上海軟土地區(qū)某深基坑施工周邊環(huán)境影響分析

張 俊

（上海眾材工程檢測有限公司，上海市 201209）

0 引言

城市深基坑施工對周邊環(huán)境產(chǎn)生直接影響，而淤泥質(zhì)軟黏土底層條件下的深基坑施工，對環(huán)境影響更為敏感[1-3]。該工程施工中，通過對施工全過程監(jiān)測，進(jìn)行信息化施工，及時掌握了各種變形監(jiān)測數(shù)據(jù)[4]。在此過程中，通過各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和施工工況，分析和研究深基坑施工中各種影響因素所起的作用，找出各環(huán)節(jié)的影響程度，并提出對策，以期對類似工程有一定指導(dǎo)意義[5]。

1 工程概況

2 地質(zhì)條件

地貌特征屬于上海地區(qū)四大地貌單元中的濱海平原類型。場地西北角為易初蓮花停車場，東南面為空地，整個場地平坦。

在基坑開挖深度范圍內(nèi)涉及的地基土主要在第①1、①2、②1、②2、③、③夾層，處于基坑底部的地基土為③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。該層地基土的土質(zhì)軟弱。場地內(nèi)土層分布如表1所示。擬建場地淺部土層中的地下水屬于潛水類型，其水位動態(tài)變化主要受控于大氣降水和地面蒸發(fā)，并隨氣候的變化而變化。潛水地下水靜止水位埋深在1.20～1.70 m，相應(yīng)標(biāo)高為3.04～2.26 m。擬建主樓及街道商辦樓場地內(nèi)有近東西向的暗浜分布，暗浜的最大寬度在15 m左右，最大暗浜深度達(dá)4.30 m，在次地段缺失②1、②2層地基土。場地土的主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 工程地質(zhì)情況表

3 基坑施工對周圍環(huán)境影響分析

3.1 周邊環(huán)境

基坑?xùn)|臨一大型超市易初蓮花的重型車通道，有兩個煤氣閥，一個煤氣調(diào)壓站，該側(cè)距基坑較近且高出基坑表面2 m。南側(cè)為高層居民樓，管線密集。西側(cè)為交通主干道，臨近基坑路邊為自來水管道、污水管道、電力管線，路中央綠化帶下為煤氣管道，遠(yuǎn)離基坑一側(cè)路邊為通訊管道。由表1可見，基坑所在場地地質(zhì)條件復(fù)雜，多為軟弱土層。在基坑開挖底部的地基土為表1中灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土。該層地基土的土質(zhì)軟弱，將對基坑的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

3.2 測點(diǎn)（孔）位布置

該工程監(jiān)測的主要內(nèi)容包括：（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)外部深層土體位移；（2）支撐體系軸力監(jiān)測；（3）水位監(jiān)測；（4）臨近建（構(gòu)）筑物及市政管線的沉降監(jiān)測；（5）支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部沉降；（6）支撐桿件和鋼立柱垂直位移。各測點(diǎn)（孔）位布置情況見圖1。

圖1 測點(diǎn)平面布置圖

3.3 施工過程

該工程地下2層,地上14層,基礎(chǔ)埋深8 m,樁基,主體框剪結(jié)構(gòu)，基坑最大開挖深度8.9 m，地下水位埋深1.2～1.7 m。基坑支護(hù)采用鉆孔灌注樁加雙頭深層攪拌樁止水帷幕的聯(lián)合支護(hù)方式。為減小開挖過程中支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，設(shè)置鋼筋混凝土支撐和剛支撐。基坑的開挖分為三步，具體的施工工況見圖2。

圖2 基坑開挖支護(hù)施工圖

3.4 分階段環(huán)境影響分析

根據(jù)工程各工序先后順序及各項(xiàng)施工監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行全過程分析。

