深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素分析及防治措施

葉盛

(招商局地產(chǎn)控股股份有限公司,上海市 200041)

深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素分析及防治措施

葉盛

(招商局地產(chǎn)控股股份有限公司,上海市 200041)

深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素眾多,除了基坑場(chǎng)地的土層地質(zhì)情況等自然因素外,還有施工的工序工況、施工質(zhì)量等人為因素,為保證施工時(shí)周邊環(huán)境的安全,需對(duì)這些影響因素進(jìn)行深入的分析,找出深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境影響的內(nèi)在聯(lián)系,并在施工過(guò)程中,采取一定的防治措施,以保證深基坑施工時(shí)周邊環(huán)境的安全,將施工對(duì)周邊環(huán)境的影響降到最低。

深基坑施工;影響因素;防治措施

0　引言

近些年來(lái),隨著城市的迅速發(fā)展,為提高城市土地的利用率,深基坑工程逐漸增多,且規(guī)模和深度也越來(lái)越大。深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生的問(wèn)題也越發(fā)頻繁和嚴(yán)重,例如:周邊道路開(kāi)裂,周邊構(gòu)建筑物產(chǎn)生裂縫或沉降,管線破壞等。本文主要分析了深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素,并提出了一定的防治措施。

1　深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素［1-3］

1.1基坑圍護(hù)成樁質(zhì)量的影響

圍護(hù)樁的成樁質(zhì)量關(guān)系著深基坑工程的成功與否。尤其是在上海這種高水位軟土地區(qū),圍護(hù)體系引起的側(cè)向變形往往引起周邊環(huán)境大范圍的沉降,所以圍護(hù)樁的成樁質(zhì)量是深基坑安全的前提與保障。

以鉆孔樁、地墻等板式支護(hù)為例,目前成樁施工中普遍存在有以下問(wèn)題:(1)鋼筋籠保護(hù)層不到位導(dǎo)致露筋;(2)鋼筋籠強(qiáng)行塞入槽中導(dǎo)致散籠;(3)不按照地層特點(diǎn)進(jìn)行泥漿配比試驗(yàn)導(dǎo)致大范圍塌孔;(4)沉槽后清孔不達(dá)標(biāo),沉淤厚度較大引起樁身沉降進(jìn)而引起地面沉降;(5)排樁間間距過(guò)大導(dǎo)致單樁受荷大,變形增大;(6)圍護(hù)樁樁身垂直度差影響相鄰樁樁位等。這些問(wèn)題都會(huì)影響樁身強(qiáng)度及承載力,在基坑開(kāi)挖時(shí),圍護(hù)樁的位移變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)計(jì)算值,嚴(yán)重時(shí),由于圍護(hù)樁樁身強(qiáng)度的不足,可能會(huì)導(dǎo)致斷樁的危險(xiǎn)情況發(fā)展,嚴(yán)重危害著深基坑的安全。

圖1為在某基坑工程中,由于施工單位未對(duì)相應(yīng)地層進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)泥漿配比試驗(yàn),導(dǎo)致地墻在開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)大量的滲漏點(diǎn),露筋現(xiàn)象嚴(yán)重,地墻位移最大處達(dá)到108.50 mm,周邊建筑物沉降最大處達(dá)到-85.94 mm,煤氣管線最大處為-141.86 mm, 12孔低壓電纜已經(jīng)局部下沉50 cm。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的缺陷使基坑自身安全及周邊環(huán)境的安全受到了威脅。

圖1　某地墻圍護(hù)工程露筋圖

1.2基坑止水帷幕閉合效果的影響

在高水位軟土地區(qū),封閉效果良好的止水帷幕能夠很好的防止基坑外地下水的滲入,防止水土流失造成地面沉降。而止水帷幕在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工時(shí),會(huì)受到各種因素的影響,例如:(1)環(huán)境條件制約導(dǎo)致局部搭接效果差;(2)土層中有較厚含砂層,止水帷幕在該層施工時(shí)未進(jìn)行有效攪拌導(dǎo)致均勻性較差;(3)機(jī)械垂直度差導(dǎo)致止水帷幕開(kāi)叉; (4)水泥摻量不足等。在基坑開(kāi)挖時(shí),止水帷幕未形成有效閉合,或產(chǎn)生薄弱區(qū)域?qū)е滤亮魇?將會(huì)大大影響基坑周邊環(huán)境,造成地面沉降、房屋傾斜開(kāi)裂等不利影響,見(jiàn)圖2。

