淺談城市深基坑工程對地下環(huán)境的影響

張 舵 王 楓 宋亞麗

1 鄭州大學土木工程學院（450001） 2 濟源市規(guī)劃設(shè)計服務中心（454650）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國已經(jīng)建成的高層建筑面積已超過1.3億m2。其中高度超過100 m的超高層建筑已超過200幢。已建成高度超過200 m的超高層建筑達20余座。其中上海金茂大廈建筑面積29萬m2，地下三層，地上88層，建筑物高度360 m，塔尖標高420.5 m;廣州中天廣場，建筑面積30.6萬m2，主樓地下兩層，地上80層，高322 m，加塔樓高度為389.9 m。它們己經(jīng)躋身于世界百強超級巨廈之列。雖然我國在城市化進程中的建筑成就非常顯著，但是這些高層建筑所帶來的深基坑工程對城市環(huán)境的影響卻更加不容忽視。

1 基坑開挖對城市地下環(huán)境的影響

1.1 支護結(jié)構(gòu)對城市地下環(huán)境的影響

1）由于地下環(huán)境的復雜性，設(shè)計師往往無法控制基坑支護結(jié)構(gòu)的變形和位移，而位移和變形將為環(huán)境造成巨大的影響。支護結(jié)構(gòu)的變形和位移對城市地下環(huán)境的影響表現(xiàn)在以下幾個方面。①支護結(jié)構(gòu)本身發(fā)生破壞，導致基坑邊坡發(fā)生失穩(wěn)；②支護結(jié)構(gòu)發(fā)生整體破壞導致基坑隆起；③基坑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形隆起，對鄰近的建筑物造成不良的影響，導致鄰近建筑物變形開裂等。

2）支護結(jié)構(gòu)變形和位移的機理。①對于擋土結(jié)構(gòu)來說，造成破壞的原因除了設(shè)計原因外，主要是施工的問題。例如∶擋土墻施工的過程中的混凝土澆筑質(zhì)量的缺陷；鋼筋綁扎質(zhì)量問題；施工過程中施工單位沒有嚴格按照設(shè)計圖紙的要求，發(fā)生超挖等不良現(xiàn)象。因此，在土體的開挖階段應按照圖紙的設(shè)計要求嚴格控制土方的開挖量；②對于支撐體系來說，應當注意支撐的壓彎以及支撐體系與結(jié)構(gòu)之間的連接問題等。支撐體系發(fā)生破壞所造成的危害是很嚴重的，它可直接造成擋土結(jié)構(gòu)的傾斜甚至直接向坑內(nèi)坍塌。所以，在所有的基坑工程中，都應加強對支撐體系變形和位移的監(jiān)測和監(jiān)控；③深基坑工程往往施工周期較長，期間可能會由于強降雨的影響導致基坑內(nèi)部積水過多，使得粘性土發(fā)生流變性，增大了擋土結(jié)構(gòu)的位移和變形。

1.2 基坑降水對城市地下環(huán)境的影響

1）城市地下水位下降對環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面。①地下水位的下降會導致地面下沉;②地下水滲透破壞引起基坑的坍塌;③由于基坑地下水位下降過快，水頭差過大造成管涌和流沙導致基坑開裂。所以在基坑開挖的過程中，應優(yōu)先采用井點管降水的方式來降低地下水位，這有利于土體的固結(jié)，促使邊坡穩(wěn)定，增大地基承載力并能有效的防止管涌和流土的現(xiàn)象發(fā)生。

2）地下水位下降引起城市地下環(huán)境變化的機理。①地下水位降低減少了地下水對地基土的浮力,因此地基土由于自重應力的增大而進一步固結(jié)；②由于孔隙水從土體中逐漸排除，降水過程中常會發(fā)生水流帶走部分微細顆粒的現(xiàn)象，這會導致周圍地面的土體發(fā)生沉降。如果地下水降低不均勻則會造成周圍建筑物的不均勻沉降。周圍建筑物會發(fā)生開裂現(xiàn)象，嚴重時甚至會發(fā)生倒塌事故；③深基坑降水往往會導致基坑內(nèi)外出現(xiàn)較大的水頭差，在動水頭壓力的作用下，基坑底部會發(fā)生管涌和流土等不良地質(zhì)現(xiàn)象，引起基坑的坍塌。

1.3 基坑施工中的其他注意問題

1）水患問題。無論是地上、地下水或是各類管道滲漏水，還是基坑內(nèi)積水，都可能對基坑穩(wěn)定造成危害，繼而對基坑周圍的環(huán)境造成不可估量的損失。

2）施工震動問題?；邮┕ぶ械拇驑豆こ虝a(chǎn)生大能量的震動或較大能量的高頻振動，均會對基坑周邊的建筑物結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。

2 基坑工程中對城市地下環(huán)境的保護

我國已經(jīng)積累很多基坑開挖過程中對周圍環(huán)境保護的經(jīng)驗和教訓。例如∶對進坑內(nèi)外的基礎(chǔ)加固、在基坑與建筑物之間設(shè)置隔斷和構(gòu)筑物、選用剛度較大的圍護結(jié)構(gòu)等等。

2.1 基坑降水防治措施

基坑降水前，應考慮到水位降低區(qū)域內(nèi)的建筑物（包括市政地下管線）等可能產(chǎn)生的沉降和水平位移。施工前，必須了解鄰近建筑物或構(gòu)筑物的原有結(jié)構(gòu)，地基與基礎(chǔ)的詳細情況，如影響使用和安全時，應同有關(guān)單位采取措施處理。例如在開挖基坑四周預先做止水帷幕或回灌水。

應優(yōu)先采用擋水作用的支護結(jié)構(gòu)，如采用深層攪拌樁、鋼板樁、混凝土灌注樁或地下連續(xù)墻等。盡可能把降水井點立管埋設(shè)在支護墻的內(nèi)側(cè)，井點立管的深度應該淺于支護墻的深度。

2.2 基坑變形的控制措施

基坑開挖引起維護墻體變形以及基坑底部土體回彈變形是基坑周圍土體變形產(chǎn)生的源頭所在，因此控制基坑圍護墻變形以及基坑回彈是控制整個深基坑工程變形和位移的關(guān)鍵。在基坑的開挖過程中，適當減少每步開挖土方的空間尺寸、減少每步開挖所暴露的基坑擋墻的無支撐暴露時間，是運用時空效應原理合理發(fā)揮土體自身的抵抗變形的潛力,從而解決深基坑穩(wěn)定和變形問題的基本對策。理論和實踐均表明隨著基坑開挖深度的增加，基坑周圍土體的塑性區(qū)域發(fā)展，基坑的變形速率也逐漸增加。因此，施工方在施工時應特別重視基坑開挖的步驟，嚴格控制基坑無支撐暴露時間。

3 結(jié)語

基坑開挖對城市地下環(huán)境的影響越來越受到各方面的重視。因此，在基坑開挖的過程中應充分考慮工程本身以及工程周邊環(huán)境的因素，采取安全合理的基坑圍護、降水以及開挖方式，減少基坑開挖對城市地下環(huán)境的不良影響。

[1]建筑施工手冊（第五版）[M].中國建筑工業(yè)出版社.

[2]基坑支護規(guī)范[S].中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]鄧曉翔.井點降水對周圍環(huán)境的危害及預防措施[J].科技創(chuàng)新導報,2008.