3.4.1 基坑土體加固

攪拌樁施工期間，從圖3環(huán)龍路沉降曲線可以看出，在此階段整體仍為沉降趨勢，但有先隆起后沉降的現(xiàn)象。從攪拌樁的機(jī)理來看，其擠壓作用明顯，先隆起現(xiàn)象應(yīng)是攪拌樁擠壓坑周土體，使坑周土體向坑外變形，從而引起圍墻外西側(cè)道路土體受壓隆起。

該檢測系統(tǒng)中采用的微波固體流量計(jì)可被視作發(fā)射單頻連續(xù)波的厘米波雷達(dá)傳感器，因而可根據(jù)雷達(dá)理論和多普勒效應(yīng)理論來推導(dǎo)多普勒頻率和巖屑顆粒運(yùn)動速度關(guān)系表達(dá)式。

圖3 西側(cè)道路測點(diǎn)沉降時間曲線

由圖4可以看出，在此期間從東側(cè)重型車道處沉降曲線可以看出無明顯隆起現(xiàn)象，原因一方面受地面超載影響，抵消了部分壓力，另一方面該處高出基坑表面2 m，影響會減弱。

圖4 易初蓮花測點(diǎn)沉降時間曲線

3.4.2 土方開挖前基坑降水施工及第一層土方開挖

從基坑降水施工開始至土方開挖這一時間段，坑周水位監(jiān)測曲線顯示，坑周地下水位除最初有所下降外，整體上很穩(wěn)定，略有上升。

在施工期間，坑外水位變化基本穩(wěn)定，水位的漲落隨降雨和基坑內(nèi)部抽水的影響上下波動，基本維持在500 mm/d的預(yù)警范圍以內(nèi)。圖5為3#東水管地下水位時間曲線。

圖5 地下水位時間曲線

由圖5可見，地下水補(bǔ)給造成坑周地下水的短暫積聚而使水位升高，也由此反映出雙軸深層攪拌樁止水帷幕效果很好，坑內(nèi)降水未對坑外地下水位產(chǎn)生明顯影響，也基本排除了此階段坑外水頭下降引起的地層下沉因素。

在此期間破除了坑內(nèi)原有的混凝土路面，很快安裝了第一道鋼筋混凝土支撐。

此階段沉降主要是坑內(nèi)降水及第一層土方開挖聯(lián)合作用的結(jié)果。

3.4.3 基坑開挖

從各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)反映，在此階段，對周邊環(huán)境帶來的影響尤為突出，累計(jì)變形值及變形速率都較前期任何一個階段大。

從基坑周圍管線的沉降變形來看，受基坑開挖影響非常明顯，尤其是在6月25日至7月10日第三層土開挖期間，雖然開挖速度要明顯小于第二層土開挖速度，但由于土質(zhì)軟弱，施加的預(yù)應(yīng)力損失較大，其變形處在一個急劇加速的狀態(tài)，沉降速率都在2 mm/d以上。在基坑開挖結(jié)束后，東側(cè)最大沉降量達(dá)到了70 mm多，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過管線的報(bào)警值。

坑周管線反映了如下規(guī)律：超載大的一側(cè)沉降量較大。以7月22日監(jiān)測數(shù)據(jù)為例，由表2、表3可以看出，東側(cè)管線的沉降明顯大于與之對應(yīng)另一側(cè)路上管線的沉降。這一方面與此側(cè)距離基坑較近有關(guān)，另一個重要的因素是路面超載的影響。在基坑開挖結(jié)束后，東側(cè)最大沉降量超過70 mm，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過管線的報(bào)警值。在建設(shè)單位的積極協(xié)調(diào)和努力下，對變形的煤氣管線進(jìn)行了維修，確保了管線的正常運(yùn)營，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

表2 重型車道一側(cè)7.22管線測點(diǎn)沉降值（單位：mm）

表3 西側(cè)道路管線7.22管線測點(diǎn)沉降值（單位：mm）

雖然周圍土體受基坑開挖影響較大，但由于周圍建筑物如喬頓花園小高層等均系樁基基礎(chǔ)，這對基坑和建筑物本身的穩(wěn)定無疑是最理想的。建筑物測點(diǎn)最大沉降為0.8 mm（7月12日測值），除去監(jiān)測誤差，可以認(rèn)為基坑開挖對周圍小高層建筑物的影響是極其微小的。

