浅谈城市深基坑工程对地下环境的影响

2012-04-10宋亚丽

河南建材 2012年5期

张舵王枫宋亚丽

1 郑州大学土木工程学院（450001） 2 济源市规划设计服务中心（454650）

0 引言

据不完全统计，我国已经建成的高层建筑面积已超过1.3亿m2。其中高度超过100 m的超高层建筑已超过200幢。已建成高度超过200 m的超高层建筑达20余座。其中上海金茂大厦建筑面积29万m2，地下三层，地上88层，建筑物高度360 m，塔尖标高420.5 m;广州中天广场，建筑面积30.6万m2，主楼地下两层，地上80层，高322 m，加塔楼高度为389.9 m。它们己经跻身于世界百强超级巨厦之列。虽然我国在城市化进程中的建筑成就非常显著，但是这些高层建筑所带来的深基坑工程对城市环境的影响却更加不容忽视。

1 基坑开挖对城市地下环境的影响

1.1 支护结构对城市地下环境的影响

1）由于地下环境的复杂性，设计师往往无法控制基坑支护结构的变形和位移，而位移和变形将为环境造成巨大的影响。支护结构的变形和位移对城市地下环境的影响表现在以下几个方面。①支护结构本身发生破坏，导致基坑边坡发生失稳；②支护结构发生整体破坏导致基坑隆起；③基坑结构发生变形隆起，对邻近的建筑物造成不良的影响，导致邻近建筑物变形开裂等。

2）支护结构变形和位移的机理。①对于挡土结构来说，造成破坏的原因除了设计原因外，主要是施工的问题。例如∶挡土墙施工的过程中的混凝土浇筑质量的缺陷；钢筋绑扎质量问题；施工过程中施工单位没有严格按照设计图纸的要求，发生超挖等不良现象。因此，在土体的开挖阶段应按照图纸的设计要求严格控制土方的开挖量；②对于支撑体系来说，应当注意支撑的压弯以及支撑体系与结构之间的连接问题等。支撑体系发生破坏所造成的危害是很严重的，它可直接造成挡土结构的倾斜甚至直接向坑内坍塌。所以，在所有的基坑工程中，都应加强对支撑体系变形和位移的监测和监控；③深基坑工程往往施工周期较长，期间可能会由于强降雨的影响导致基坑内部积水过多，使得粘性土发生流变性，增大了挡土结构的位移和变形。

1.2 基坑降水对城市地下环境的影响

1）城市地下水位下降对环境的影响主要表现在以下三个方面。①地下水位的下降会导致地面下沉;②地下水渗透破坏引起基坑的坍塌;③由于基坑地下水位下降过快，水头差过大造成管涌和流沙导致基坑开裂。所以在基坑开挖的过程中，应优先采用井点管降水的方式来降低地下水位，这有利于土体的固结，促使边坡稳定，增大地基承载力并能有效的防止管涌和流土的现象发生。

2）地下水位下降引起城市地下环境变化的机理。①地下水位降低减少了地下水对地基土的浮力,因此地基土由于自重应力的增大而进一步固结；②由于孔隙水从土体中逐渐排除，降水过程中常会发生水流带走部分微细颗粒的现象，这会导致周围地面的土体发生沉降。如果地下水降低不均匀则会造成周围建筑物的不均匀沉降。周围建筑物会发生开裂现象，严重时甚至会发生倒塌事故；③深基坑降水往往会导致基坑内外出现较大的水头差，在动水头压力的作用下，基坑底部会发生管涌和流土等不良地质现象，引起基坑的坍塌。

1.3 基坑施工中的其他注意问题

1）水患问题。无论是地上、地下水或是各类管道渗漏水，还是基坑内积水，都可能对基坑稳定造成危害，继而对基坑周围的环境造成不可估量的损失。

2）施工震动问题。基坑施工中的打桩工程会产生大能量的震动或较大能量的高频振动，均会对基坑周边的建筑物结构的安全性产生影响。

2 基坑工程中对城市地下环境的保护

我国已经积累很多基坑开挖过程中对周围环境保护的经验和教训。例如∶对进坑内外的基础加固、在基坑与建筑物之间设置隔断和构筑物、选用刚度较大的围护结构等等。

2.1 基坑降水防治措施

基坑降水前，应考虑到水位降低区域内的建筑物（包括市政地下管线）等可能产生的沉降和水平位移。施工前，必须了解邻近建筑物或构筑物的原有结构，地基与基础的详细情况，如影响使用和安全时，应同有关单位采取措施处理。例如在开挖基坑四周预先做止水帷幕或回灌水。

应优先采用挡水作用的支护结构，如采用深层搅拌桩、钢板桩、混凝土灌注桩或地下连续墙等。尽可能把降水井点立管埋设在支护墙的内侧，井点立管的深度应该浅于支护墙的深度。

2.2 基坑变形的控制措施

基坑开挖引起维护墙体变形以及基坑底部土体回弹变形是基坑周围土体变形产生的源头所在，因此控制基坑围护墙变形以及基坑回弹是控制整个深基坑工程变形和位移的关键。在基坑的开挖过程中，适当减少每步开挖土方的空间尺寸、减少每步开挖所暴露的基坑挡墙的无支撑暴露时间，是运用时空效应原理合理发挥土体自身的抵抗变形的潜力,从而解决深基坑稳定和变形问题的基本对策。理论和实践均表明随着基坑开挖深度的增加，基坑周围土体的塑性区域发展，基坑的变形速率也逐渐增加。因此，施工方在施工时应特别重视基坑开挖的步骤，严格控制基坑无支撑暴露时间。