圖2　某工程滲漏導(dǎo)致地面開(kāi)裂

1.3基坑開(kāi)挖方式的影響

大型深基坑在開(kāi)挖時(shí)盡量利用“時(shí)空效應(yīng)”,分層、分塊開(kāi)挖,盡量減少無(wú)支撐暴露時(shí)間?；娱_(kāi)挖面積較大的工程,一般根據(jù)周邊環(huán)境,支撐形式等因素,采用島式開(kāi)挖、盆式開(kāi)挖或抽條開(kāi)挖的方式。

但由于施工單位為保證工期,往往盡量壓縮基坑施工的時(shí)間,進(jìn)而加快土方開(kāi)挖速度,不遵循“先撐后挖、限時(shí)支撐、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則,以自身施工便利為前提進(jìn)行大開(kāi)挖,不顧后續(xù)工序能否有效搭接。這就導(dǎo)致基坑大范圍卸荷后,圍護(hù)體系未得到及時(shí)、有效的支撐,使圍護(hù)墻位移逐漸增大,引起周邊地面沉降及開(kāi)裂。

1.4基坑支撐制作方式的影響

基坑板式支護(hù)一般與水平支撐相結(jié)合,水平支撐一般采用混凝土支撐,在長(zhǎng)條形基坑中也采用鋼支撐。

然而支撐的制作效果也大大影響了基坑的變形乃至基坑的整體安全性。對(duì)于混凝土支撐,一般直接采用砼墊層作為底模,然而在支撐制作時(shí),往往伴隨著基坑降水施工,導(dǎo)致混凝土支撐在養(yǎng)護(hù)階段由于降水引起的土體沉降而造成混凝土支撐豎向撓度過(guò)大,從而影響基坑整體受力。此外,支撐施工中,支撐兩端點(diǎn)的標(biāo)高差及水平誤差也對(duì)基坑的變形有著較大的影響。鋼支撐系統(tǒng)中鋼圍檁的焊接、鋼結(jié)構(gòu)的安裝、預(yù)應(yīng)力的施加也有著關(guān)鍵性的影響。這些因素在某些情況下甚至能影響基坑的整體安全。在某基坑項(xiàng)目中,由于基坑鋼圍檁焊接質(zhì)量差,導(dǎo)致鋼支撐失穩(wěn),將上層的混凝土支撐也全部拉裂,造成路面塌陷,后期全部回填,見(jiàn)圖3、圖4。

圖3　某工程鋼圍檁接頭

圖4　某工程因支撐斷裂基坑回填

1.5基坑降水、土體性能影響

若基坑開(kāi)挖時(shí),基坑內(nèi)的降水未達(dá)到要求,則場(chǎng)地內(nèi)的大量積水和地下水的滲流會(huì)影響工程施工,在坑底和圍護(hù)壁長(zhǎng)期處于地下水淹沒(méi)的狀態(tài)下,土體強(qiáng)度降低,基坑的安全和穩(wěn)定受到威脅。因此,基坑開(kāi)挖過(guò)程中宜采用基坑降水措施?；咏邓畱?yīng)根據(jù)場(chǎng)地的水文地質(zhì)條件、開(kāi)挖面積、開(kāi)挖深度、各土層的滲透性等,選擇合理的降水井類(lèi)型、設(shè)備和方法。在深基坑施工時(shí),由于場(chǎng)地地質(zhì)與水文條件的復(fù)雜性,以及基坑開(kāi)挖規(guī)模和深度的不斷增加,對(duì)基坑降水的要求也越來(lái)越高,目前因降水不當(dāng)造成的工程事故仍時(shí)有發(fā)生,需要我們提高警惕,保證深基坑施工的降水質(zhì)量。

