構(gòu)筑物基坑開挖地表沉降控制技術(shù)探討

王麗莎

摘 要：在地質(zhì)較為軟弱的區(qū)域進(jìn)行構(gòu)筑物施工和基坑開挖易造成周邊支護(hù)變形，從而引起基坑周邊地表沉降，影響工程的質(zhì)量和進(jìn)度。為此，文章分析影響地表沉降的諸多因素，針對(duì)一些基坑開挖沉降控制的難點(diǎn)工程，介紹幾種優(yōu)良的基坑支護(hù)和沉降控制方法，并對(duì)各種控制方法的施工要點(diǎn)和優(yōu)勢進(jìn)行闡述，以期能夠提高類似工程的施工效率及安全性。

關(guān)鍵詞：構(gòu)筑物基坑;地表沉降;控制技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU476.4

0 引言

構(gòu)筑物基坑開挖時(shí)容易造成基坑周邊發(fā)生沉降，尤其是在基坑周邊有建筑物或者工程范圍內(nèi)土質(zhì)不良時(shí)，地表沉降更為明顯。采用合適的工法去控制基坑周邊沉降，是施工前所必須考慮的問題。部分施工單位對(duì)于普通的沉降控制方法已熟練掌握，但是針對(duì)基坑的二次開挖、基坑周圍建筑沉降控制、深窄基坑支護(hù)以及淤泥地段基坑支護(hù)等難點(diǎn)依然存在技術(shù)盲區(qū)。鑒于此，本文針對(duì)這些難點(diǎn)介紹一些基坑開挖和沉降控制新技術(shù)，對(duì)諸多影響地基沉降的因素進(jìn)行分析，并對(duì)各種方法的施工要點(diǎn)進(jìn)行探討。

1 基坑周邊地基沉降影響因素

1.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

大量工程實(shí)踐表明，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度跟基坑周邊地表沉降量有較大的相關(guān)性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度越大，越不容易變形，從而限制住了坑壁土體的水平向位移。基坑施工開挖時(shí)，開挖完成到支護(hù)之間的時(shí)間間隔長短也會(huì)影響基坑周邊地基的沉降量;采用分布開挖時(shí)，分布開挖的面積越大，無支護(hù)坑壁暴露的時(shí)間越長，基坑周邊的沉降量越大。因此，施工單位應(yīng)根據(jù)施工條件與工程要求合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和開挖方式，盡快對(duì)坑壁進(jìn)行支護(hù)。

1.2 軟土性質(zhì)

由于軟土具有較高的含水率和孔隙比，故其壓縮性較高，承載力和抗剪強(qiáng)度很低，透水性較差。當(dāng)工程遇到軟土地基時(shí)，支護(hù)難度要明顯大于普通地基土工程。并且開挖基坑時(shí)，施工機(jī)器的振動(dòng)和碾壓會(huì)擾動(dòng)原狀土，使得原狀土的屈服應(yīng)力急劇下降[1]。在基坑開挖的前期可能會(huì)出現(xiàn)落石坍塌等現(xiàn)象，并且在進(jìn)行支護(hù)時(shí)容易造成支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度不足，承載力不夠，從而進(jìn)一步導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角或者位移，從而引起周邊地基沉降。對(duì)于高靈敏度軟土工程地段，建議施工前對(duì)地基進(jìn)行加固。

1.3 地下水

在進(jìn)行基坑開挖以及地鐵和隧道施工時(shí)，滲出的地下水往往會(huì)影響工程機(jī)器的運(yùn)作以及施工人員的入場。然而盲目對(duì)施工平面進(jìn)行排水處理，會(huì)導(dǎo)致地下水位急劇下降，地基土的孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增大，在土自重應(yīng)力和工程應(yīng)力作用下土?xí)兠軐?shí)，從而引起沉降，在基坑開挖的過程中土的卸載回彈力以及前期支護(hù)的側(cè)向變形會(huì)加劇這一沉降作用。因此，需采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ侠斫邓拍鼙ＷC施工質(zhì)量。國內(nèi)外對(duì)于降水導(dǎo)致地表沉降的控制方法有很多，比如降水與回灌組合方式或者加強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)等，應(yīng)參考當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件合理選擇這些方法。對(duì)于某些沉降要求高的工程，有必要對(duì)基坑周圍的沉降進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止沉降進(jìn)一步惡化。

