深基坑施工對周邊環境的影響因素分析及防治措施

葉盛

(招商局地產控股股份有限公司,上海市 200041)

深基坑施工對周邊環境的影響因素分析及防治措施

葉盛

(招商局地產控股股份有限公司,上海市 200041)

深基坑施工對周邊環境的影響因素眾多,除了基坑場地的土層地質情況等自然因素外,還有施工的工序工況、施工質量等人為因素,為保證施工時周邊環境的安全,需對這些影響因素進行深入的分析,找出深基坑施工對周邊環境影響的內在聯系,并在施工過程中,采取一定的防治措施,以保證深基坑施工時周邊環境的安全,將施工對周邊環境的影響降到最低。

深基坑施工;影響因素;防治措施

0　引言

近些年來,隨著城市的迅速發展,為提高城市土地的利用率,深基坑工程逐漸增多,且規模和深度也越來越大。深基坑施工對周邊環境產生的問題也越發頻繁和嚴重,例如:周邊道路開裂,周邊構建筑物產生裂縫或沉降,管線破壞等。本文主要分析了深基坑施工對周邊環境的影響因素,并提出了一定的防治措施。

1　深基坑施工對周邊環境的影響因素［1-3］

1.1基坑圍護成樁質量的影響

圍護樁的成樁質量關系著深基坑工程的成功與否。尤其是在上海這種高水位軟土地區,圍護體系引起的側向變形往往引起周邊環境大范圍的沉降,所以圍護樁的成樁質量是深基坑安全的前提與保障。

以鉆孔樁、地墻等板式支護為例,目前成樁施工中普遍存在有以下問題:(1)鋼筋籠保護層不到位導致露筋;(2)鋼筋籠強行塞入槽中導致散籠;(3)不按照地層特點進行泥漿配比試驗導致大范圍塌孔;(4)沉槽后清孔不達標,沉淤厚度較大引起樁身沉降進而引起地面沉降;(5)排樁間間距過大導致單樁受荷大,變形增大;(6)圍護樁樁身垂直度差影響相鄰樁樁位等。這些問題都會影響樁身強度及承載力,在基坑開挖時,圍護樁的位移變形遠遠大于設計計算值,嚴重時,由于圍護樁樁身強度的不足,可能會導致斷樁的危險情況發展,嚴重危害著深基坑的安全。

圖1為在某基坑工程中,由于施工單位未對相應地層進行專項泥漿配比試驗,導致地墻在開挖過程中出現大量的滲漏點,露筋現象嚴重,地墻位移最大處達到108.50 mm,周邊建筑物沉降最大處達到-85.94 mm,煤氣管線最大處為-141.86 mm, 12孔低壓電纜已經局部下沉50 cm。基坑圍護結構施工質量的缺陷使基坑自身安全及周邊環境的安全受到了威脅。

圖1　某地墻圍護工程露筋圖

1.2基坑止水帷幕閉合效果的影響

在高水位軟土地區,封閉效果良好的止水帷幕能夠很好的防止基坑外地下水的滲入,防止水土流失造成地面沉降。而止水帷幕在現場實際施工時,會受到各種因素的影響,例如:(1)環境條件制約導致局部搭接效果差;(2)土層中有較厚含砂層,止水帷幕在該層施工時未進行有效攪拌導致均勻性較差;(3)機械垂直度差導致止水帷幕開叉; (4)水泥摻量不足等。在基坑開挖時,止水帷幕未形成有效閉合,或產生薄弱區域導致水土流失,將會大大影響基坑周邊環境,造成地面沉降、房屋傾斜開裂等不利影響,見圖2。

圖2　某工程滲漏導致地面開裂

1.3基坑開挖方式的影響

大型深基坑在開挖時盡量利用“時空效應”,分層、分塊開挖,盡量減少無支撐暴露時間。基坑開挖面積較大的工程,一般根據周邊環境,支撐形式等因素,采用島式開挖、盆式開挖或抽條開挖的方式。