場(chǎng)地的土層地質(zhì)條件主要反映了土體的本身力學(xué)性質(zhì),以上海等軟土地區(qū)為例,土層主要為流塑狀態(tài),物理性質(zhì)較差,嚴(yán)重影響了基坑圍護(hù)工程的安全,需要采用降水、土體加固等措施使軟弱土固結(jié)或提高土層的性質(zhì),見(jiàn)圖5。

圖5　某工程現(xiàn)場(chǎng)降水效果圖

1.6基坑拆撐方式、次序影響

目前鋼筋混凝土支撐的拆除方式一般有靜壓切割、機(jī)械切割、靜態(tài)膨脹劑拆除法和爆破拆除法。在周邊環(huán)境較為復(fù)雜的地區(qū),應(yīng)優(yōu)先考慮采用靜壓切割的方式。采用機(jī)械切割時(shí),應(yīng)先用鉆孔機(jī)械切斷部分支撐,減少機(jī)械振動(dòng)的傳遞路徑,避免擾動(dòng)周邊土體,減小地面沉降。

2　防治措施

2.1嚴(yán)控圍護(hù)體系施工質(zhì)量

圍護(hù)墻的施工可能會(huì)涉及到打樁、鉆孔、槽段開(kāi)挖及水泥土攪拌。打樁會(huì)引起振動(dòng)及擠土效應(yīng);鉆孔或槽段開(kāi)挖導(dǎo)致土體中的應(yīng)力釋放而引起周?chē)馏w變形,水泥土攪拌則可能產(chǎn)生擠土效應(yīng)。因此,針對(duì)不同圍護(hù)墻的施工,應(yīng)采取相應(yīng)的措施,例如控制施工速度,優(yōu)化施工流程等措施,來(lái)降低圍護(hù)墻施工對(duì)周邊環(huán)境的影響。在施工過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格控制圍護(hù)墻的質(zhì)量,以鉆孔灌注樁為例,在鉆孔過(guò)程中,應(yīng)保證垂直度,對(duì)于存在粉性土、砂性土的地塊,可采用套打、提高泥漿相對(duì)密度、采用優(yōu)質(zhì)泥漿護(hù)壁等措施提高灌注樁成孔質(zhì)量、控制孔壁坍塌、防止出現(xiàn)露筋等施工缺陷;在放置鋼筋籠前,應(yīng)滿足清孔要求,防止沉淤過(guò)大,在安放鋼筋籠時(shí),應(yīng)保證鋼筋籠的整體性要求,防止散籠或使鋼筋籠產(chǎn)生較大擾度;當(dāng)圍護(hù)墻完成后,應(yīng)進(jìn)行墻身質(zhì)量檢測(cè),達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,方可進(jìn)行基坑的土方開(kāi)挖。

止水帷幕施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制施工精度,確保止水帷幕的垂直度,保證止水帷幕的有效搭接和閉合。在不良地質(zhì)區(qū)域,施工應(yīng)提高水泥的摻量,確保止水帷幕的抗?jié)B質(zhì)量。

2.2合理安排土方開(kāi)挖及后續(xù)工序的搭接

深基坑的開(kāi)挖應(yīng)盡量利用“時(shí)空效應(yīng)”,分層、分塊開(kāi)挖,盡量減少無(wú)支撐暴露時(shí)間。在實(shí)際的施工過(guò)程中,應(yīng)根據(jù)周邊的環(huán)境條件、支撐形式和場(chǎng)內(nèi)條件等因素,嚴(yán)格控制坑外地表超載,合理確定基坑開(kāi)挖的分區(qū)及順序。開(kāi)挖至基底后,應(yīng)及時(shí)澆筑墊層,防止土體流變,并結(jié)合開(kāi)挖方式及時(shí)形成基礎(chǔ)底板。

2.3加強(qiáng)支撐制作質(zhì)量的管控

無(wú)論何種支撐,其總體施工原則都是相同的,必須遵循“先撐后挖、限時(shí)支撐、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行施工。在實(shí)際施工支撐時(shí),要嚴(yán)格把控支撐的施工質(zhì)量。

