深基坑施工過程中地下水位下降對周邊環境的影響分析

■馮亮勇

（廣東省有色金屬地質局九三二隊廣東韶關512026）

深基坑施工過程中地下水位下降對周邊環境的影響分析

■馮亮勇

（廣東省有色金屬地質局九三二隊廣東韶關512026）

本文基于深圳市靈星雨科技大廈基坑支護設計資料,為減輕在建工程基坑施工過程中引起地下水位下降對周邊環境的不利影響，防止引起周邊埋置管線遭到破壞或者建筑物發生不均勻沉降事故，必須對周邊環境進行周密的勘察還要在深基坑開挖前對地下水位時候下降有嚴格的判斷，制定合理的地下水位勘測方案并有效地組織施工。本文對地下水位下降從而產生的影響做了嚴格的分析和研究，綜合性的闡述了產生一系列不良因素的原因。

深基坑施工 地下水位 周邊環境

1 引言

當今社會，隨著我國建筑水平的不斷提高，我國城市建設的規模以及人口都有了迅速的增長。同時作為當今社會建設的主要產物之一的高層建筑不僅在數量上越建越多，而且在高度上也越建越高，基坑的發展方向也是朝著大而深的方向發展，如果在基坑施工時將地下水位降低可以給施工人員提供干燥工作面，避免使地基面較潮濕，使基坑施工工作能在地下水位以上完成，這樣給施工人員提供了方便和有利的環境，從而提高了施工質量。但降低地下水位也會造成一些不利影響，例如影響周邊建筑物和管線埋置，如果忽視了這一方面因素，就會造成嚴重的后果。

2 工程概況

深圳市靈星雨科技大廈建設場地位于深圳市光明新區，雙明大道南側，高新路西側，總用地面積約為8255m2,擬建1棟地上31層、地下3層、總建筑高度為130m的高新產業研發綜合建筑及相關配套設施等，總建筑面積為99425m2。擬建建筑設地下室三層，建筑基底面積為3715m2，負一層地下室底板標高為7.00m，負二層地下室底板由此進行地下室施工開挖將在場地四周形成深度約為13.40-13.80m的基坑（本次設計基坑深度均按13.60m考慮），基坑開挖形狀總體呈近似長方形狀，平面尺寸南北長約95-105m，東西寬約75-85m，總周長約362m。根據業主提供的勘察及現場資料，組成基坑側壁的土體主要為人工填土層、第四系沖洪積含砂粉質黏土層和中砂層、第四系殘積砂質粘性土層及震旦系片麻巖層等，土體物理力學性能較差，為確保擬建建筑物、道路以及基坑周邊建筑物的安全，基坑開挖和基礎施工時必須對地下水進行處理。

根據業主提供的平面圖及現場資料，場地地下室邊線東側約9m及北側約38m為市政道路、其余四周均為空曠段。根據《深圳市靈星雨科技大廈工程地下管線探測技術報告》成果資料，場地東側及北側靠近市政道路地段均設有雨水、污水、給水、電力、電信及燃氣等地下管線（管線類型、埋深及管徑大小等詳見下表所示），故設計和施工時需考慮基坑開挖對場地周邊地下管線的影響，除此之外，場地其余周邊無重要及地下管線等設備。

表1 場地周邊地下管線埋藏情況表

由此可見，該地基施工工程在施工工程過程中，由于地基水位比較高，施工環境比較復雜，因此不具備放坡開挖的施工條件，在工程施工的過程中，采用傳統的施工技術無法滿足該工程施工的需要。施工單位在工程施工的時候，還要考慮到施工工程對施工環境和市政設施的安全，所以在工程施工中，我們應考慮地基水位對周邊環境的影響。

3 深基坑開挖產生的影響

3.1 地下水位下降

一般來說，深基坑土體開挖，造成地下水位下降在基坑周邊產生位移，并可能擴展到地表面，影響地基反力的分布情況，基礎與地基之間的接觸面形式表現為“不緊密”或“脫開”的現象；為達到新的平衡，建筑物與基礎在上部荷載及自身荷載的共同作用下發生變形。它們的剛度強于地基剛度，由此帶來上部結構、基礎與土體變形不協調，并產生了沉降差。對鄰近環境有不良影響。

3.2 坑底土體隆起

當基坑開挖深度較淺時，卸去部分荷載后會基坑底部會產生回彈現象，從而導致支護結構被抬升起來，使基坑底部形成中間高，兩邊低的結構，使得基坑兩側受到的橫向壓力較小支護結構向兩側變形也較小。隨著基坑挖到較深處時，回彈后土體越來越多從而使基坑底部隆起也越來越明顯，基坑開挖較深使還會使坑底土體產生負孔隙水壓力，使得坑底土體較軟，吸水膨脹，加劇了基底的隆起，同時產生了較大區域的塑性區在基底四周，當塑性區范圍達到一定程度時，最終會導致基坑失穩。

