某建筑物建設(shè)中的環(huán)境巖土效應(yīng)★

李 佳 徐 勁 李 飛

(1.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211816； 2.鹽城工學(xué)院土木工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

1 工程概況

南通鐘聯(lián)財(cái)富中心項(xiàng)目位于南通市崇川區(qū)，總建筑面積80 000 m2，其中地上面積48 000 m2；地下面積32 000 m2。擬采用筏板基礎(chǔ)或筏板加抗拔樁。工程基坑為地下2層，地下室埋深約為±0.00以下10.10 m。北側(cè)臨近南通鐘秀供電營(yíng)業(yè)廳約6.0 m，南側(cè)臨近中新一路約5.0 m。

2 工程地質(zhì)概況

根據(jù)勘探結(jié)果,在鉆孔深度45.45 m內(nèi)的地基土根據(jù)土的成因和物理力學(xué)性質(zhì)的差異，將本次開(kāi)挖層的土層分布自上而下分述如下：

①-1層素填土：灰色，表層為地坪、人工后期堆填和明溝(塘)回填物，下部為以粉土為主的素土。層厚0.50 m～2.80 m，層底標(biāo)高為0.35 m～3.58 m。

①-2層淤泥質(zhì)粘土：灰黑色。主要由淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)粘土、和浮泥組成，流塑。層厚0.30 m～1.80 m，層底標(biāo)高為-0.77 m～1.72 m。此層土主要分布于明(暗)溝(塘)底部。

②層粉質(zhì)粘土夾粉土：灰、灰黃色，含云母。粉質(zhì)粘土軟塑；中等密實(shí)，含云母碎片，局部夾粘性土，干強(qiáng)度低，韌性低，屬中壓縮性土層。層厚為0.40 m～2.70 m，層底標(biāo)高為-0.19 m～2.48 m。

③-1層粉土夾粉質(zhì)粘土：灰色，含云母。粉土稍密，可塑，無(wú)光澤，干強(qiáng)度和韌度較低；粉質(zhì)粘土軟塑，稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等。屬中壓縮性土層。層厚1.30 m～3.50 m，層底標(biāo)高為-2.04 m～0.38 m。此層土局部分布。

③-2層粉土夾粉砂：灰色，含云母。粉土中密，無(wú)光澤，干強(qiáng)度低；粉砂稍密～中密，飽和，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石。屬中壓縮性土層。層厚為0.60 m～4.10 m，層底標(biāo)高為-3.95 m～0.33 m。

3 水文地質(zhì)概況

3.1 淺部潛水

基坑地下水位于地下2.50 m，穩(wěn)定地下水位標(biāo)高為2.60 m。根據(jù)當(dāng)?shù)貧v年水文地質(zhì)資料，場(chǎng)地最高地下水位標(biāo)高約3.60 m，最高地下水位標(biāo)高約為3.40 m，最低地下水位標(biāo)高約為1.40 m，水位年變化幅度約為2.00 m。

3.2 承壓水

場(chǎng)地內(nèi)承壓水貯存于中部的粉砂夾砂質(zhì)粉土，主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給及越流補(bǔ)給。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，承壓水位水頭一般為-3.0 m左右，由于地下室挖深(約8.7 m)，該層承壓水對(duì)地下車(chē)庫(kù)施工影響一般，設(shè)計(jì)時(shí)需進(jìn)行承壓水突涌，基地土體隆起的計(jì)算與評(píng)價(jià)。

建筑場(chǎng)地現(xiàn)地面高程一般為3.80 m～4.20 m，工程建成后室外地坪高程約為5.15 m，因此本工程地下水抗浮設(shè)計(jì)水位可取建成后室外地坪以下50 cm。

4 建設(shè)施工過(guò)程中的環(huán)境效應(yīng)

基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土質(zhì)較差，開(kāi)挖過(guò)程中，土體將由原來(lái)的靜止土壓力狀態(tài)向被動(dòng)和主動(dòng)土壓力狀態(tài)轉(zhuǎn)變，基坑在開(kāi)挖過(guò)程中由于對(duì)土體的擾動(dòng)將導(dǎo)致土體原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變引起土體的變形，基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)將隨土體的變形而發(fā)生應(yīng)力和位移的改變，若其該變量超出警戒值，將造成基坑失穩(wěn)破壞甚至影響其周?chē)h(huán)境。