但是，由于路面沉降較大，以喬頓花園為例，典型點(diǎn)最大沉降達(dá)30 mm，因此不均勻沉降造成了臺階與主體結(jié)構(gòu)間沉降縫拉開，路面明顯開裂，引起了部分業(yè)主恐慌。在與甲方及時溝通后，很好地解決了這一問題。

3.4.4 內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工

從圖6典型點(diǎn)的沉降曲線可以看出，從8月底開始，這一階段沉降速率僅為0.13 mm/d，靠近基坑周邊環(huán)境變形情況基本上趨于穩(wěn)定，變形速率趨于平緩。由此可見，結(jié)構(gòu)底板的及時封閉形成了一道強(qiáng)大的支撐，對穩(wěn)定基坑周邊環(huán)境的變形起到了比較重要的作用。

圖6 喬頓花園測點(diǎn)沉降時間曲線

3.5 重點(diǎn)保護(hù)建筑物——易初蓮花商場沉降情況

易初蓮花超市為3層框架結(jié)構(gòu)，攪拌樁基礎(chǔ)，建筑層數(shù)不多，但體量較大，距離基坑很近，且地表面高出基坑表面近2 m。

以7月22日為例，在垂直基坑方向上，建筑物上沉降點(diǎn)幾乎無沉降，而臨近路面車道的沉降達(dá)到71.2 mm，差異沉降非常大。正因?yàn)槠浯怪被臃较蛏锨昂筝^大的差異沉降引起了商場后墻腳與水泥路面的重型車道分離，并且導(dǎo)致了后墻腳一直徑300 mm的煤氣管道的嚴(yán)重扭曲變形。在與甲方溝通及各方的積極協(xié)調(diào)、努力下，對變形的煤氣管線進(jìn)行了維修，確保了管線的正常運(yùn)營，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

此外，在順基坑方向上差異沉降如圖7示。

圖7 7月22日易初蓮花商場順基坑方向差異沉降

在臨近道路沉降巨大及順基坑方向也有差異沉降的情況下，該建筑物仍基本無沉降。這也表明了這種基礎(chǔ)形式的框架結(jié)構(gòu)的抗沉降及抗差異變形的能力是很強(qiáng)的。

4 結(jié)語

從最終的基坑和環(huán)境變形情況看，特別是從環(huán)境變形情況看，基坑的開挖過程控制仍有不足之處，尤其是軟弱土層開挖時。

軟土深基坑施工中應(yīng)以控制基坑和環(huán)境變形為重點(diǎn)[6,7]，選取合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，采取針對性強(qiáng)的技術(shù)方案，解決淤泥質(zhì)軟土高含水量、低強(qiáng)度問題，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，這是根本性的問題，最終通過精心組織、快速施工，全過程控制來達(dá)到限制變形、規(guī)避風(fēng)險的目標(biāo)。

[1]高大釗.深基坑工程（第二版）［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1999.

[2]王富強(qiáng).深基坑施工環(huán)境影響問題和預(yù)防措施[J].黑龍江科技信息，2012（26）：254-254.

[3]LIU GB,NG CW W,WANG Z W.Observed performance of a deep multistrutted excavation in Shanghai soft clays[J].J Geotech and Geoenvir Engrg,ASCE,2005,131(8):1004-1013.

[4]龔曉南，高有潮.深基坑工程設(shè)計(jì)施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2001.

[5]劉建航,候?qū)W淵.基坑工程手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[6]王緝成.深基坑施工中的環(huán)境保護(hù)探究[J].科技之友，2010（18）：64-65.

[7]孫銘.深基坑施工特點(diǎn)、環(huán)境影響、防治措施及監(jiān)測[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（6）：56-56.