、圍檁的撓曲變形都以彈性變形為主,變形值相對較小,坑底處的位移和轉(zhuǎn)角則主要與坑底土的性質(zhì)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的入土深度等幾個(gè)因素有關(guān)。因此,只要控制住踢腳變形,支護(hù)結(jié)構(gòu)變形值一般較小。在城市環(huán)境的復(fù)雜條件下,開挖基坑或深基坑一般采用這種支護(hù)形式。

2.4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)對環(huán)境的影響

根據(jù)已有的基坑工程經(jīng)驗(yàn),如下設(shè)計(jì)和施工中的不當(dāng),常導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)、引起地層的沉陷和水平移動(dòng),并造成基坑周圍的地下管網(wǎng)出現(xiàn)破壞。如煤氣管道泄漏極易造成爆炸、中毒惡性事故;而水管斷裂,則使大量壓力水沖向支護(hù)結(jié)構(gòu),加速支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞。造成支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要原因有:

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度不夠,側(cè)向變形過大;

(2)土層錨桿失效,使支護(hù)變形過大;

(3)樁的入土深度不夠或基坑附近堆載過大,而導(dǎo)致土體沿某一滑面整體滑移破壞;

(4)懸臂結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移過大,導(dǎo)致?lián)跬两Y(jié)構(gòu)的剪應(yīng)力過大而開裂,產(chǎn)生斜向裂縫;

(5)在軟土地區(qū)擋墻插入坑底深度不夠,大量泥砂繞過擋墻的下端涌入基坑,引起基坑失穩(wěn);

(6)基坑底部的隆起過大,使基坑整體失穩(wěn)。

2.5 止水帷幕失效引起的環(huán)境問題

基坑開挖通常要設(shè)置止水帷幕?；映樗鸬耐辽皳p失以及砂土通過支護(hù)結(jié)構(gòu)擠出,都可能造成基坑外側(cè)地面沉降,而引起砂土的損失,其主要原因之一就是由于止水帷幕滲水。支護(hù)結(jié)構(gòu)本身引起支擋作用又起止水帷幕作用,對于滲透性很小的基坑,還需要設(shè)置閉合的止水帷幕(水平向止水帷幕和豎向止水帷幕)。但由于基坑的止水帷幕本身存在缺陷,如深攪樁搭接不嚴(yán)、地下連續(xù)墻接縫不吻合以及由于場地的水文工程地質(zhì)條件不好,或由于基坑開挖深度大,周圍的動(dòng)水壓力和土壓力相對增長,使得擋土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移,從而帶動(dòng)止水帷幕的撓曲或側(cè)移,加之止水帷幕大多為剛性結(jié)構(gòu),抵抗變形的能力較弱,在撓曲和側(cè)移時(shí)易開裂,使得在地下水壓力作用下,止水帷幕產(chǎn)生滲漏。當(dāng)止水帷幕出現(xiàn)滲漏時(shí),往往來勢猛并突發(fā)性地大量漏水漏砂,造成邊坡失穩(wěn)、坍塌、倒樁、附近建筑物和路面急劇沉陷等。

2.6 基坑工程施工的對策

為保護(hù)鄰近建筑物和市政設(shè)施的安全,需要做好下述工作。

(1)詳細(xì)了解鄰近建筑物和地下管網(wǎng)的分布情況、基礎(chǔ)類型、埋深、管線材料、接頭情況等,并分析確定其變形允許值。

(2)根據(jù)鄰近建筑物和地下管網(wǎng)的允許值。采用合理的基坑工程支護(hù)體系,并對基坑開挖造成的周圍地表沉降情況做出估計(jì)。判斷支護(hù)體系是否滿足保證鄰近建筑物和地下管網(wǎng)的安全要求,必要時(shí)需采取一定的工程措施。

(3)對基坑開挖過程進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測,測試項(xiàng)目主要有:地面和管線沉降、土體水平位移、地下水位、鄰近建筑物沉降及傾斜情況以及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力和變形等。通過監(jiān)測和分析,指導(dǎo)基坑工程進(jìn)展,實(shí)行信息化施工。

除上述措施外,采用逆作法和半逆作法施工也有利于減小基坑開挖造成的周圍地面沉降,減小對周圍環(huán)境的影響。

3 結(jié)束語

選用合適的施工機(jī)械和施工工藝可以減小施工噪音污染和環(huán)境衛(wèi)生污染。采用合理的施工順序和施工速度可以減小擠土樁和部分?jǐn)D土樁的擠土效應(yīng),必要時(shí)還可以通過在周圍采取鉆孔取土和設(shè)置防擠溝等措施,減小擠土效應(yīng)造成的不良影響。

由基坑土方開挖引起的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形以及降低地下水位造成地面產(chǎn)生沉降和不均勻沉降,導(dǎo)致對周圍建筑物及市政管網(wǎng)的影響是基坑工程對周圍環(huán)境影響的主要方面。基坑工程對周圍環(huán)境的影響是不可避免的,但應(yīng)減小其影響,并能采取合理的對策,以保證基坑施工過程中,鄰近建筑物及市政管網(wǎng)的安全和正常使用。

[1]杜云,郝慶華.深基坑工程現(xiàn)狀[J].焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2000(6):71-74

[2]王霄志.樁基礎(chǔ)施工對周邊建筑物的影響[J].廣東土木與建筑,2000,19(6):475-479