1.4 地基處理工法

基坑開挖前有時(shí)會(huì)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，然而不同的軟土地基處理工法對(duì)于沉降量也存在著不同程度的影響，例如，排水固結(jié)法中降水井之間的間距/止水帷幕的數(shù)量以及深度對(duì)于地基沉降均存在不可忽視的影響。地基處理工法所采用的超載預(yù)壓、等載預(yù)壓、真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓等方式也會(huì)影響到地基的沉降速率以及工后沉降量的大小。對(duì)于復(fù)合地基處理工法而言，樁長、樁間距以及樁直徑都影響著地基的沉降，在對(duì)軟土地基進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該綜合考慮場地地基的軟土厚度、性質(zhì)以及施工的成本、周期等，選取最為適合的施工方案，以保證工程效率。

2 基坑支護(hù)與沉降控制難點(diǎn)工程分析

2.1 基坑二次開挖支護(hù)

對(duì)于普通基坑開挖工程而言，傳統(tǒng)的單排圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以滿足一般的工程需要，并且可以獲得良好的效果。但是，在原有的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成后，出現(xiàn)基坑設(shè)計(jì)深度變更，在原有的基礎(chǔ)上再次開挖時(shí)，由于已經(jīng)完成施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)插入土體的深度和配筋無法變更，在設(shè)計(jì)變更后，原有結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性已經(jīng)不能再滿足要求;此外，基坑周邊若存在建筑物，工程施工對(duì)地表沉降要求更高，因此，需要在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)增設(shè)一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，以滿足工程要求。

增設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中，p為

基坑的外部荷載，H1為原始設(shè)計(jì)開挖的深度，H2為變更設(shè)計(jì)后的開挖深度，h1為原有支護(hù)結(jié)構(gòu)高度，h2為新增支護(hù)結(jié)構(gòu)高度，d1為原有支護(hù)結(jié)構(gòu)和新增支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的間距。2道支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同作用。相關(guān)研究表明，在基坑二次開挖的工程背景下，雙層支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠較好地滿足工程需求，且能夠有效降低基坑周邊的沉降作用。

2.2 坑周邊重點(diǎn)建筑物沉降控制

改性聚酯注漿技術(shù)（又稱高聚物注漿技術(shù)）是一種新型的注漿土體加固技術(shù)，能有效地加固不良土質(zhì)地基，為地層沉降變形控制提供了一種新的方法。改性聚酯注漿技術(shù)是向地基中注射雙組份改性聚氨酯原料，原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生固結(jié)作用，提高土的整體性和強(qiáng)度，從而起到地基加固和地面抬升的作用。在工程基坑周邊存在建筑物時(shí)，可合理運(yùn)用改性聚酯注漿技術(shù)，在基坑開挖前對(duì)基坑周邊的地基進(jìn)行加固，防止基坑開挖導(dǎo)致的沉降影響到周邊建筑物。該技術(shù)具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢。

（1）注漿原料反應(yīng)后生成的加固體質(zhì)量小、強(qiáng)度高，其密度僅有50～300kg / m3，強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa。

（2）材料反應(yīng)具有較高的膨脹力，且反應(yīng)速度快。注漿材料注射進(jìn)入土體后約20min就可達(dá)到最終強(qiáng)度的90%。

（3）材料的強(qiáng)度穩(wěn)定，且改性聚酯反應(yīng)的過程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。

（4）施工方便簡單，人員要求少，效率高，且對(duì)于工作空間要求低。

（5）改性聚酯反應(yīng)生成的膨脹體具有防水性質(zhì)，材料本身不懼雨水以及地下水。

（6）注漿技術(shù)對(duì)于原本土體結(jié)構(gòu)的破壞小，對(duì)于土體的擾動(dòng)也較小。

改性聚酯注漿技術(shù)施工工序如圖2所示，注漿時(shí)宜采用間斷式注漿，即連續(xù)注射10 s，停止注漿2 s，重復(fù)上述過程3次即可完成單個(gè)孔位注漿。注漿時(shí)需要運(yùn)用旋轉(zhuǎn)激光水平儀（精度0.5 mm）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)檢測到墻體發(fā)生豎向位移時(shí)，需要立刻停止注漿。

