淺談城市深基坑工程對(duì)地下環(huán)境的影響

張 舵 王 楓 宋亞麗

1 鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院（450001） 2 濟(jì)源市規(guī)劃設(shè)計(jì)服務(wù)中心（454650）

0 引言

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)已經(jīng)建成的高層建筑面積已超過(guò)1.3億m2。其中高度超過(guò)100 m的超高層建筑已超過(guò)200幢。已建成高度超過(guò)200 m的超高層建筑達(dá)20余座。其中上海金茂大廈建筑面積29萬(wàn)m2，地下三層，地上88層，建筑物高度360 m，塔尖標(biāo)高420.5 m;廣州中天廣場(chǎng)，建筑面積30.6萬(wàn)m2，主樓地下兩層，地上80層，高322 m，加塔樓高度為389.9 m。它們己經(jīng)躋身于世界百?gòu)?qiáng)超級(jí)巨廈之列。雖然我國(guó)在城市化進(jìn)程中的建筑成就非常顯著，但是這些高層建筑所帶來(lái)的深基坑工程對(duì)城市環(huán)境的影響卻更加不容忽視。

1 基坑開(kāi)挖對(duì)城市地下環(huán)境的影響

1.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)城市地下環(huán)境的影響

1）由于地下環(huán)境的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)師往往無(wú)法控制基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和位移，而位移和變形將為環(huán)境造成巨大的影響。支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和位移對(duì)城市地下環(huán)境的影響表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①支護(hù)結(jié)構(gòu)本身發(fā)生破壞，導(dǎo)致基坑邊坡發(fā)生失穩(wěn)；②支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生整體破壞導(dǎo)致基坑隆起；③基坑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形隆起，對(duì)鄰近的建筑物造成不良的影響，導(dǎo)致鄰近建筑物變形開(kāi)裂等。

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)變形和位移的機(jī)理。①對(duì)于擋土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，造成破壞的原因除了設(shè)計(jì)原因外，主要是施工的問(wèn)題。例如∶擋土墻施工的過(guò)程中的混凝土澆筑質(zhì)量的缺陷；鋼筋綁扎質(zhì)量問(wèn)題；施工過(guò)程中施工單位沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，發(fā)生超挖等不良現(xiàn)象。因此，在土體的開(kāi)挖階段應(yīng)按照?qǐng)D紙的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制土方的開(kāi)挖量；②對(duì)于支撐體系來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)注意支撐的壓彎以及支撐體系與結(jié)構(gòu)之間的連接問(wèn)題等。支撐體系發(fā)生破壞所造成的危害是很嚴(yán)重的，它可直接造成擋土結(jié)構(gòu)的傾斜甚至直接向坑內(nèi)坍塌。所以，在所有的基坑工程中，都應(yīng)加強(qiáng)對(duì)支撐體系變形和位移的監(jiān)測(cè)和監(jiān)控；③深基坑工程往往施工周期較長(zhǎng)，期間可能會(huì)由于強(qiáng)降雨的影響導(dǎo)致基坑內(nèi)部積水過(guò)多，使得粘性土發(fā)生流變性，增大了擋土結(jié)構(gòu)的位移和變形。

1.2 基坑降水對(duì)城市地下環(huán)境的影響

1）城市地下水位下降對(duì)環(huán)境的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面。①地下水位的下降會(huì)導(dǎo)致地面下沉;②地下水滲透破壞引起基坑的坍塌;③由于基坑地下水位下降過(guò)快，水頭差過(guò)大造成管涌和流沙導(dǎo)致基坑開(kāi)裂。所以在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先采用井點(diǎn)管降水的方式來(lái)降低地下水位，這有利于土體的固結(jié)，促使邊坡穩(wěn)定，增大地基承載力并能有效的防止管涌和流土的現(xiàn)象發(fā)生。