基坑周?chē)捎谟幸呀ńㄖ锘蛘叩缆?，產(chǎn)生的集中荷載和動(dòng)荷載，會(huì)引起地表水滲透加劇，繼而引起土體變形[1]。

基坑周邊存在著大量地表水，在施工過(guò)程中需對(duì)基坑降水，使土體有效應(yīng)力增加[2]，在基坑施工過(guò)程中大深度地降水，加之地表水的補(bǔ)給，由此產(chǎn)生動(dòng)水壓力，促使基坑土體有效應(yīng)力加大，產(chǎn)生土體主固結(jié)沉降[3-5]。

每當(dāng)出現(xiàn)被陳阿姨訓(xùn)的情況，小熊就會(huì)把熊老太太請(qǐng)出來(lái)。熊老太太扶著孫子，也不管周?chē)卸嗌傩『⒆涌粗?，舉起拐杖對(duì)著陳阿姨就是一通數(shù)落，聲音又急又脆。

以上幾個(gè)問(wèn)題主要涉及以下幾個(gè)方面評(píng)價(jià)。

4.1 地基基礎(chǔ)方案分析與評(píng)價(jià)

1)天然地基基礎(chǔ)方案。

本工程擬采用筏板基礎(chǔ)或筏板加抗拔樁，選用天然地基方案，基底標(biāo)高和持力層的選擇見(jiàn)表1。

表1 基底標(biāo)高和持力層的選擇

2)鉆孔灌注樁基礎(chǔ)方案。

本工程采用粉砂與粉質(zhì)粘土互層作鉆孔灌注樁的樁端持力層，單樁承載力估算根據(jù):

QUK=QSK+QPK=u∑qsikli+qPKAP進(jìn)行估算，在樁徑700 mm的情況下，23 m的鉆孔灌注樁單根豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值為3 096 kN，單根豎向極限承載力建議值為3 000 kN。

鉆孔灌注樁成樁容易，無(wú)噪聲污染，因此本工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是可行的，如采用灌注樁，由于場(chǎng)地內(nèi)存在較多砂性土層，施工過(guò)程中有時(shí)可能產(chǎn)生縮孔及孔壁坍塌現(xiàn)象，因此需采用具有合適比重、粘滯度、沉淀量、造膜性的護(hù)壁泥漿，鉆孔成孔后，還需根據(jù)孔底沉渣的性質(zhì)采用合適的沉渣處理方法，并在沉渣處理結(jié)束后檢查處理效果，以確保施工質(zhì)量。

3)抗拔樁樁基礎(chǔ)方案。

4)基坑抗突涌驗(yàn)算。

本工程淺層地下水為孔隙潛水。基坑范圍內(nèi)土層滲透性一般，基坑坑壁、坑底主要為粉質(zhì)粘土夾粘質(zhì)粉土和粉砂夾砂質(zhì)粉土，地下水為孔隙潛水類(lèi)型，地下水位埋深淺，水量較豐富，基坑開(kāi)挖時(shí)，宜采用井點(diǎn)或深井降水措施，否則易形成潛蝕、流砂現(xiàn)象?；釉陂_(kāi)挖過(guò)程中滲流穩(wěn)定性驗(yàn)算考慮的是上覆土層的重度與承壓含水層的浮托力的平衡，要使其不發(fā)生突涌就必須滿足基坑的上覆土重大于承壓水的浮托力即：

H·γS≥FS·γW·h。

其中，H為基坑底至承壓含水層頂板的間距；γS為基坑底至承壓含水層頂板間的土的加權(quán)平均重,kN/m3;h為承壓水水頭高度；γW為水的重度；FS為安全系數(shù)。

Pcr/Pw=[(8.7-3)×17]/[(8.7+0.4)×10]=1。

由以上驗(yàn)算可知，在基坑開(kāi)挖工程中會(huì)出現(xiàn)下部承壓水的浮托力與上覆土壓力相等，按建筑規(guī)范要求安全系數(shù)要大于1.1，需要布置降壓井。

4.2 鐘聯(lián)財(cái)富中心與地下室差異沉降分析

本工程與地下室存在高低層差異沉降，可通過(guò)采取沿高層周邊設(shè)置后澆帶的措施，主體施工完成可實(shí)現(xiàn)60%的沉降，加上沉降的連續(xù)性和漸變性，待澆筑后澆帶時(shí)二者之間的沉降差可得到一定的控制。

