复杂环境下高层建筑深基坑施工探讨

高超巧

(福建省大田县住房和城乡规划建设局　福建大田　366100)



复杂环境下高层建筑深基坑施工探讨

高超巧

(福建省大田县住房和城乡规划建设局福建大田366100)

高层建筑深基坑施工面临着日益复杂的周边环境，文章主要探讨地下水对高层建筑深基坑施工的影响，高层建筑深基坑施工对周边建筑和管线的影响与处置方式，最后提出复杂环境下高层建筑深基坑施工的综合解决方法——混凝土钢桩支护法。

高层建筑；复杂环境；深基坑施工

0　引言

随着国民经济的快速发展，城市建设用地的制约，高层建筑多集中于城市中心，高层建筑的建设开发促使深基坑工程快速发展，基坑工程数量日益增多，规模日益增大。高层建筑深基坑施工常在管线密布、建筑物密集、车流和人流量大的复杂环境下进行，深基坑施工造成地基变形将危害到临近建筑物、市政管线，并可能影响周围居民的人身安全[1]。

为保证高层建筑的结构安全，在深基坑施工方案实施前对周边建筑、市政管线、地下水情况等进行充分的勘探，制定相应的处置措施，以解决高层建筑在复杂环境下的深基坑施工问题，对深基坑施工有一定的参考与借鉴价值。

1　地下水对深基坑的影响与解决措施

1.1地下水对深基坑的影响

深基坑的水源往往具有复杂性，地表水或地下水、雨水或原有管道渗水等都可能直接导致地下水位过高。城市建设中,相当部分的基坑工程事故是由于基坑开挖引发地下水变动引起[2]。深基坑的开挖不仅要保证基坑的稳定,还要满足变形控制的要求,以确保基坑周围建筑物、构筑物、地下管线及道路等设施的稳定。地下水对深基坑的影响主要表现在以下几方面[3]：

(1)地下水的存在可能造成施工的困难,常常会使支护结构在嵌固深度不足条件下工作；

(2)地下水可能引起锚杆或周围土体之间握裹力的降低从而降低抗拔力；

(3)地下水的存在会影响水平荷载的取值大小，从而可能直接造成支护结构失效或过大的位移；

(4)地下水的存在可能降低支护体系的整体稳定性，从而影响到基坑的稳定；

(5)地下水控制不当,可能造成潜蚀,严重时威胁基坑的整体稳定。

1.2解决措施

(1)处置地下水应采取 “疏堵结合”的基本原则。堵主要用于地下水为潜水、包气带水或者是承压水水压不太大的情况下,指通过有效手段在基坑周围形成止水帷幕,将地下水止于基坑之外,如粉(浆)喷桩帷幕、高压旋喷桩、沉井法、灌浆法以及地下连续墙等；疏主要用于承压水水压很大时,为防止基坑突涌,则将基坑范围内的地表水与地下水排除,如采用明沟排水、井点降水等。

(2)降水井的具体施工方法。高层建筑一般多位于城市中心繁华地带，对于施工环境的要求较高，为避免城市环境因为土方时开挖受到严重污染，本文主要对降水井的具体施工方法进行探讨，具体如下：

①施工前应当对施工区域进行实际地质勘探，判断是否会因为进行降水而导致地基沉降现象，若沉降量较为明显的话，应当对周边建筑因为降水而产生的沉降量和倾斜量进行计算，只有在计算最小允许值达标后，方可边挖边做一道“幕帘”——即通过高压喷射混凝土对土体进行封闭。

②根据实际勘探结果进行降水井的布设，应当注意避开地下管线，特别注意滤水设备严禁放置到泥砂层当中，如果勘探到地质夹层中含有较厚的砂卵石时，应当将滤水器放到该层，这样能够避免泥砂混入，导致滤水器发生堵塞，直接影响出水的大小。高层建筑的深基坑面积一般较大，布设时还应当注意在周边位置多布设降水井、中间位置则可以相对减少布设数量；在出水量明显较多的位置应当重点加强布设数量，这样能够保证降水过程整体基坑的水稳平衡。

③采用水冲反循环钻机钻孔，确保孔径不小于60cm，深度大于设计深度，并保证钻孔圆正垂直，经常采集渣样，观察是否处于砂卵石层，井管采用单节长度1m的无砂滤管，接头可采用尼龙网进行包裹，降水作业过程应对抽水设备和运行状态进行维护检查，同时还需要根据实际降水要求及时更换水泵，每天的检查不应小于3次，并应观测记录水泵出水、各连接部位密封情况等；降水期间不允许停抽，所以要有备用设备以及备用电源，避免因为停电或者设备烧毁等突发情况，从而影响正常降水作业。

为保证基坑施工安全，降水时应加强对周围建筑物的观测。在降水影响范围外建立水准点，降水前对建筑物进行观测，并进行记录。降水开始阶段每天观测两次，进入稳定期后，每天可以只观测一次。