對(duì)混凝土支撐,在制作前,應(yīng)仔細(xì)完成支撐的測(cè)量和定位工作,防止出現(xiàn)因標(biāo)高及水平誤差而導(dǎo)致的基坑變形;支撐鋼筋的連接及綁扎應(yīng)達(dá)到規(guī)范要求,尤其是支撐節(jié)點(diǎn)位置的鋼筋,應(yīng)保證錨入長(zhǎng)度;支模時(shí),保證模板的平直,拼縫無(wú)明顯痕跡,以防止?jié)仓炷習(xí)r產(chǎn)生漏漿;支撐混凝土澆筑完成后,應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)工作。

對(duì)鋼支撐,要保證鋼支撐的安裝和焊接達(dá)到設(shè)計(jì)要求,安裝時(shí)應(yīng)盡量減小誤差,焊接時(shí)要保證焊接質(zhì)量及焊縫長(zhǎng)度,防止鋼支撐出現(xiàn)失穩(wěn)事故;一般鋼支撐會(huì)施加一定的預(yù)應(yīng)力來(lái)控制基坑位移,而在實(shí)際工程中,預(yù)應(yīng)力往往容易損失,因此在鋼支撐安裝時(shí),應(yīng)保證預(yù)應(yīng)力的準(zhǔn)確施加;基坑開(kāi)挖時(shí),應(yīng)加強(qiáng)對(duì)鋼支撐的監(jiān)測(cè),若預(yù)應(yīng)力損失過(guò)大,應(yīng)采取有效措施對(duì)鋼支撐進(jìn)行預(yù)應(yīng)力復(fù)加,以控制基坑位移。

2.4保證基坑的降水效果,增強(qiáng)土體物理力學(xué)指標(biāo)

基坑降水主要為了防止基坑內(nèi)的大量積水影響圍護(hù)墻的安全。由于水文地質(zhì)參數(shù)時(shí)反映含水層或透水水文地質(zhì)性能的指標(biāo),在基坑降水前,宜進(jìn)行抽水試驗(yàn),結(jié)合基坑的挖深確定降水方式。當(dāng)基坑周?chē)嬖谛璞Ｗo(hù)的構(gòu)(建)筑物或地下管線且基坑外地下水位降幅較大時(shí),基坑周邊土體會(huì)發(fā)生沉降變形,可在基坑外設(shè)置回灌井?；咏邓环矫嬉ＷC基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行,另一方面又要防范對(duì)周邊環(huán)境的不利影響;因此,施工單位需加強(qiáng)監(jiān)測(cè),在保證深基坑施工的降水質(zhì)量的同時(shí),控制好周邊的沉降變形。

對(duì)于流塑狀態(tài)、物理指標(biāo)較差的場(chǎng)地,可通過(guò)對(duì)軟弱地基摻入一定量的固化劑或使土體固結(jié),以提高地基土的力學(xué)性能,能有效減少土體壓縮和地基變形及圍護(hù)墻向坑內(nèi)的位移,減少基坑開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的不利影響。

2.5根據(jù)環(huán)境要求選用合適的拆撐方式

支撐拆除前,應(yīng)確?；訐Q撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度,支撐桿件和圍檁(壓頂梁)連接的區(qū)域應(yīng)先斷開(kāi),以減小機(jī)械振動(dòng)對(duì)基坑的影響。支撐拆除的順序應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)支撐的實(shí)際布置情況,結(jié)合設(shè)計(jì)要求,先拆除次要桿件,再拆除主要桿件的順序進(jìn)行拆撐,減小基坑圍護(hù)墻位移。在拆除支撐的過(guò)程中,應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè),如遇圍護(hù)墻位移過(guò)大等情況,應(yīng)及時(shí)告知設(shè)計(jì)與監(jiān)理,分析原因并提出妥善的解決辦法。

3　工程概況

以某地兩相鄰基坑為例,甲、乙兩基坑土層及水文地質(zhì)相似、挖深相近,且采用同樣的圍護(hù)形式,但兩基坑的圍護(hù)墻體位移及周邊管線沉降位移相差較大,可作為工程案例進(jìn)行比較分析。其中甲基坑面積約為23 500 m2,基坑總延長(zhǎng)米約為04 m,基坑開(kāi)挖深度9.65～10.25 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕?；迂Q向設(shè)置兩道鋼筋混凝土水平支撐,采用對(duì)撐+角撐+邊桁架的布置形式。乙基坑面積約為18 000 m2,基坑總延長(zhǎng)米約為560 m,基坑開(kāi)挖深度9.15～9.85 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)也采用鉆孔樁結(jié)合三軸攪拌樁止水帷幕?；迂Q向設(shè)置兩道鋼筋混凝土水平支撐,采用對(duì)撐+角撐+邊桁架的布置形式。甲、乙兩基坑相鄰,距離48 m。