3.3 圍護結構墻體的變形

圍護結構墻體變形會引起地層變形，這是由于沿著水平方向使基坑外圍土體的原始應力發生了改變，而在挖除基坑內的土體之后，圍護結構墻體受到基坑外側主動土壓力的作用，坑底圍護結構內側則受到全部或部分被動土壓力作用，圍護結構墻體因不平衡土壓力會產生豎向位置的改變和水平方向的形變，進而又導致被動上壓力和主動土壓力區的土體形成位移，位于圍護結構墻體外側的主動土壓力區的土體向坑內側產生位移，導致背后土體水平剪力增大而應力減小，出現塑性區，位于墻后的土體產生地層損失會導致地表的下沉；而在基坑開挖面以下的被動區土體則向坑內位移，水平應力進一步增大致使坑底土體產生橫向擠壓和向上鼓包隆起，產生局部塑形區。

4 地下水位下降對周邊環境的損害影響

4.1 地下水位下降

基坑開挖后，由于坑壁側壁土被挖除的卸載作用，改變了原場地土體的平衡條件，無論是放坡開挖還是有圍護結構支護開挖，土體都將在新的力系作用下產生相應的變形，最終達到新的平衡；而根據實際工程的需要，大部分基坑工程都要伴隨著降水的進行，基坑降水后會改變周邊土層中的地下水位和應力場，使土層會產生滲透固結和蠕變，導致基坑近鄰地表沉降和圍護結構變形，從而影響鄰近建筑物和地下管線的正常使用甚至破壞。

4.2 基坑井點降水

基坑開挖時，地下水滲流較大，止水帷幕并不能完全阻隔地下水，使基坑內外側都會滲入地下水。如果將地下水位降低后，基坑周圍土中的孔隙水壓力較小，從而減少了壓力水的滲入，通過對太沙基有效應力原理分析來看，如果增加了土中的有效應力，水力坡度也會增加，在總應力不變的情況下，滲透壓力對土體顆粒產生擠密，從而被流水帶走，出現“流土”現象，使得圍護結構墻后的地層產生變形。如果采用基坑井點降水，會形成一道真空帷幕（負壓）在基坑周圍，使土體顆粒產生移動和擠壓朝著負壓方向，從而導致周圍地層的下降。但對于基坑底部整體來講，采用基坑降水具有良好的作用，使基坑底部土體的抗剪強度整體提高，最終提高了基坑的穩定性。

4.3 地下水位在基礎底面以下變化

地下水位的下降不僅對鄰近建筑物有影響，還會造成地層變形。若地下水位僅僅是在基礎底面發生變化時，對結構影響并不大，但是地下水位上升沒過基礎底面會浸濕和軟化地基土，增大了地基壓縮性，降低了地基承載力，如果地下水位均勻下降時，會增大地基土的有效應力，基礎會產生較均勻的沉降；如果由于地基土層中存在各種因素到時地下水位不均勻下降時，基礎就會產生不均勻沉降，會導致建筑物外墻產生裂縫或使建筑物傾斜，嚴重時會開裂直至破壞。

5 防止降水引起沉降發生，減少破壞的措施

5.1 做好監測工作

建議對靈星雨科技大廈進行沉降變形和豎向變形的現場監測，并及時掌握監測變形結果，進行及時的房屋安全性分析。確保能夠提供有效及時的觀察到地下環境的變化，并制定相應的措施來預防險情的發生。

5.2 做好地下水回灌補給工作

項目建設單位應抓緊時間進行地下水回灌補給；同時必須加快組織基礎工程施工作業，基坑的長期暴露，將對地下水的相對平衡和穩定產生不利影響，從而對周邊管線造成不利的影響。

6 結束語

本工程施工中遵循“動態法設計，信息化施工”的原則，根據現場工程地質狀況、施工條件的變化，及時變更、調整施工方案，特別是影響周邊建筑設施的部位。做到實時的預測，以采用合理的降水形式和降水井布置等。或采用回灌井、止水帷幕等減小基坑周圍土體總沉降和不均勻沉降，使降水對周圍環境影響做到最小。

[1]邱玉，蔣洪勝.基坑降水對周邊建筑物影響的理論分析 [J].2012

[2]趙花麗.深基坑工程的現狀與發展 [J].2005.

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P66[文獻碼]B

1000-405X（2016）-5-395-2