深基坑施工过程中地下水位下降对周边环境的影响分析

2016-10-10冯亮勇

地球 2016年5期

关键词：围护结构深基坑管线

■冯亮勇

（广东省有色金属地质局九三二队广东韶关512026）

深基坑施工过程中地下水位下降对周边环境的影响分析

■冯亮勇

（广东省有色金属地质局九三二队广东韶关512026）

本文基于深圳市灵星雨科技大厦基坑支护设计资料,为减轻在建工程基坑施工过程中引起地下水位下降对周边环境的不利影响，防止引起周边埋置管线遭到破坏或者建筑物发生不均匀沉降事故，必须对周边环境进行周密的勘察还要在深基坑开挖前对地下水位时候下降有严格的判断，制定合理的地下水位勘测方案并有效地组织施工。本文对地下水位下降从而产生的影响做了严格的分析和研究，综合性的阐述了产生一系列不良因素的原因。

深基坑施工地下水位周边环境

1 引言

当今社会，随着我国建筑水平的不断提高，我国城市建设的规模以及人口都有了迅速的增长。同时作为当今社会建设的主要产物之一的高层建筑不仅在数量上越建越多，而且在高度上也越建越高，基坑的发展方向也是朝着大而深的方向发展，如果在基坑施工时将地下水位降低可以给施工人员提供干燥工作面，避免使地基面较潮湿，使基坑施工工作能在地下水位以上完成，这样给施工人员提供了方便和有利的环境，从而提高了施工质量。但降低地下水位也会造成一些不利影响，例如影响周边建筑物和管线埋置，如果忽视了这一方面因素，就会造成严重的后果。

2 工程概况

深圳市灵星雨科技大厦建设场地位于深圳市光明新区，双明大道南侧，高新路西侧，总用地面积约为8255m2,拟建1栋地上31层、地下3层、总建筑高度为130m的高新产业研发综合建筑及相关配套设施等，总建筑面积为99425m2。拟建建筑设地下室三层，建筑基底面积为3715m2，负一层地下室底板标高为7.00m，负二层地下室底板由此进行地下室施工开挖将在场地四周形成深度约为13.40-13.80m的基坑（本次设计基坑深度均按13.60m考虑），基坑开挖形状总体呈近似长方形状，平面尺寸南北长约95-105m，东西宽约75-85m，总周长约362m。根据业主提供的勘察及现场资料，组成基坑侧壁的土体主要为人工填土层、第四系冲洪积含砂粉质黏土层和中砂层、第四系残积砂质粘性土层及震旦系片麻岩层等，土体物理力学性能较差，为确保拟建建筑物、道路以及基坑周边建筑物的安全，基坑开挖和基础施工时必须对地下水进行处理。

根据业主提供的平面图及现场资料，场地地下室边线东侧约9m及北侧约38m为市政道路、其余四周均为空旷段。根据《深圳市灵星雨科技大厦工程地下管线探测技术报告》成果资料，场地东侧及北侧靠近市政道路地段均设有雨水、污水、给水、电力、电信及燃气等地下管线（管线类型、埋深及管径大小等详见下表所示），故设计和施工时需考虑基坑开挖对场地周边地下管线的影响，除此之外，场地其余周边无重要及地下管线等设备。

表1 场地周边地下管线埋藏情况表

由此可见，该地基施工工程在施工工程过程中，由于地基水位比较高，施工环境比较复杂，因此不具备放坡开挖的施工条件，在工程施工的过程中，采用传统的施工技术无法满足该工程施工的需要。施工单位在工程施工的时候，还要考虑到施工工程对施工环境和市政设施的安全，所以在工程施工中，我们应考虑地基水位对周边环境的影响。