2　深基坑开挖对周边建筑的影响与解决措施

2.1深基坑开挖对周边建筑的影响

深基坑开挖对邻近建筑有不同程度的影响。基坑开挖不当可能引起邻近建筑的倾斜、开裂甚至更严重的破坏。按照地基承载力理论,深基坑的开挖还会影响已有的邻近建筑地基承载力,因为基坑的开挖意味着邻近建筑地基周边超载的减小。开挖过程中,对相邻建筑基础的埋置深度有很大影响[4]。

2.2解决措施

(1)做好预防措施。基于此种情形，尤其是在需要降水的环境下，就更加需要预防深基坑对周边建筑的影响：因为在降水过程中，受其施工特性影响，必然引起地面沉降。为降低深基坑开挖对周边建筑的影响，可在降水井点和建筑物间设置一排的降水点，在降水井抽水的时，向这一排降水点中灌入降水井中抽上来的水，保证其原有的地下水位平衡，避免因为降水施工使得周边建筑因为沉降出现开裂。降水开始后，随时监测周边建筑尤其是高层建筑的沉降、倾斜等动态变化，根据测量观测记录，控制降水时间和间隔，保证深基坑的施工顺利进行。

(2)采用桩基础联合支护施工工艺。在降水处理完毕之后或者深基坑本身不存在降水问题时，为避免深基坑影响周边建筑的正常使用，可以考虑桩基础联合支护施工工艺。在临近周边建筑边线上，打入一排钢管桩，实际施工间距以及钢管尺寸由现场实际情况而定，一般钢管间距取1m～2m、钢管直径取1m～2m，钢管长度根据基坑高度设定，并在钢管顶端拦设一道工字钢做连接加强之用，必要时可在钢管中灌注混凝土以加强整体性。坡面铺设钢筋网并喷射混凝土，必要时则增设锚杆或土钉锚固，锚杆或土钉尽量使用梅花型布置。使用条件允许的情况下，为节省成本，可考虑进行放坡施工。

(3)做好调查预控措施。毗邻建筑物的深基坑施工质量,从场地勘察、邻近建筑物基础埋深、场地地质、水文等调查开始，对开挖、支护及降水等进行详细合理的方案设计。严格控制开挖顺序、开挖深度、钢管间距、设置预应力锚杆等施工过程；严格进行边坡位移以及邻近建筑物的沉降倾斜监测；积极采取质量预控措施等,完全可以保证深基坑施工的工程质量和邻近建筑物、市政管线安全。

3　深基坑施工对地下管线的影响与解决措施

3.1深基坑施工对地下管线的影响

随着城市建设不断发展，大部分工程管线均埋置于地下，如：供水管线、供暖管线、供电管线、煤气管线、通信管线等，随着地下空间的利用越来越广泛，基坑开挖引起周边地下管线发生位移破坏的事故屡见不鲜。面临着复杂的基坑周边环境，对基坑支护及周边环境的保护提出更为严格的要求。为减少深基坑施工对地下管线的不良影响，基坑施工时应特别注意。

3.2解决措施

(1)施工前的技术准备

①对地质、环境条件进行核查和补充调查，对基坑开挖影响范围内所有管线进行普查，对管线的性质、材质、埋深和基坑的关系等方面仔细调查，必要时，开挖暴露出管线进行详查，在施工前对易导致灾情恶化的管线进行安全评估，取得其能承受的沉降和差异沉降的有关数据。

②加强和相关部门及管线权属单位的沟通、协调、配合，采取各种有效手段和方法，对管线设施情况进行详细调查，确保所提供的管线资料真实、准确、完整。在核查过程中如发现现场情况与设计图纸不符时，应绘制现状管线图并及时向项目管理单位、监理单位、设计单位和管线权属单位报告。

③制定专项的监控量测方案，做到信息化施工。根据风险评估结果制定相应的控制标准，设定相应的预警值、报警值、警戒值。加强基坑围护结构、地下管线的施工监测，严格控制地面沉降量和围护结构的水平位移。在基坑周边建筑物设置水平、垂直位移和倾斜的观测点；对基坑内外的地下水位变化引起的沉降进行监控，及时采取措施，保证基坑及周围建筑物的安全[5]。

(2)施工中的管线保护措施

①管线上方施工便道采取加强型施工便道，加强配筋、加厚便道厚度。

②根据调查所得的管线性质、材质、埋深和开挖基坑相互关系等资料，结合管线所属部门要求设定沉降变形报警值，在开挖前敷设跟踪注浆管，根据量测结果必要时对土体进行注浆，调整管线变形曲率，控制影响区、非影响区的差异沉降；对悬吊保护的电力管线，进行每日巡查。

③为方便施工过程中目标管理，根据基坑开挖不同施工阶段的影响程度评估结果，作为各不同施工阶段进行控制的依据；调查清楚管线的管井、阀门开关控制位置。

(3)做好各类管线的风险预案及有效措施

①首先应做好各类管线的风险预案，防止出现由于基坑施工造成的断水、断电、煤气泄露等安全生产事故。对于通信管线我们一般采用事前探测，确定线路的埋置深度和大致走向；基坑施工时邀请通信公司技术人员到场，一旦发生线路中断，现场进行及时修复，将损失降到最小。

