深基坑施工過程中地下水位下降對周邊環(huán)境的影響分析

■馮亮勇

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊廣東韶關(guān)512026）

深基坑施工過程中地下水位下降對周邊環(huán)境的影響分析

■馮亮勇

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三二隊廣東韶關(guān)512026）

本文基于深圳市靈星雨科技大廈基坑支護(hù)設(shè)計資料,為減輕在建工程基坑施工過程中引起地下水位下降對周邊環(huán)境的不利影響，防止引起周邊埋置管線遭到破壞或者建筑物發(fā)生不均勻沉降事故，必須對周邊環(huán)境進(jìn)行周密的勘察還要在深基坑開挖前對地下水位時候下降有嚴(yán)格的判斷，制定合理的地下水位勘測方案并有效地組織施工。本文對地下水位下降從而產(chǎn)生的影響做了嚴(yán)格的分析和研究，綜合性的闡述了產(chǎn)生一系列不良因素的原因。

深基坑施工 地下水位 周邊環(huán)境

1 引言

當(dāng)今社會，隨著我國建筑水平的不斷提高，我國城市建設(shè)的規(guī)模以及人口都有了迅速的增長。同時作為當(dāng)今社會建設(shè)的主要產(chǎn)物之一的高層建筑不僅在數(shù)量上越建越多，而且在高度上也越建越高，基坑的發(fā)展方向也是朝著大而深的方向發(fā)展，如果在基坑施工時將地下水位降低可以給施工人員提供干燥工作面，避免使地基面較潮濕，使基坑施工工作能在地下水位以上完成，這樣給施工人員提供了方便和有利的環(huán)境，從而提高了施工質(zhì)量。但降低地下水位也會造成一些不利影響，例如影響周邊建筑物和管線埋置，如果忽視了這一方面因素，就會造成嚴(yán)重的后果。

2 工程概況

深圳市靈星雨科技大廈建設(shè)場地位于深圳市光明新區(qū)，雙明大道南側(cè)，高新路西側(cè)，總用地面積約為8255m2,擬建1棟地上31層、地下3層、總建筑高度為130m的高新產(chǎn)業(yè)研發(fā)綜合建筑及相關(guān)配套設(shè)施等，總建筑面積為99425m2。擬建建筑設(shè)地下室三層，建筑基底面積為3715m2，負(fù)一層地下室底板標(biāo)高為7.00m，負(fù)二層地下室底板由此進(jìn)行地下室施工開挖將在場地四周形成深度約為13.40-13.80m的基坑（本次設(shè)計基坑深度均按13.60m考慮），基坑開挖形狀總體呈近似長方形狀，平面尺寸南北長約95-105m，東西寬約75-85m，總周長約362m。根據(jù)業(yè)主提供的勘察及現(xiàn)場資料，組成基坑側(cè)壁的土體主要為人工填土層、第四系沖洪積含砂粉質(zhì)黏土層和中砂層、第四系殘積砂質(zhì)粘性土層及震旦系片麻巖層等，土體物理力學(xué)性能較差，為確保擬建建筑物、道路以及基坑周邊建筑物的安全，基坑開挖和基礎(chǔ)施工時必須對地下水進(jìn)行處理。

根據(jù)業(yè)主提供的平面圖及現(xiàn)場資料，場地地下室邊線東側(cè)約9m及北側(cè)約38m為市政道路、其余四周均為空曠段。根據(jù)《深圳市靈星雨科技大廈工程地下管線探測技術(shù)報告》成果資料，場地東側(cè)及北側(cè)靠近市政道路地段均設(shè)有雨水、污水、給水、電力、電信及燃?xì)獾鹊叵鹿芫€（管線類型、埋深及管徑大小等詳見下表所示），故設(shè)計和施工時需考慮基坑開挖對場地周邊地下管線的影響，除此之外，場地其余周邊無重要及地下管線等設(shè)備。

表1 場地周邊地下管線埋藏情況表

由此可見，該地基施工工程在施工工程過程中，由于地基水位比較高，施工環(huán)境比較復(fù)雜，因此不具備放坡開挖的施工條件，在工程施工的過程中，采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)無法滿足該工程施工的需要。施工單位在工程施工的時候，還要考慮到施工工程對施工環(huán)境和市政設(shè)施的安全，所以在工程施工中，我們應(yīng)考慮地基水位對周邊環(huán)境的影響。

3 深基坑開挖產(chǎn)生的影響

3.1 地下水位下降

一般來說，深基坑土體開挖，造成地下水位下降在基坑周邊產(chǎn)生位移，并可能擴(kuò)展到地表面，影響地基反力的分布情況，基礎(chǔ)與地基之間的接觸面形式表現(xiàn)為“不緊密”或“脫開”的現(xiàn)象；為達(dá)到新的平衡，建筑物與基礎(chǔ)在上部荷載及自身荷載的共同作用下發(fā)生變形。它們的剛度強(qiáng)于地基剛度，由此帶來上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與土體變形不協(xié)調(diào)，并產(chǎn)生了沉降差。對鄰近環(huán)境有不良影響。

3.2 坑底土體隆起

當(dāng)基坑開挖深度較淺時，卸去部分荷載后會基坑底部會產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，從而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)被抬升起來，使基坑底部形成中間高，兩邊低的結(jié)構(gòu)，使得基坑兩側(cè)受到的橫向壓力較小支護(hù)結(jié)構(gòu)向兩側(cè)變形也較小。隨著基坑挖到較深處時，回彈后土體越來越多從而使基坑底部隆起也越來越明顯，基坑開挖較深使還會使坑底土體產(chǎn)生負(fù)孔隙水壓力，使得坑底土體較軟，吸水膨脹，加劇了基底的隆起，同時產(chǎn)生了較大區(qū)域的塑性區(qū)在基底四周，當(dāng)塑性區(qū)范圍達(dá)到一定程度時，最終會導(dǎo)致基坑失穩(wěn)。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體的變形

圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體變形會引起地層變形，這是由于沿著水平方向使基坑外圍土體的原始應(yīng)力發(fā)生了改變，而在挖除基坑內(nèi)的土體之后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體受到基坑外側(cè)主動土壓力的作用，坑底圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)則受到全部或部分被動土壓力作用，圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體因不平衡土壓力會產(chǎn)生豎向位置的改變和水平方向的形變，進(jìn)而又導(dǎo)致被動上壓力和主動土壓力區(qū)的土體形成位移，位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體外側(cè)的主動土壓力區(qū)的土體向坑內(nèi)側(cè)產(chǎn)生位移，導(dǎo)致背后土體水平剪力增大而應(yīng)力減小，出現(xiàn)塑性區(qū)，位于墻后的土體產(chǎn)生地層損失會導(dǎo)致地表的下沉；而在基坑開挖面以下的被動區(qū)土體則向坑內(nèi)位移，水平應(yīng)力進(jìn)一步增大致使坑底土體產(chǎn)生橫向擠壓和向上鼓包隆起，產(chǎn)生局部塑形區(qū)。

4 地下水位下降對周邊環(huán)境的損害影響

4.1 地下水位下降

基坑開挖后，由于坑壁側(cè)壁土被挖除的卸載作用，改變了原場地土體的平衡條件，無論是放坡開挖還是有圍護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)開挖，土體都將在新的力系作用下產(chǎn)生相應(yīng)的變形，最終達(dá)到新的平衡；而根據(jù)實際工程的需要，大部分基坑工程都要伴隨著降水的進(jìn)行，基坑降水后會改變周邊土層中的地下水位和應(yīng)力場，使土層會產(chǎn)生滲透固結(jié)和蠕變，導(dǎo)致基坑近鄰地表沉降和圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，從而影響鄰近建筑物和地下管線的正常使用甚至破壞。

4.2 基坑井點降水

基坑開挖時，地下水滲流較大，止水帷幕并不能完全阻隔地下水，使基坑內(nèi)外側(cè)都會滲入地下水。如果將地下水位降低后，基坑周圍土中的孔隙水壓力較小，從而減少了壓力水的滲入，通過對太沙基有效應(yīng)力原理分析來看，如果增加了土中的有效應(yīng)力，水力坡度也會增加，在總應(yīng)力不變的情況下，滲透壓力對土體顆粒產(chǎn)生擠密，從而被流水帶走，出現(xiàn)“流土”現(xiàn)象，使得圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻后的地層產(chǎn)生變形。如果采用基坑井點降水，會形成一道真空帷幕（負(fù)壓）在基坑周圍，使土體顆粒產(chǎn)生移動和擠壓朝著負(fù)壓方向，從而導(dǎo)致周圍地層的下降。但對于基坑底部整體來講，采用基坑降水具有良好的作用，使基坑底部土體的抗剪強(qiáng)度整體提高，最終提高了基坑的穩(wěn)定性。

4.3 地下水位在基礎(chǔ)底面以下變化

地下水位的下降不僅對鄰近建筑物有影響，還會造成地層變形。若地下水位僅僅是在基礎(chǔ)底面發(fā)生變化時，對結(jié)構(gòu)影響并不大，但是地下水位上升沒過基礎(chǔ)底面會浸濕和軟化地基土，增大了地基壓縮性，降低了地基承載力，如果地下水位均勻下降時，會增大地基土的有效應(yīng)力，基礎(chǔ)會產(chǎn)生較均勻的沉降；如果由于地基土層中存在各種因素到時地下水位不均勻下降時，基礎(chǔ)就會產(chǎn)生不均勻沉降，會導(dǎo)致建筑物外墻產(chǎn)生裂縫或使建筑物傾斜，嚴(yán)重時會開裂直至破壞。

5 防止降水引起沉降發(fā)生，減少破壞的措施

5.1 做好監(jiān)測工作

建議對靈星雨科技大廈進(jìn)行沉降變形和豎向變形的現(xiàn)場監(jiān)測，并及時掌握監(jiān)測變形結(jié)果，進(jìn)行及時的房屋安全性分析。確保能夠提供有效及時的觀察到地下環(huán)境的變化，并制定相應(yīng)的措施來預(yù)防險情的發(fā)生。

5.2 做好地下水回灌補(bǔ)給工作

項目建設(shè)單位應(yīng)抓緊時間進(jìn)行地下水回灌補(bǔ)給；同時必須加快組織基礎(chǔ)工程施工作業(yè)，基坑的長期暴露，將對地下水的相對平衡和穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，從而對周邊管線造成不利的影響。

6 結(jié)束語

本工程施工中遵循“動態(tài)法設(shè)計，信息化施工”的原則，根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)狀況、施工條件的變化，及時變更、調(diào)整施工方案，特別是影響周邊建筑設(shè)施的部位。做到實時的預(yù)測，以采用合理的降水形式和降水井布置等?；虿捎没毓嗑?、止水帷幕等減小基坑周圍土體總沉降和不均勻沉降，使降水對周圍環(huán)境影響做到最小。

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[3]付麗，李晶巖.基坑降水對周邊建筑物影響淺談 [J].2011

P66[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-395-2