3 深基坑开挖产生的影响

3.1 地下水位下降

一般来说，深基坑土体开挖，造成地下水位下降在基坑周边产生位移，并可能扩展到地表面，影响地基反力的分布情况，基础与地基之间的接触面形式表现为“不紧密”或“脱开”的现象；为达到新的平衡，建筑物与基础在上部荷载及自身荷载的共同作用下发生变形。它们的刚度强于地基刚度，由此带来上部结构、基础与土体变形不协调，并产生了沉降差。对邻近环境有不良影响。

3.2 坑底土体隆起

当基坑开挖深度较浅时，卸去部分荷载后会基坑底部会产生回弹现象，从而导致支护结构被抬升起来，使基坑底部形成中间高，两边低的结构，使得基坑两侧受到的横向压力较小支护结构向两侧变形也较小。随着基坑挖到较深处时，回弹后土体越来越多从而使基坑底部隆起也越来越明显，基坑开挖较深使还会使坑底土体产生负孔隙水压力，使得坑底土体较软，吸水膨胀，加剧了基底的隆起，同时产生了较大区域的塑性区在基底四周，当塑性区范围达到一定程度时，最终会导致基坑失稳。

3.3 围护结构墙体的变形

围护结构墙体变形会引起地层变形，这是由于沿着水平方向使基坑外围土体的原始应力发生了改变，而在挖除基坑内的土体之后，围护结构墙体受到基坑外侧主动土压力的作用，坑底围护结构内侧则受到全部或部分被动土压力作用，围护结构墙体因不平衡土压力会产生竖向位置的改变和水平方向的形变，进而又导致被动上压力和主动土压力区的土体形成位移，位于围护结构墙体外侧的主动土压力区的土体向坑内侧产生位移，导致背后土体水平剪力增大而应力减小，出现塑性区，位于墙后的土体产生地层损失会导致地表的下沉；而在基坑开挖面以下的被动区土体则向坑内位移，水平应力进一步增大致使坑底土体产生横向挤压和向上鼓包隆起，产生局部塑形区。

4 地下水位下降对周边环境的损害影响

4.1 地下水位下降

基坑开挖后，由于坑壁侧壁土被挖除的卸载作用，改变了原场地土体的平衡条件，无论是放坡开挖还是有围护结构支护开挖，土体都将在新的力系作用下产生相应的变形，最终达到新的平衡；而根据实际工程的需要，大部分基坑工程都要伴随着降水的进行，基坑降水后会改变周边土层中的地下水位和应力场，使土层会产生渗透固结和蠕变，导致基坑近邻地表沉降和围护结构变形，从而影响邻近建筑物和地下管线的正常使用甚至破坏。

4.2 基坑井点降水

基坑开挖时，地下水渗流较大，止水帷幕并不能完全阻隔地下水，使基坑内外侧都会渗入地下水。如果将地下水位降低后，基坑周围土中的孔隙水压力较小，从而减少了压力水的渗入，通过对太沙基有效应力原理分析来看，如果增加了土中的有效应力，水力坡度也会增加，在总应力不变的情况下，渗透压力对土体颗粒产生挤密，从而被流水带走，出现“流土”现象，使得围护结构墙后的地层产生变形。如果采用基坑井点降水，会形成一道真空帷幕（负压）在基坑周围，使土体颗粒产生移动和挤压朝着负压方向，从而导致周围地层的下降。但对于基坑底部整体来讲，采用基坑降水具有良好的作用，使基坑底部土体的抗剪强度整体提高，最终提高了基坑的稳定性。

4.3 地下水位在基础底面以下变化

地下水位的下降不仅对邻近建筑物有影响，还会造成地层变形。若地下水位仅仅是在基础底面发生变化时，对结构影响并不大，但是地下水位上升没过基础底面会浸湿和软化地基土，增大了地基压缩性，降低了地基承载力，如果地下水位均匀下降时，会增大地基土的有效应力，基础会产生较均匀的沉降；如果由于地基土层中存在各种因素到时地下水位不均匀下降时，基础就会产生不均匀沉降，会导致建筑物外墙产生裂缝或使建筑物倾斜，严重时会开裂直至破坏。