深基坑工程施工對周邊環(huán)境的影響及防治對策分析

賓志勇

摘 要：為了研究復(fù)雜基坑的變形問題，特別是對脆弱土的影響。采用等效抗彎剛度原理對支承結(jié)構(gòu)進行簡化，建立了具有較高精度和效率的理論計算模型。本文對支護結(jié)構(gòu)的變形效果進行了比較分析，提出了相應(yīng)的防治對策。

關(guān)鍵詞：深基坑工程;施工;周邊環(huán)境;防治對策

結(jié)果表明，先采用分層開挖的雙排樁斜拉支護與樁錨聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)的北方基坑，對建筑物的變形有較大的影響。當基坑開挖到-2.80m時，基坑沉降變形率和水平變形率均較大。北方基坑開挖后，建筑物的沉降量已達到總沉降的4/5，后期的南基坑內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)對相鄰建筑物的沉降變形影響不大。

一、基坑工程特點

在施工過程中，必須確保周圍環(huán)境，包括周圍建筑物、地下管線和周圍交通干線，因此，開挖程序和支護方案的選擇應(yīng)更加謹慎。國內(nèi)外許多學(xué)者和工程師對基坑開挖引起的建筑物變形進行了研究，分析了基坑開挖后圍護結(jié)構(gòu)和建筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化特征。此外，基坑往往毗鄰敏感的建筑物或結(jié)構(gòu)，如市政管道，地鐵隧道和老建筑。在這種情況下，除了保證基坑工程的安全外，基坑開挖引起的，傳統(tǒng)的方法不能合理地進行基坑工程。數(shù)值分析由于考慮了，成為分析基坑開挖環(huán)境影響的有效方法。

基坑工程數(shù)值分析的關(guān)鍵問題在于土工模型的選擇。在Mohr-Coulomb模型、硬化土模型、Drucker-Prager模型和CaM粘土模型等已知的本構(gòu)模型中，硬化土模型可以合理地模擬擋土墻的變形和周圍土體的移動，從而建立穩(wěn)定的土體模型。

本文對基坑開挖對周圍環(huán)境的影響進行了數(shù)值分析。對幾條市政管線和一座基礎(chǔ)淺的舊建筑的變形進行了專門研究，以確定基坑支護結(jié)構(gòu)是否滿足變形控制的要求。

二、深基坑工程施工對周邊環(huán)境的影響

（一）工程測量。1號基坑開挖位于濟南路北側(cè)，西城路西側(cè)，毗鄰大樓北側(cè)。這是一座24層的內(nèi)科大樓和地下車庫.基坑整體形狀為矩形，東側(cè)長107米。該建筑南側(cè)的2號基坑是一座新的醫(yī)療技術(shù)建筑，希望與第一次開挖相連?；佑尚陆ㄡt(yī)療建筑和地下車庫兩部分組成。基坑南邊長69m左右，東西長108.5m左右，基坑開挖深度6.4m左右，建筑基礎(chǔ)埋深1.50m左右。復(fù)合地基采用粉噴樁處理[1]。

為保證基坑工程的安全，設(shè)計了雙層混凝土支撐的連續(xù)鉆孔灌注樁。截面尺寸分別為1200x800mm和1300x800mm，第二支座為第二支座。第一層和第二層支柱的截面酒窩離子分別為900×800mm和1000×800 mm。兩層混凝土支柱之間的垂直距離為5.5m。

數(shù)值模型為模擬基坑施工引起的環(huán)境變形，建立了兩個斷面的二維模型，用實體實例對土體進行了數(shù)值模擬。采用平臺單元對樁基和住宅結(jié)構(gòu)進行了數(shù)值模擬。利用隧道單元對管道進行了數(shù)值模擬。用Goodman接觸單元描述地下結(jié)構(gòu)與土的接觸行為。數(shù)值分析中，開挖深度為12.7m[2]。

（二）工程地質(zhì)條件。擬建的立地地貌單元為黃河三角洲沖積平原。在施工場地范圍內(nèi)，地層為第四紀地層，主要為混合填土、粉質(zhì)粘土和部分淤泥[3]。

三、模型建設(shè)

利用柱、錨索和腰梁，并將一些荷載應(yīng)用于建筑物基礎(chǔ)模型中，以代替現(xiàn)有建筑物。為了便于計算，本文根據(jù)等效抗彎剛度原理，將樁列等效為地下連續(xù)墻。排樁直徑用D表示，凈間距用t表示，隔墻長度是樁排與樁直徑的凈距離[4]。