但由于施工單位為保證工期,往往盡量壓縮基坑施工的時間,進而加快土方開挖速度,不遵循“先撐后挖、限時支撐、分層開挖、嚴禁超挖”的原則,以自身施工便利為前提進行大開挖,不顧后續工序能否有效搭接。這就導致基坑大范圍卸荷后,圍護體系未得到及時、有效的支撐,使圍護墻位移逐漸增大,引起周邊地面沉降及開裂。

1.4基坑支撐制作方式的影響

基坑板式支護一般與水平支撐相結合,水平支撐一般采用混凝土支撐,在長條形基坑中也采用鋼支撐。

然而支撐的制作效果也大大影響了基坑的變形乃至基坑的整體安全性。對于混凝土支撐,一般直接采用砼墊層作為底模,然而在支撐制作時,往往伴隨著基坑降水施工,導致混凝土支撐在養護階段由于降水引起的土體沉降而造成混凝土支撐豎向撓度過大,從而影響基坑整體受力。此外,支撐施工中,支撐兩端點的標高差及水平誤差也對基坑的變形有著較大的影響。鋼支撐系統中鋼圍檁的焊接、鋼結構的安裝、預應力的施加也有著關鍵性的影響。這些因素在某些情況下甚至能影響基坑的整體安全。在某基坑項目中,由于基坑鋼圍檁焊接質量差,導致鋼支撐失穩,將上層的混凝土支撐也全部拉裂,造成路面塌陷,后期全部回填,見圖3、圖4。

圖3　某工程鋼圍檁接頭

圖4　某工程因支撐斷裂基坑回填

1.5基坑降水、土體性能影響

若基坑開挖時,基坑內的降水未達到要求,則場地內的大量積水和地下水的滲流會影響工程施工,在坑底和圍護壁長期處于地下水淹沒的狀態下,土體強度降低,基坑的安全和穩定受到威脅。因此,基坑開挖過程中宜采用基坑降水措施?；咏邓畱鶕龅氐乃牡刭|條件、開挖面積、開挖深度、各土層的滲透性等,選擇合理的降水井類型、設備和方法。在深基坑施工時,由于場地地質與水文條件的復雜性,以及基坑開挖規模和深度的不斷增加,對基坑降水的要求也越來越高,目前因降水不當造成的工程事故仍時有發生,需要我們提高警惕,保證深基坑施工的降水質量。

場地的土層地質條件主要反映了土體的本身力學性質,以上海等軟土地區為例,土層主要為流塑狀態,物理性質較差,嚴重影響了基坑圍護工程的安全,需要采用降水、土體加固等措施使軟弱土固結或提高土層的性質,見圖5。

圖5　某工程現場降水效果圖

1.6基坑拆撐方式、次序影響

目前鋼筋混凝土支撐的拆除方式一般有靜壓切割、機械切割、靜態膨脹劑拆除法和爆破拆除法。在周邊環境較為復雜的地區,應優先考慮采用靜壓切割的方式。采用機械切割時,應先用鉆孔機械切斷部分支撐,減少機械振動的傳遞路徑,避免擾動周邊土體,減小地面沉降。

2　防治措施

2.1嚴控圍護體系施工質量

圍護墻的施工可能會涉及到打樁、鉆孔、槽段開挖及水泥土攪拌。打樁會引起振動及擠土效應;鉆孔或槽段開挖導致土體中的應力釋放而引起周圍土體變形,水泥土攪拌則可能產生擠土效應。因此,針對不同圍護墻的施工,應采取相應的措施,例如控制施工速度,優化施工流程等措施,來降低圍護墻施工對周邊環境的影響。在施工過程中,應嚴格控制圍護墻的質量,以鉆孔灌注樁為例,在鉆孔過程中,應保證垂直度,對于存在粉性土、砂性土的地塊,可采用套打、提高泥漿相對密度、采用優質泥漿護壁等措施提高灌注樁成孔質量、控制孔壁坍塌、防止出現露筋等施工缺陷;在放置鋼筋籠前,應滿足清孔要求,防止沉淤過大,在安放鋼筋籠時,應保證鋼筋籠的整體性要求,防止散籠或使鋼筋籠產生較大擾度;當圍護墻完成后,應進行墻身質量檢測,達到設計強度后,方可進行基坑的土方開挖。

