基坑开挖和减压降水引起周边民宅沉降的控制措施

管 飞

(上海市岩土地质研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

基坑开挖会引起原始地应力的释放，造成周围地层产生水平位移和沉降，从而使临近的基坑的建筑物产生沉降和差异沉降。而对于坑底抗承压水突涌稳定性不足的基坑还需要进行减压降水；若承压含水层巨厚，止水帷幕有时难以将其打穿从而形成悬挂式止水帷幕；这时候进行减压降水也会使周边地层的地下水位降低、地基产生固结沉降，从而加剧建筑物的沉降。尤其对于软土地区采用天然地基的老旧建筑物[1,2]，控制基坑开挖和减压降水引起的沉降往往决定了基坑工程的成败。

1 项目概况

1.1 工程简介

某商务办公中心基坑工程位于上海市某区，基坑面积18 018 m2，周长661 m，普遍开挖深度约为10.3 m。

基坑平面图如图1所示。

围护结构采用灌注桩挡土、三轴搅拌桩隔水、竖向设两道钢混凝土支撑。一般区域典型剖面如图2所示。

1.2 地层条件

基坑开挖区域的各个土层的土性参数见表1。本场地第⑤2-1,⑤2-2层为微承压含水层，第⑦层及第⑨层为承压含水层。根据实测的为微承压水头计算，坑底有突涌风险，需要进行减压降水。但是各承压含水层彼此相通，厚度巨大，止水帷幕只能为悬挂式，不能隔断坑内外的水力联系。减压降水可能会对周边环境产生较大影响。

1.3 环境条件

基坑周边各种房屋和市政设施均较多，尤其是北侧有5栋6层砖混结构住宅，建于20世纪90年代，楼板和屋面板采用预制板，筏板基础，基础埋深约2.4 m，天然地基的持力层为第②粉质粘土层。其中A1和A2号楼位于基坑3倍开挖深度范围内，A2号楼最近处，约为10.5 m。这两栋楼是本工程环境保护的重点。

表1 地层参数表

2 沉降控制措施

2.1 围护设计方案调整

基坑坑外土体和建筑物的水平位移和沉降与围护桩的变形有直接的关系，因此，对临近两处民宅区域的基坑剖面设计做了加强(如图3所示)，对支撑平面设计也做了优化(如图1所示)，具体包括：

1)钻孔灌注桩直径增大为φ1 000@1 200 mm，增加桩长至21 m(插入深度12.30 m，插入比1.19)；

2)止水帷幕加强为双排，排间搭接250 mm；止水帷幕与灌注桩之间采用φ400高压旋喷桩加固，大大增加了止水帷幕的可靠性；

3)第一道水平支撑朝向民宅方向的对撑均设置了满铺并于支撑梁整浇的施工栈桥，除了可以提高出土效率以外，支撑的刚度大幅度提高。

2.2 坑内加固和坑外隔离

工程中，加固坑内土体、提高土体刚度可有效的控制围护桩的变形；而设置隔离桩可切断基坑变形引起的土体沉降槽。本工程以上两种措施均加以使用，其中：坑内加固采用双轴水泥土搅拌桩，为裙边加固。坑外隔离桩采用钻孔灌注桩，桩顶设钢混凝土连梁；隔离桩与基坑距离5 m，与民宅之间距离最近处约5 m，具体见图4。

2.3 坑外地下水回灌

在基坑与周边建筑物之间布置回灌井，对⑤2-1砂质粉土层进行回灌。布置间距15 m，管井深度25 m。为了控制回灌的时机和回灌水量，于坑内坑外相应的位置均设置了水位监测井，实现抽水—回灌的一体化。

2.4 施工控制措施

本工程基坑所处土层浅层以淤泥质土为主，基坑变形的“时空效应”较为显著。因此，施工单位细化了施工组织和施工控制：

1)对基坑自身和周围环境对象进行监测，进行信息化施工。其中在重点被保护对象的民宅设置直接测点测量建筑物的沉降。

2)细化挖土方案，分块挖土，先挖环境保护要求低的区块，最后开挖临近民宅处的基坑。

3)加快挖土速度，缩短基坑暴露时间；临近民房区域限时完成土方开挖、垫层浇筑和底板施工。

3 工程实测

本基坑工程从围护桩施工到结构地下室回填历时11个月，对基坑和周围环境进行了监测。数据显示，周边环境得到了良好的保护。

以建筑物A1为例，监测点平面布置如图4所示，沉降变化曲线如图5所示。距离基坑最近的J57测点的最终沉降达到了41.8 mm，而房屋的最大倾斜率约0.2%，处于安全范围之内。工程结束后，再次对该房屋进行了检测，房屋结构墙体和梁板构件未出现开裂等损伤现象，外墙门窗开关自如，未影响居民的使用。

4 结语

在各承压含水层彼此相通，含水层巨厚的地质条件下，使用悬挂式止水帷幕的基坑进行减压降水会使周边地层产生固结沉降，从而加剧因基坑开挖引起的本已较为严重的建筑物沉降。因此，对于此类基坑，对于周边采用天然地基的老旧建筑物的保护需多管齐下，多种措施联合使用，具体包括：

1)加强围护桩的刚度和插入比。

2)加长止水帷幕，增大坑内外地下水的渗流路径，对重点设防的区域还需加厚加固止水帷幕。

3)加强支撑的刚度，尤其是指向被保护建筑物的对撑的刚度。

4)加固坑内被动区土体。

5)在被保护建筑物与基坑之间设隔离桩，切断沉降槽。

6)对临近建筑物区域的承压含水层进行回灌，保持坑外地下水位的稳定。

7)利用“时空效应”原理合理优化施工组织设计，基于基坑监测和反馈进行信息化施工。

本工程表明，以上措施应用得当，可以保证临近基坑的建筑物的安全。