（一）計算邊界條件。計算模型的底部采用垂直約束和水平約束，側(cè)面采用水平約束，上表面設(shè)置為自由曲面。柱采用垂直約束，底部采用固定約束。

（二）基坑開挖模擬對環(huán)境影響。通過在有限元軟件中建立階段管理，利用相應(yīng)的土和支護結(jié)構(gòu)的活化和鈍化來模擬施工條件。具體開挖模擬施工條件，對基坑開挖過程中相鄰建筑物的變形特性進行了分析，根據(jù)三維數(shù)值模擬的結(jié)果，得到了8種不同工況下建筑物的變形情況。根據(jù)不同工況對建筑物變形的影響，只在3/415/6/719工況下提取建筑物變形云圖、最終剖面變形云圖和基礎(chǔ)變形云圖。支護結(jié)構(gòu)頂部的最大水平位移和建筑物的沉降值均在設(shè)計要求的控制范圍內(nèi)，符合基坑開挖變形規(guī)律。結(jié)果表明，三維數(shù)值模擬能較好地反映基坑開挖的實際情況。在基坑開挖過程中，由于圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部土體的開挖和卸荷等諸多因素的影響，下部土體的應(yīng)力狀況發(fā)生變化，導(dǎo)致基坑底部土體回彈，基坑底部回彈不可避免地導(dǎo)致周圍土體的移動。此外，圍護結(jié)構(gòu)兩側(cè)的應(yīng)力也失去了原有的平衡，導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)水平位移。基坑塌方多為措施不力或麻痹心理所致，而一旦形成塌方事故，特別是造成人員傷亡和鄰近建筑物傾斜，塌陷時，處理起來就非常麻煩，不僅造成巨大經(jīng)濟損失，而且拖延工期，甚至給已有建筑物的安全留下隱患。

四、深基坑工程施工防治對策

（一）深基坑支護結(jié)構(gòu)的選擇。重力式支護結(jié)構(gòu)主要是深層攪拌水泥土樁擋墻和旋噴樁帷幕墻，其中，深層攪拌水泥樁擋墻擋水效果好，剛度、抗彎能力較小，適用于不是很深的基坑。而旋噴樁帷幕墻作用與深層攪拌水泥土樁擋墻類似，但工藝有所不同?？砂粗亓κ綋跬翂Φ脑O(shè)計方法進行計算。幾種基坑支護組合結(jié)構(gòu)形式：當基坑開挖深度小于12m、場地周邊開闊、有條件采用預(yù)應(yīng)力鋼筋或花籃螺絲拉緊時，可采用地面拉結(jié)與支護樁結(jié)構(gòu)。當基坑開挖深度小于20m時，若對基坑周邊的變形有嚴格要求，可采用基坑工程逆作法;若鄰近基坑邊有重要建筑物或地下管線、基坑周圍不具備放坡條件，可采用組合式支護結(jié)構(gòu);若為基坑周圍施工場地狹小、鄰近基坑邊有建筑物或地下管線需要保護，且土體變形控制要求嚴格的工程，可采用墻式擋土結(jié)構(gòu)（有撐、錨），但在軟土地質(zhì)條件下，優(yōu)先考慮內(nèi)支撐，采用支撐（錨）式排樁支護結(jié)構(gòu)[5]。

（二）通過搞好施工前的預(yù)控。調(diào)查分析基坑周邊環(huán)境，采取相應(yīng)措施保護原有建筑物。調(diào)查基坑周邊的地下設(shè)施，地下管線，特別是城市給排水管網(wǎng)和直埋電纜、光纜，不僅要查清位置、數(shù)量和結(jié)構(gòu)情況，而且要與有關(guān)部門協(xié)商制訂保護措施。認真熟悉施工圖紙，核對基礎(chǔ)及地基相關(guān)尺寸以及基坑邊線與周邊環(huán)境的關(guān)系和尺寸，認真分析相互影響，既要保證設(shè)計意圖，又要保證鄰近建筑物與設(shè)施的安全。了解基坑施工所需資源條件和施工條件，包括當?shù)氐臍庀筚Y料，當?shù)氐慕ú氖袌?，當?shù)氐耐练綑C械、排水機械，當?shù)氐呐潘到y(tǒng)等情況。如為深基坑應(yīng)有專項設(shè)計，并按設(shè)計編制施工方案，完成向監(jiān)理單位的報審工作。

通過上述研究，我們可以得出以下結(jié)論：

（1）與建筑物相鄰的基坑，隨著北基礎(chǔ)的開挖，建筑物基礎(chǔ)的水平位移和沉降均呈上升趨勢，接近3倍。南方基坑開挖時，北基坑樁柱水平位移迅速減小，但建筑物沉降變形很小。

（2）基坑開挖到總深度的113時，對周圍土層有很大的擾動，建筑物基礎(chǔ)沉降變形率最高，應(yīng)成為工程的關(guān)鍵監(jiān)測期。

五、結(jié)束語

總之，在基坑開挖與支護期間，對支護結(jié)構(gòu)進行現(xiàn)場觀測，隨時掌握土層與支護結(jié)構(gòu)的變化情況。將觀測的結(jié)果與設(shè)計值對比，并根據(jù)對比分析的結(jié)果，采取必要的措施，防止塌方事故的發(fā)生，確保工程順利進行。

參考文獻：

[1] 鄭漢欽. 城市深基坑工程施工對周邊環(huán)境的影響及防治措施[J]. 居業(yè)，2017（1）：115，117.

[2] 王志新，劉雙. 淺談聊城市深基坑工程對周邊環(huán)境的影響及其防治對策[J]. 城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（15）.

[3] 陳毅華. 明挖深基坑降水施工對周邊環(huán)境的影響及對策[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2017（22）：1408-1408.

[4] 喻軍，陳金祥，姜天鶴，等. 軟土地基非對稱深大基坑施工對周邊土工環(huán)境的影響與防治對策[Z]. 浙江省建設(shè)投資集團有限公司. 2015.

[5] 莫桂龍. 深基坑降水工程對周邊環(huán)境的影響及對策[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向，2014（1）：73-75.