深基坑工程施工對周邊環境的影響及防治對策分析

賓志勇

摘 要：為了研究復雜基坑的變形問題，特別是對脆弱土的影響。采用等效抗彎剛度原理對支承結構進行簡化，建立了具有較高精度和效率的理論計算模型。本文對支護結構的變形效果進行了比較分析，提出了相應的防治對策。

關鍵詞：深基坑工程;施工;周邊環境;防治對策

結果表明，先采用分層開挖的雙排樁斜拉支護與樁錨聯合支護結構的北方基坑，對建筑物的變形有較大的影響。當基坑開挖到-2.80m時，基坑沉降變形率和水平變形率均較大。北方基坑開挖后，建筑物的沉降量已達到總沉降的4/5，后期的南基坑內支撐結構對相鄰建筑物的沉降變形影響不大。

一、基坑工程特點

在施工過程中，必須確保周圍環境，包括周圍建筑物、地下管線和周圍交通干線，因此，開挖程序和支護方案的選擇應更加謹慎。國內外許多學者和工程師對基坑開挖引起的建筑物變形進行了研究，分析了基坑開挖后圍護結構和建筑物監測數據的變化特征。此外，基坑往往毗鄰敏感的建筑物或結構，如市政管道，地鐵隧道和老建筑。在這種情況下，除了保證基坑工程的安全外，基坑開挖引起的，傳統的方法不能合理地進行基坑工程。數值分析由于考慮了，成為分析基坑開挖環境影響的有效方法。

基坑工程數值分析的關鍵問題在于土工模型的選擇。在Mohr-Coulomb模型、硬化土模型、Drucker-Prager模型和CaM粘土模型等已知的本構模型中，硬化土模型可以合理地模擬擋土墻的變形和周圍土體的移動，從而建立穩定的土體模型。

本文對基坑開挖對周圍環境的影響進行了數值分析。對幾條市政管線和一座基礎淺的舊建筑的變形進行了專門研究，以確定基坑支護結構是否滿足變形控制的要求。

二、深基坑工程施工對周邊環境的影響

（一）工程測量。1號基坑開挖位于濟南路北側，西城路西側，毗鄰大樓北側。這是一座24層的內科大樓和地下車庫.基坑整體形狀為矩形，東側長107米。該建筑南側的2號基坑是一座新的醫療技術建筑，希望與第一次開挖相連。基坑由新建醫療建筑和地下車庫兩部分組成。基坑南邊長69m左右，東西長108.5m左右，基坑開挖深度6.4m左右，建筑基礎埋深1.50m左右。復合地基采用粉噴樁處理[1]。

為保證基坑工程的安全，設計了雙層混凝土支撐的連續鉆孔灌注樁。截面尺寸分別為1200x800mm和1300x800mm，第二支座為第二支座。第一層和第二層支柱的截面酒窩離子分別為900×800mm和1000×800 mm。兩層混凝土支柱之間的垂直距離為5.5m。

數值模型為模擬基坑施工引起的環境變形，建立了兩個斷面的二維模型，用實體實例對土體進行了數值模擬。采用平臺單元對樁基和住宅結構進行了數值模擬。利用隧道單元對管道進行了數值模擬。用Goodman接觸單元描述地下結構與土的接觸行為。數值分析中，開挖深度為12.7m[2]。

（二）工程地質條件。擬建的立地地貌單元為黃河三角洲沖積平原。在施工場地范圍內，地層為第四紀地層，主要為混合填土、粉質粘土和部分淤泥[3]。

三、模型建設

利用柱、錨索和腰梁，并將一些荷載應用于建筑物基礎模型中，以代替現有建筑物。為了便于計算，本文根據等效抗彎剛度原理，將樁列等效為地下連續墻。排樁直徑用D表示，凈間距用t表示，隔墻長度是樁排與樁直徑的凈距離[4]。