2.3 深窄基坑支護(hù)

新型裝配式鋼管混凝土（P-CFST）支撐結(jié)構(gòu)適用于盾構(gòu)豎井深基坑支護(hù)。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)方法常用鋼管和現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐。鋼管支撐的優(yōu)點(diǎn)在于其具有可拆卸性，較為靈活且可重復(fù)利用，但由于單根鋼管剛度不足需要密集布置鋼管支撐，使得基坑施工面積嚴(yán)重不足。鋼筋混凝土支撐剛度雖大，但也存在拆除難度大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長等缺陷。P-CFST支撐結(jié)構(gòu)兼?zhèn)淞藗鹘y(tǒng)鋼管支撐和鋼筋混凝土支撐的優(yōu)點(diǎn)，施工靈活，方便拆卸，且擴(kuò)大了支撐間距，改善了基坑開挖作業(yè)的效率與環(huán)境。

圖3為某工程P-CFST支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。該支護(hù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，其主要優(yōu)勢包括：①具有較高的承載能力;②鋼管混凝土可承受拉力;③鋼管混凝土的剛度大;④支撐與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的整體性較好;⑤安裝方便且易拆卸;⑥允許單跨跨度和水平間距較大;⑦工程需要的情況下可施加預(yù)應(yīng)力;⑧可拆除重復(fù)利用，工程成本低且無污染;⑨占用空間小便于開挖作業(yè)。

2.4 淤泥地段基坑支護(hù)

沿?；蛘哐睾貐^(qū)地質(zhì)一般以淤泥為主，且淤泥層的厚度很大，在此地區(qū)進(jìn)行基坑開挖工程難度大，施工復(fù)雜，且工程質(zhì)量和安全容易受到影響。采用傳統(tǒng)的基坑開挖和支護(hù)辦法容易造成基底隆起和坑壁塌方等現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑內(nèi)外土壓力不平衡，再加上因淤泥含水量過高而造成水泥攪拌樁封底效果不理想和淤泥的蠕動(dòng)性等原因，極易出現(xiàn)基坑問題。傳統(tǒng)型鋼內(nèi)支撐方法絕大部分采用焊接連接，拆除時(shí)需要切割鋼管橫撐來釋放壓力，焊接和拆除支撐會(huì)耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，并且部分材料無法回收利用。利用混凝土墊層反壓作用和支撐作用，采用拉森型鋼板樁配合機(jī)械式組合內(nèi)支撐，跳倉法開挖，能夠較好地解決此類問題。

圖4為機(jī)械式組合內(nèi)支撐基坑施工示意圖，基坑采用型鋼圍檁配合鋼管橫撐作為結(jié)構(gòu)支護(hù)，機(jī)械式組合內(nèi)支撐施工流程如下。

（1）基坑開挖到第1道支撐以下0.5 m左右位置時(shí)，安裝鋼管橫撐，利用液壓千斤頂在需要安裝的位置施加壓力，如圖4所示，待安裝好后卸下千斤頂。

（2）繼續(xù)開挖基坑，待到開挖到第2道支撐位置以下0.5 m時(shí)，重復(fù)（1）操作。

（3）基坑開挖達(dá)到一定深度時(shí)利用長臂挖掘機(jī)跳倉法開挖，每個(gè)倉格的長度宜為2個(gè)相鄰鋼管橫撐的距離。

（4）重復(fù)以上施工過程，直至所有區(qū)域開挖完畢。

3 結(jié)束語

構(gòu)筑物基坑開挖所引起的周邊地表沉降是施工過程中所必須要考慮的問題，本文介紹了基坑開挖地表沉降的各種影響因素，并針對(duì)原有基坑加深開挖、基坑周邊建筑地基加固以及深基坑開挖支護(hù)等難點(diǎn)工程的沉降控制技術(shù)進(jìn)行了分析，以期為類似工程施工提供參考和借鑒。

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收稿日期 2019-10-29

責(zé)任編輯 朱開明