②其次是各类水管的处置，水管一旦出现破损，将直接影响深基坑的承载能力，如果是上水管破裂将直接影响周边居民的生活用水的供应；如果是下水管破裂将间接影响周边作业人员的正常呼吸和工作；而且管道一旦破裂重新修补需要一定的时日，最终还将导致工期拖延。一旦遇到这种情况，建议关闸，改线处理。

③最后是用电线路和煤气线路，这两类线路，轻则造成一定的人员伤亡、重则将造成不可估量的重大损失。所以在深基坑的施工前期，应当与供电局及煤气公司做好沟通，共同维护好深基坑周边的施工环境。早期的管线，可能出现脱皮等现象，施工过程当中，应当利用施工的便利条件，对其进行再加固处理，以免施工过程当中存在安全隐患。

4　复杂环境下高层建筑深基坑施工方法——混凝土钢桩支护法

高层建筑深基坑施工面临着地下水、毗邻建筑、市政管线等多因素的影响，在实际施工中存在一定难度。结合以往施工经验，推出一种混凝土钢桩支护法，这种支护结构是有效的将钢板桩支护、地下连续墙支护、锚杆支护等多种支护的优点集合起来的支护方法，不仅施工具有快速性，而且具有较强的经济性和实用性，对于临界距离过小的含水边坡的实际施工具有较好的指导意义，也更加符合复杂环境中的深基坑的施工作业。具体施工方法如下：

(1)降水工程施工结束后，受施工场地的局限，与周边的建筑红线间距一般偏小，所以首先在临界边坡处按间距1m～2m位置设置一排5米左右的空心钢管(钢管的具体长度随着施工的位置不同而不同)，钢管直径为50cm，根据施工现场需求打入深基坑设计坑底位置以下1m～2m，钢管施工过程中应当注意控制在同一直线断面上，钢管不允许出现明显倾斜，钢管一侧应当紧贴临界侧边墙施工，以加强该侧的抗压能力。

(2)其次，下方围绕钢管设置一道40cm～60cm高，宽度大于钢管直径5cm～10cm的连续矮墙，该矮墙可考虑使用木模施工，如遇地下管道时，便于将管道包裹其中避免管道外露出现锈蚀现象。墙内可设置一道横向的(土工布包裹波纹管)排水管道，管道口可直接汇入降水井，以保证临界建筑物下方土体的控水平衡，避免水土流失。

(3)最后在钢管顶端设置一道钢板，钢板可采用工字钢或槽钢，将其打入墙体，从而起到抵挡上部土体和水源的作用(图1)。

图1　混凝土钢桩支护成型示意图

当具体施工过程当中，出现降水效果不明显的情况时，还能通过加强钢桩进行深基坑的墙体巩固，从而确保施工的质量和进度。需要加强时，可选择较高标号混凝土加入钢管内,因为是加强段，则要求严格控制混凝土搅拌时间，有效提高搅拌的均匀性，从而提高结构的整体质量，之后还可利用高压喷射设备将混凝土浆液喷至垂直开挖的深基坑表面，从而提高深基坑的防水性能。最后还可加锚杆进行固定，锚杆能够有效的承受土体和水源压力，从而提高工程结构的整体稳定度，但是在基坑土质为有机土或者液限50%以上的黏性土以及密度0.3以下的砂土时则不适合使用锚杆。此施工方法在遇到突发状况的时候也同样能够节省出足够多的时间，解决施工场地过于狭小的问题，确保施工安排能够顺利进行。

5　结语

城市建筑用地越来越紧张的今天，高层建筑面临越发复杂的周边环境，深基坑施工技术需要不断完善，通过对施工过程的严格管理，进一步结合施工现场实际复杂环境，逐步提高新建高层建筑在复杂环境条件下深基坑施工管理水平，确保高层建筑基础的安全稳固以及正常使用寿命的延长。

[1]黄茂松,王卫东,郑刚.软土地下工程与深基坑研究进展[J].土木工程学报,2012,45(6)：146-161.

[2]于英武，李占华，魏茂杰 . 深基坑地下水控制技术研究[J].地下水，2007，29(3)：36-38.

[3]王廷哲. 地下水对基坑开挖的影响以及预防措施的理论研究[J].科技创新导报，2010，19：117-120.

[4]黄明，赵广强. 某基坑开挖对相邻高层建筑的影响分析[A].天津大学.第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].天津：天津大学，2009：4.

[5]焦骞欧. 基坑开挖对周边地下管线的影响分析及保护措施[J]. 天津建设科技，2014，S1：34-36.

Discussion on Deep Excavation Construction of High-rise Buildings in Complex Environment

GAO Chaoqiao

(housing and urban and rural planning construction bureau of Datian,Datian 366100)

Deep pit construction of high-rise buildings facing increasingly complex environment, this paper mainly discusses the impact of underground water on the deep foundation pit construction of high-rise buildings; high-rise building deep foundation pit construction of influence and disposal the surrounding buildings and underground lines. Finally, the complex environment integrated solution rise building deep foundation pit construction - concrete steel piles law enforcement.

High-rise building;Complex environment;Deep excavation construction

高超巧(1975.9-)，男，工程师。

E-mail:286294886@qq.com

2016-06-28

TU7

A

1004-6135(2016)08-0072-04