實(shí)際施工時(shí),乙基坑先施工,由于開(kāi)挖方式、速度控制較好,施工質(zhì)量較好,最終基坑位移變形控制良好,對(duì)四周環(huán)境保護(hù)較好。甲基坑在乙基坑完成土建施工后開(kāi)始施工,在實(shí)際施工過(guò)程中,圍護(hù)墻出現(xiàn)露筋現(xiàn)象,降水質(zhì)量較差,為保證工期,土方開(kāi)挖較快。同時(shí),土方開(kāi)挖時(shí),棧橋堆載控制不利,導(dǎo)致甲基坑位移控制不利,對(duì)周邊環(huán)境影響較大。甲、乙兩基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖6～圖9。

圖6　甲基坑周邊地下管線沉降曲線圖

圖7　乙基坑周邊地下管線沉降曲線圖

圖8　甲基坑圍護(hù)墻測(cè)斜及土體測(cè)斜曲線圖

圖9　乙基坑圍護(hù)墻測(cè)斜及土體測(cè)斜曲線圖

4　結(jié)語(yǔ)

基坑圍護(hù)工程是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的過(guò)程。隨著基坑工程的規(guī)模及深度的加大,深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響也逐漸加劇。因此,了解深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素是十分重要的。深基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響因素有許多。它與工程場(chǎng)地的土質(zhì)條件、水文條件密切相關(guān),也與施工的順序、速度以及施工質(zhì)量密不可分。本文通過(guò)對(duì)兩個(gè)相鄰、同等規(guī)模和挖深的基坑工程進(jìn)行比較,結(jié)合兩基坑的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),得出以下結(jié)論:

(1)深基坑施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,避免圍護(hù)墻偏差和露筋等成樁質(zhì)量問(wèn)題,止水帷幕需保證垂直度和搭接質(zhì)量,防止基坑滲水。有內(nèi)支撐的基坑需加強(qiáng)支撐質(zhì)量管控,防止出現(xiàn)誤差導(dǎo)致支撐擾度過(guò)大。

(2)深基坑施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的工況進(jìn)行,在開(kāi)挖土方時(shí)需尤其注意,不得超挖,開(kāi)挖時(shí)需控制速度,防止開(kāi)挖過(guò)快導(dǎo)致圍護(hù)墻變形過(guò)大,影響周邊環(huán)境。

(3)深基坑降水一方面要保證基坑開(kāi)挖的順利進(jìn)行,另一方面又要防范對(duì)周邊環(huán)境的不利影響;因此,施工單位需加強(qiáng)監(jiān)測(cè),在保證深基坑施工的降水質(zhì)量的同時(shí),控制好周邊的沉降變形。對(duì)于土層主要為流塑狀態(tài),物理性質(zhì)較差的基坑場(chǎng)地,需要采用降水、土體加固等措施使軟弱土固結(jié)或提高土層的性質(zhì)。

(4)深基坑施工時(shí)需加強(qiáng)監(jiān)測(cè),若在開(kāi)挖過(guò)程中,基坑產(chǎn)生較大位移或支撐軸力達(dá)到報(bào)警值,需及時(shí)分析原因并采取相應(yīng)措施,加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。

「1] 劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)「M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

「2] 黃順元.深基坑支護(hù)工程的影響因素及防治措施「J].西部探礦工程，2009(3):42-45.

「3] 閆周福.軟土地區(qū)深基坑開(kāi)挖對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)及其周邊環(huán)境影響的研究「D].重慶:重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，2009.

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1009-7716(2015)12-0122-04

2015-08-14

葉盛(1983-),男,江蘇常州人,工程師,從事房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)管理工作。