1)地基均勻性評(píng)價(jià)。

本工程項(xiàng)目采用天然地基時(shí)，本次勘察范圍內(nèi)擬建建筑單體位置基礎(chǔ)以下主要持力層土層的坡度小于10%，同一土層厚度變化較小，土的物理力學(xué)性質(zhì)相近，離散性較小，屬較均勻性地基。

2)樁基沉降估算。

采用框架結(jié)構(gòu)的民用建筑的變形特征主要為相鄰柱基的沉降差，多層建筑的變形特征主要為整體傾斜。根據(jù)類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于端承摩擦樁，樁基承載主要由樁側(cè)承擔(dān)，但樁端處土性對(duì)控制樁基沉降有較明顯的影響。樁基沉降估算時(shí)，樁端處應(yīng)力范圍應(yīng)取自重應(yīng)力至自重應(yīng)力加附加應(yīng)力壓力段。本樁基工程壓縮層厚度約為樁端下10 m，根據(jù)預(yù)估荷載估算的高層建筑部分的地基最終沉降量約為40 mm左右。

5 城市環(huán)境巖土問(wèn)題的防治

城市環(huán)境巖土工程問(wèn)題，是現(xiàn)代社會(huì)在建設(shè)發(fā)展過(guò)程中急需解決的問(wèn)題，它對(duì)本地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展起到關(guān)鍵的引導(dǎo)作用[6-8]。

5.1 基坑開(kāi)挖、圍護(hù)、降水方面的環(huán)境保護(hù)措施

本工程周邊環(huán)境較復(fù)雜，建議采用土井降水。建議土井井深為15 m～25 m，井間距建議取20 m～25 m，設(shè)計(jì)及施工時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

1)建議已經(jīng)開(kāi)挖基坑的周邊，在沒(méi)有完成基礎(chǔ)施工前不能立即進(jìn)行新項(xiàng)目的打樁施工，如必須打樁，應(yīng)對(duì)邊坡削坡和減載，打樁采用重錘低級(jí)，間隔跳打。

2)在邊坡頂堆載或行進(jìn)車(chē)輛時(shí)，必須對(duì)邊坡進(jìn)行計(jì)算，控制堆載指標(biāo)。

3)施工過(guò)程中需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基坑邊坡的穩(wěn)定，施工時(shí)應(yīng)由上至下的順序，分層開(kāi)挖，不宜先切除坡角。

5.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)受力體系的環(huán)境保護(hù)措施

本工程地下室開(kāi)挖位于自然地面下約8.7 m，屬于深基坑?；又饕獮榻Y(jié)構(gòu)松散、直立性較差的填土和淤泥，其余土層為直立性一般的土層，且水位埋深較淺，若設(shè)計(jì)和施工不當(dāng)，也會(huì)造成邊坡失穩(wěn)若土方開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)局部坑壁位移過(guò)大，坑邊出現(xiàn)裂隙等情況[9,10]，若發(fā)生基坑局部失穩(wěn)應(yīng)及時(shí)停止縱向的開(kāi)挖，對(duì)失穩(wěn)局部設(shè)置加密支撐，如變形發(fā)展迅速，應(yīng)立即回填土方，重新設(shè)計(jì)基坑支護(hù)計(jì)劃。

6 結(jié)語(yǔ)

鐘聯(lián)財(cái)富中心項(xiàng)目在前期設(shè)計(jì)過(guò)程中分析了工程樁的施工及地基變形帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，提出的保護(hù)措施考慮比較周全，由于周邊環(huán)境復(fù)雜，在施工后期帶來(lái)的環(huán)境巖土問(wèn)題還需要進(jìn)一步觀察。保護(hù)環(huán)境和發(fā)展經(jīng)濟(jì)關(guān)系到本地區(qū)可持續(xù)發(fā)展。城市地下工程中復(fù)雜的環(huán)境巖土問(wèn)題更是城市化發(fā)展必須面對(duì)和解決的。因此，我們需要綜合考慮工程所處的地理環(huán)境,在實(shí)踐過(guò)程中更深層次地理解環(huán)境巖土問(wèn)題的發(fā)展機(jī)制,為后續(xù)類(lèi)似工程提供理論指導(dǎo)和實(shí)踐依據(jù)。