止水帷幕施工時應嚴格控制施工精度,確保止水帷幕的垂直度,保證止水帷幕的有效搭接和閉合。在不良地質區域,施工應提高水泥的摻量,確保止水帷幕的抗滲質量。

2.2合理安排土方開挖及后續工序的搭接

深基坑的開挖應盡量利用“時空效應”,分層、分塊開挖,盡量減少無支撐暴露時間。在實際的施工過程中,應根據周邊的環境條件、支撐形式和場內條件等因素,嚴格控制坑外地表超載,合理確定基坑開挖的分區及順序。開挖至基底后,應及時澆筑墊層,防止土體流變,并結合開挖方式及時形成基礎底板。

2.3加強支撐制作質量的管控

無論何種支撐,其總體施工原則都是相同的,必須遵循“先撐后挖、限時支撐、分層開挖、嚴禁超挖”的原則進行施工。在實際施工支撐時,要嚴格把控支撐的施工質量。

對混凝土支撐,在制作前,應仔細完成支撐的測量和定位工作,防止出現因標高及水平誤差而導致的基坑變形;支撐鋼筋的連接及綁扎應達到規范要求,尤其是支撐節點位置的鋼筋,應保證錨入長度;支模時,保證模板的平直,拼縫無明顯痕跡,以防止澆筑混凝土時產生漏漿;支撐混凝土澆筑完成后,應做好養護工作。

對鋼支撐,要保證鋼支撐的安裝和焊接達到設計要求,安裝時應盡量減小誤差,焊接時要保證焊接質量及焊縫長度,防止鋼支撐出現失穩事故;一般鋼支撐會施加一定的預應力來控制基坑位移,而在實際工程中,預應力往往容易損失,因此在鋼支撐安裝時,應保證預應力的準確施加;基坑開挖時,應加強對鋼支撐的監測,若預應力損失過大,應采取有效措施對鋼支撐進行預應力復加,以控制基坑位移。

2.4保證基坑的降水效果,增強土體物理力學指標

基坑降水主要為了防止基坑內的大量積水影響圍護墻的安全。由于水文地質參數時反映含水層或透水水文地質性能的指標,在基坑降水前,宜進行抽水試驗,結合基坑的挖深確定降水方式。當基坑周圍存在需保護的構(建)筑物或地下管線且基坑外地下水位降幅較大時,基坑周邊土體會發生沉降變形,可在基坑外設置回灌井?；咏邓环矫嬉ＷC基坑開挖的順利進行,另一方面又要防范對周邊環境的不利影響;因此,施工單位需加強監測,在保證深基坑施工的降水質量的同時,控制好周邊的沉降變形。

對于流塑狀態、物理指標較差的場地,可通過對軟弱地基摻入一定量的固化劑或使土體固結,以提高地基土的力學性能,能有效減少土體壓縮和地基變形及圍護墻向坑內的位移,減少基坑開挖對環境的不利影響。

2.5根據環境要求選用合適的拆撐方式

支撐拆除前,應確?；訐Q撐達到設計強度,支撐桿件和圍檁(壓頂梁)連接的區域應先斷開,以減小機械振動對基坑的影響。支撐拆除的順序應根據現場支撐的實際布置情況,結合設計要求,先拆除次要桿件,再拆除主要桿件的順序進行拆撐,減小基坑圍護墻位移。在拆除支撐的過程中,應加強監測,如遇圍護墻位移過大等情況,應及時告知設計與監理,分析原因并提出妥善的解決辦法。

