基坑開挖和減壓降水引起周邊民宅沉降的控制措施

管 飛

(上海市巖土地質研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

基坑開挖會引起原始地應力的釋放，造成周圍地層產生水平位移和沉降，從而使臨近的基坑的建筑物產生沉降和差異沉降。而對于坑底抗承壓水突涌穩定性不足的基坑還需要進行減壓降水；若承壓含水層巨厚，止水帷幕有時難以將其打穿從而形成懸掛式止水帷幕；這時候進行減壓降水也會使周邊地層的地下水位降低、地基產生固結沉降，從而加劇建筑物的沉降。尤其對于軟土地區采用天然地基的老舊建筑物[1,2]，控制基坑開挖和減壓降水引起的沉降往往決定了基坑工程的成敗。

1 項目概況

1.1 工程簡介

某商務辦公中心基坑工程位于上海市某區，基坑面積18 018 m2，周長661 m，普遍開挖深度約為10.3 m。

基坑平面圖如圖1所示。

圍護結構采用灌注樁擋土、三軸攪拌樁隔水、豎向設兩道鋼混凝土支撐。一般區域典型剖面如圖2所示。

1.2 地層條件

基坑開挖區域的各個土層的土性參數見表1。本場地第⑤2-1,⑤2-2層為微承壓含水層，第⑦層及第⑨層為承壓含水層。根據實測的為微承壓水頭計算，坑底有突涌風險，需要進行減壓降水。但是各承壓含水層彼此相通，厚度巨大，止水帷幕只能為懸掛式，不能隔斷坑內外的水力聯系。減壓降水可能會對周邊環境產生較大影響。

1.3 環境條件

基坑周邊各種房屋和市政設施均較多，尤其是北側有5棟6層磚混結構住宅，建于20世紀90年代，樓板和屋面板采用預制板，筏板基礎，基礎埋深約2.4 m，天然地基的持力層為第②粉質粘土層。其中A1和A2號樓位于基坑3倍開挖深度范圍內，A2號樓最近處，約為10.5 m。這兩棟樓是本工程環境保護的重點。

表1 地層參數表

2 沉降控制措施

2.1 圍護設計方案調整

基坑坑外土體和建筑物的水平位移和沉降與圍護樁的變形有直接的關系，因此，對臨近兩處民宅區域的基坑剖面設計做了加強(如圖3所示)，對支撐平面設計也做了優化(如圖1所示)，具體包括：

1)鉆孔灌注樁直徑增大為φ1 000@1 200 mm，增加樁長至21 m(插入深度12.30 m，插入比1.19)；

2)止水帷幕加強為雙排，排間搭接250 mm；止水帷幕與灌注樁之間采用φ400高壓旋噴樁加固，大大增加了止水帷幕的可靠性；

3)第一道水平支撐朝向民宅方向的對撐均設置了滿鋪并于支撐梁整澆的施工棧橋，除了可以提高出土效率以外，支撐的剛度大幅度提高。

2.2 坑內加固和坑外隔離

工程中，加固坑內土體、提高土體剛度可有效的控制圍護樁的變形；而設置隔離樁可切斷基坑變形引起的土體沉降槽。本工程以上兩種措施均加以使用，其中：坑內加固采用雙軸水泥土攪拌樁，為裙邊加固。坑外隔離樁采用鉆孔灌注樁，樁頂設鋼混凝土連梁；隔離樁與基坑距離5 m，與民宅之間距離最近處約5 m，具體見圖4。

2.3 坑外地下水回灌

在基坑與周邊建筑物之間布置回灌井，對⑤2-1砂質粉土層進行回灌。布置間距15 m，管井深度25 m。為了控制回灌的時機和回灌水量，于坑內坑外相應的位置均設置了水位監測井，實現抽水—回灌的一體化。

2.4 施工控制措施

本工程基坑所處土層淺層以淤泥質土為主，基坑變形的“時空效應”較為顯著。因此，施工單位細化了施工組織和施工控制：

1)對基坑自身和周圍環境對象進行監測，進行信息化施工。其中在重點被保護對象的民宅設置直接測點測量建筑物的沉降。

2)細化挖土方案，分塊挖土，先挖環境保護要求低的區塊，最后開挖臨近民宅處的基坑。

3)加快挖土速度，縮短基坑暴露時間；臨近民房區域限時完成土方開挖、墊層澆筑和底板施工。

3 工程實測

本基坑工程從圍護樁施工到結構地下室回填歷時11個月，對基坑和周圍環境進行了監測。數據顯示，周邊環境得到了良好的保護。

以建筑物A1為例，監測點平面布置如圖4所示，沉降變化曲線如圖5所示。距離基坑最近的J57測點的最終沉降達到了41.8 mm，而房屋的最大傾斜率約0.2%，處于安全范圍之內。工程結束后，再次對該房屋進行了檢測，房屋結構墻體和梁板構件未出現開裂等損傷現象，外墻門窗開關自如，未影響居民的使用。

4 結語

在各承壓含水層彼此相通，含水層巨厚的地質條件下，使用懸掛式止水帷幕的基坑進行減壓降水會使周邊地層產生固結沉降，從而加劇因基坑開挖引起的本已較為嚴重的建筑物沉降。因此，對于此類基坑，對于周邊采用天然地基的老舊建筑物的保護需多管齊下，多種措施聯合使用，具體包括：

1)加強圍護樁的剛度和插入比。

2)加長止水帷幕，增大坑內外地下水的滲流路徑，對重點設防的區域還需加厚加固止水帷幕。

3)加強支撐的剛度，尤其是指向被保護建筑物的對撐的剛度。

4)加固坑內被動區土體。

5)在被保護建筑物與基坑之間設隔離樁，切斷沉降槽。

6)對臨近建筑物區域的承壓含水層進行回灌，保持坑外地下水位的穩定。

7)利用“時空效應”原理合理優化施工組織設計，基于基坑監測和反饋進行信息化施工。

本工程表明，以上措施應用得當，可以保證臨近基坑的建筑物的安全。