（一）計算邊界條件。計算模型的底部采用垂直約束和水平約束，側面采用水平約束，上表面設置為自由曲面。柱采用垂直約束，底部采用固定約束。

（二）基坑開挖模擬對環境影響。通過在有限元軟件中建立階段管理，利用相應的土和支護結構的活化和鈍化來模擬施工條件。具體開挖模擬施工條件，對基坑開挖過程中相鄰建筑物的變形特性進行了分析，根據三維數值模擬的結果，得到了8種不同工況下建筑物的變形情況。根據不同工況對建筑物變形的影響，只在3/415/6/719工況下提取建筑物變形云圖、最終剖面變形云圖和基礎變形云圖。支護結構頂部的最大水平位移和建筑物的沉降值均在設計要求的控制范圍內，符合基坑開挖變形規律。結果表明，三維數值模擬能較好地反映基坑開挖的實際情況。在基坑開挖過程中，由于圍護結構內部土體的開挖和卸荷等諸多因素的影響，下部土體的應力狀況發生變化，導致基坑底部土體回彈，基坑底部回彈不可避免地導致周圍土體的移動。此外，圍護結構兩側的應力也失去了原有的平衡，導致圍護結構水平位移。基坑塌方多為措施不力或麻痹心理所致，而一旦形成塌方事故，特別是造成人員傷亡和鄰近建筑物傾斜，塌陷時，處理起來就非常麻煩，不僅造成巨大經濟損失，而且拖延工期，甚至給已有建筑物的安全留下隱患。

四、深基坑工程施工防治對策

（一）深基坑支護結構的選擇。重力式支護結構主要是深層攪拌水泥土樁擋墻和旋噴樁帷幕墻，其中，深層攪拌水泥樁擋墻擋水效果好，剛度、抗彎能力較小，適用于不是很深的基坑。而旋噴樁帷幕墻作用與深層攪拌水泥土樁擋墻類似，但工藝有所不同。可按重力式擋土墻的設計方法進行計算。幾種基坑支護組合結構形式：當基坑開挖深度小于12m、場地周邊開闊、有條件采用預應力鋼筋或花籃螺絲拉緊時，可采用地面拉結與支護樁結構。當基坑開挖深度小于20m時，若對基坑周邊的變形有嚴格要求，可采用基坑工程逆作法;若鄰近基坑邊有重要建筑物或地下管線、基坑周圍不具備放坡條件，可采用組合式支護結構;若為基坑周圍施工場地狹小、鄰近基坑邊有建筑物或地下管線需要保護，且土體變形控制要求嚴格的工程，可采用墻式擋土結構（有撐、錨），但在軟土地質條件下，優先考慮內支撐，采用支撐（錨）式排樁支護結構[5]。

（二）通過搞好施工前的預控。調查分析基坑周邊環境，采取相應措施保護原有建筑物。調查基坑周邊的地下設施，地下管線，特別是城市給排水管網和直埋電纜、光纜，不僅要查清位置、數量和結構情況，而且要與有關部門協商制訂保護措施。認真熟悉施工圖紙，核對基礎及地基相關尺寸以及基坑邊線與周邊環境的關系和尺寸，認真分析相互影響，既要保證設計意圖，又要保證鄰近建筑物與設施的安全。了解基坑施工所需資源條件和施工條件，包括當地的氣象資料，當地的建材市場，當地的土方機械、排水機械，當地的排水系統等情況。如為深基坑應有專項設計，并按設計編制施工方案，完成向監理單位的報審工作。

通過上述研究，我們可以得出以下結論：

（1）與建筑物相鄰的基坑，隨著北基礎的開挖，建筑物基礎的水平位移和沉降均呈上升趨勢，接近3倍。南方基坑開挖時，北基坑樁柱水平位移迅速減小，但建筑物沉降變形很小。

（2）基坑開挖到總深度的113時，對周圍土層有很大的擾動，建筑物基礎沉降變形率最高，應成為工程的關鍵監測期。

五、結束語

總之，在基坑開挖與支護期間，對支護結構進行現場觀測，隨時掌握土層與支護結構的變化情況。將觀測的結果與設計值對比，并根據對比分析的結果，采取必要的措施，防止塌方事故的發生，確保工程順利進行。

參考文獻：

[1] 鄭漢欽. 城市深基坑工程施工對周邊環境的影響及防治措施[J]. 居業，2017（1）：115，117.

[2] 王志新，劉雙. 淺談聊城市深基坑工程對周邊環境的影響及其防治對策[J]. 城市建設理論研究（電子版），2013（15）.

[3] 陳毅華. 明挖深基坑降水施工對周邊環境的影響及對策[J]. 建筑工程技術與設計，2017（22）：1408-1408.

[4] 喻軍，陳金祥，姜天鶴，等. 軟土地基非對稱深大基坑施工對周邊土工環境的影響與防治對策[Z]. 浙江省建設投資集團有限公司. 2015.

[5] 莫桂龍. 深基坑降水工程對周邊環境的影響及對策[J]. 建材發展導向，2014（1）：73-75.