2）地下水位下降引起城市地下環(huán)境變化的機(jī)理。①地下水位降低減少了地下水對(duì)地基土的浮力,因此地基土由于自重應(yīng)力的增大而進(jìn)一步固結(jié)；②由于孔隙水從土體中逐漸排除，降水過(guò)程中常會(huì)發(fā)生水流帶走部分微細(xì)顆粒的現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致周圍地面的土體發(fā)生沉降。如果地下水降低不均勻則會(huì)造成周圍建筑物的不均勻沉降。周圍建筑物會(huì)發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生倒塌事故；③深基坑降水往往會(huì)導(dǎo)致基坑內(nèi)外出現(xiàn)較大的水頭差，在動(dòng)水頭壓力的作用下，基坑底部會(huì)發(fā)生管涌和流土等不良地質(zhì)現(xiàn)象，引起基坑的坍塌。

1.3 基坑施工中的其他注意問(wèn)題

1）水患問(wèn)題。無(wú)論是地上、地下水或是各類管道滲漏水，還是基坑內(nèi)積水，都可能對(duì)基坑穩(wěn)定造成危害，繼而對(duì)基坑周圍的環(huán)境造成不可估量的損失。

2）施工震動(dòng)問(wèn)題。基坑施工中的打樁工程會(huì)產(chǎn)生大能量的震動(dòng)或較大能量的高頻振動(dòng)，均會(huì)對(duì)基坑周邊的建筑物結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生影響。

2 基坑工程中對(duì)城市地下環(huán)境的保護(hù)

我國(guó)已經(jīng)積累很多基坑開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)周圍環(huán)境保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。例如∶對(duì)進(jìn)坑內(nèi)外的基礎(chǔ)加固、在基坑與建筑物之間設(shè)置隔斷和構(gòu)筑物、選用剛度較大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)等等。

2.1 基坑降水防治措施

基坑降水前，應(yīng)考慮到水位降低區(qū)域內(nèi)的建筑物（包括市政地下管線）等可能產(chǎn)生的沉降和水平位移。施工前，必須了解鄰近建筑物或構(gòu)筑物的原有結(jié)構(gòu)，地基與基礎(chǔ)的詳細(xì)情況，如影響使用和安全時(shí)，應(yīng)同有關(guān)單位采取措施處理。例如在開(kāi)挖基坑四周預(yù)先做止水帷幕或回灌水。

應(yīng)優(yōu)先采用擋水作用的支護(hù)結(jié)構(gòu)，如采用深層攪拌樁、鋼板樁、混凝土灌注樁或地下連續(xù)墻等。盡可能把降水井點(diǎn)立管埋設(shè)在支護(hù)墻的內(nèi)側(cè)，井點(diǎn)立管的深度應(yīng)該淺于支護(hù)墻的深度。

2.2 基坑變形的控制措施

基坑開(kāi)挖引起維護(hù)墻體變形以及基坑底部土體回彈變形是基坑周圍土體變形產(chǎn)生的源頭所在，因此控制基坑圍護(hù)墻變形以及基坑回彈是控制整個(gè)深基坑工程變形和位移的關(guān)鍵。在基坑的開(kāi)挖過(guò)程中，適當(dāng)減少每步開(kāi)挖土方的空間尺寸、減少每步開(kāi)挖所暴露的基坑擋墻的無(wú)支撐暴露時(shí)間，是運(yùn)用時(shí)空效應(yīng)原理合理發(fā)揮土體自身的抵抗變形的潛力,從而解決深基坑穩(wěn)定和變形問(wèn)題的基本對(duì)策。理論和實(shí)踐均表明隨著基坑開(kāi)挖深度的增加，基坑周圍土體的塑性區(qū)域發(fā)展，基坑的變形速率也逐漸增加。因此，施工方在施工時(shí)應(yīng)特別重視基坑開(kāi)挖的步驟，嚴(yán)格控制基坑無(wú)支撐暴露時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

基坑開(kāi)挖對(duì)城市地下環(huán)境的影響越來(lái)越受到各方面的重視。因此，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中應(yīng)充分考慮工程本身以及工程周邊環(huán)境的因素，采取安全合理的基坑圍護(hù)、降水以及開(kāi)挖方式，減少基坑開(kāi)挖對(duì)城市地下環(huán)境的不良影響。

[1]建筑施工手冊(cè)（第五版）[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]基坑支護(hù)規(guī)范[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]鄧曉翔.井點(diǎn)降水對(duì)周圍環(huán)境的危害及預(yù)防措施[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008.