3　工程概況

以某地兩相鄰基坑為例,甲、乙兩基坑土層及水文地質相似、挖深相近,且采用同樣的圍護形式,但兩基坑的圍護墻體位移及周邊管線沉降位移相差較大,可作為工程案例進行比較分析。其中甲基坑面積約為23 500 m2,基坑總延長米約為04 m,基坑開挖深度9.65～10.25 m,圍護結構采用鉆孔樁結合三軸攪拌樁止水帷幕?；迂Q向設置兩道鋼筋混凝土水平支撐,采用對撐+角撐+邊桁架的布置形式。乙基坑面積約為18 000 m2,基坑總延長米約為560 m,基坑開挖深度9.15～9.85 m,圍護結構也采用鉆孔樁結合三軸攪拌樁止水帷幕。基坑豎向設置兩道鋼筋混凝土水平支撐,采用對撐+角撐+邊桁架的布置形式。甲、乙兩基坑相鄰,距離48 m。

實際施工時,乙基坑先施工,由于開挖方式、速度控制較好,施工質量較好,最終基坑位移變形控制良好,對四周環境保護較好。甲基坑在乙基坑完成土建施工后開始施工,在實際施工過程中,圍護墻出現露筋現象,降水質量較差,為保證工期,土方開挖較快。同時,土方開挖時,棧橋堆載控制不利,導致甲基坑位移控制不利,對周邊環境影響較大。甲、乙兩基坑的監測數據見圖6～圖9。

圖6　甲基坑周邊地下管線沉降曲線圖

圖7　乙基坑周邊地下管線沉降曲線圖

圖8　甲基坑圍護墻測斜及土體測斜曲線圖

圖9　乙基坑圍護墻測斜及土體測斜曲線圖

4　結語

基坑圍護工程是一項復雜而又系統的過程。隨著基坑工程的規模及深度的加大,深基坑施工對周邊環境的影響也逐漸加劇。因此,了解深基坑施工對周邊環境的影響因素是十分重要的。深基坑施工對周邊環境的影響因素有許多。它與工程場地的土質條件、水文條件密切相關,也與施工的順序、速度以及施工質量密不可分。本文通過對兩個相鄰、同等規模和挖深的基坑工程進行比較,結合兩基坑的監測數據,得出以下結論:

(1)深基坑施工時應嚴格控制施工質量,避免圍護墻偏差和露筋等成樁質量問題,止水帷幕需保證垂直度和搭接質量,防止基坑滲水。有內支撐的基坑需加強支撐質量管控,防止出現誤差導致支撐擾度過大。

(2)深基坑施工時應嚴格按照設計要求的工況進行,在開挖土方時需尤其注意,不得超挖,開挖時需控制速度,防止開挖過快導致圍護墻變形過大,影響周邊環境。

(3)深基坑降水一方面要保證基坑開挖的順利進行,另一方面又要防范對周邊環境的不利影響;因此,施工單位需加強監測,在保證深基坑施工的降水質量的同時,控制好周邊的沉降變形。對于土層主要為流塑狀態,物理性質較差的基坑場地,需要采用降水、土體加固等措施使軟弱土固結或提高土層的性質。

(4)深基坑施工時需加強監測,若在開挖過程中,基坑產生較大位移或支撐軸力達到報警值,需及時分析原因并采取相應措施,加強監測頻率。

「1] 劉國彬，王衛東.基坑工程手冊(第二版)「M].北京:中國建筑工業出版社，2009.

「2] 黃順元.深基坑支護工程的影響因素及防治措施「J].西部探礦工程，2009(3):42-45.

「3] 閆周福.軟土地區深基坑開挖對圍護結構及其周邊環境影響的研究「D].重慶:重慶大學土木工程學院，2009.

TU47

B

1009-7716(2015)12-0122-04

2015-08-14

葉盛(1983-),男,江蘇常州人,工程師,從事房地產開發管理工作。