构筑物基坑开挖地表沉降控制技术探讨

2020-03-02王丽莎

现代城市轨道交通 2020年2期

王丽莎

摘要：在地质较为软弱的区域进行构筑物施工和基坑开挖易造成周边支护变形，从而引起基坑周边地表沉降，影响工程的质量和进度。为此，文章分析影响地表沉降的诸多因素，针对一些基坑开挖沉降控制的难点工程，介绍几种优良的基坑支护和沉降控制方法，并对各种控制方法的施工要点和优势进行阐述，以期能够提高类似工程的施工效率及安全性。

关键词：构筑物基坑;地表沉降;控制技术

中图分类号：TU476.4

0 引言

构筑物基坑开挖时容易造成基坑周边发生沉降，尤其是在基坑周边有建筑物或者工程范围内土质不良时，地表沉降更为明显。采用合适的工法去控制基坑周边沉降，是施工前所必须考虑的问题。部分施工单位对于普通的沉降控制方法已熟练掌握，但是针对基坑的二次开挖、基坑周围建筑沉降控制、深窄基坑支护以及淤泥地段基坑支护等难点依然存在技术盲区。鉴于此，本文针对这些难点介绍一些基坑开挖和沉降控制新技术，对诸多影响地基沉降的因素进行分析，并对各种方法的施工要点进行探讨。

1 基坑周边地基沉降影响因素

1.1 基坑围护结构

大量工程实践表明，基坑围护结构的刚度跟基坑周边地表沉降量有较大的相关性，围护结构刚度越大，越不容易变形，从而限制住了坑壁土体的水平向位移。基坑施工开挖时，开挖完成到支护之间的时间间隔长短也会影响基坑周边地基的沉降量;采用分布开挖时，分布开挖的面积越大，无支护坑壁暴露的时间越长，基坑周边的沉降量越大。因此，施工单位应根据施工条件与工程要求合理选择支护结构形式和开挖方式，尽快对坑壁进行支护。

1.2 软土性质

由于软土具有较高的含水率和孔隙比，故其压缩性较高，承载力和抗剪强度很低，透水性较差。当工程遇到软土地基时，支护难度要明显大于普通地基土工程。并且开挖基坑时，施工机器的振动和碾压会扰动原状土，使得原状土的屈服应力急剧下降[1]。在基坑开挖的前期可能会出现落石坍塌等现象，并且在进行支护时容易造成支护结构入土深度不足，承载力不够，从而进一步导致支护结构出现转角或者位移，从而引起周边地基沉降。对于高灵敏度软土工程地段，建议施工前对地基进行加固。

1.3 地下水

在进行基坑开挖以及地铁和隧道施工时，渗出的地下水往往会影响工程机器的运作以及施工人员的入场。然而盲目对施工平面进行排水处理，会导致地下水位急剧下降，地基土的孔隙水压力减小，有效应力增大，在土自重应力和工程应力作用下土会慢慢变密实，从而引起沉降，在基坑开挖的过程中土的卸载回弹力以及前期支护的侧向变形会加剧这一沉降作用。因此，需采用适当的方法，合理降水才能保证施工质量。国内外对于降水导致地表沉降的控制方法有很多，比如降水与回灌组合方式或者加强支护设计等，应参考当地的水文地质条件合理选择这些方法。对于某些沉降要求高的工程，有必要对基坑周围的沉降进行实时监控，防止沉降进一步恶化。

1.4 地基处理工法

基坑开挖前有时会对软土地基进行处理，然而不同的软土地基处理工法对于沉降量也存在着不同程度的影响，例如，排水固结法中降水井之间的间距/止水帷幕的数量以及深度对于地基沉降均存在不可忽视的影响。地基处理工法所采用的超载预压、等载预压、真空-堆载联合预压等方式也会影响到地基的沉降速率以及工后沉降量的大小。对于复合地基处理工法而言，桩长、桩间距以及桩直径都影响着地基的沉降，在对软土地基进行处理时，应该综合考虑场地地基的软土厚度、性质以及施工的成本、周期等，选取最为适合的施工方案，以保证工程效率。

2 基坑支护与沉降控制难点工程分析

2.1 基坑二次开挖支护

对于普通基坑开挖工程而言，传统的单排围护结构可以满足一般的工程需要，并且可以获得良好的效果。但是，在原有的基坑支护结构已经施工完成后，出现基坑设计深度变更，在原有的基础上再次开挖时，由于已经完成施工的支护结构插入土体的深度和配筋无法变更，在设计变更后，原有结构的承载能力和稳定性已经不能再满足要求;此外，基坑周边若存在建筑物，工程施工对地表沉降要求更高，因此，需要在原有支护结构内侧增设一层支护结构，以满足工程要求。

增設支护结构如图1所示，图1中，p为

基坑的外部荷载，H1为原始设计开挖的深度，H2为变更设计后的开挖深度，h1为原有支护结构高度，h2为新增支护结构高度，d1为原有支护结构和新增支护结构之间的间距。2道支护结构协同作用。相关研究表明，在基坑二次开挖的工程背景下，双层支护结构能够较好地满足工程需求，且能够有效降低基坑周边的沉降作用。

2.2 坑周边重点建筑物沉降控制

改性聚酯注浆技术（又称高聚物注浆技术）是一种新型的注浆土体加固技术，能有效地加固不良土质地基，为地层沉降变形控制提供了一种新的方法。改性聚酯注浆技术是向地基中注射双组份改性聚氨酯原料，原料发生化学反应后会对土体产生固结作用，提高土的整体性和强度，从而起到地基加固和地面抬升的作用。在工程基坑周边存在建筑物时，可合理运用改性聚酯注浆技术，在基坑开挖前对基坑周边的地基进行加固，防止基坑开挖导致的沉降影响到周边建筑物。该技术具备以下几点优势。

（1）注浆原料反应后生成的加固体质量小、强度高，其密度仅有50～300kg / m3，强度可达到20 MPa。

（2）材料反应具有较高的膨胀力，且反应速度快。注浆材料注射进入土体后约20min就可达到最终强度的90%。

（3）材料的强度稳定，且改性聚酯反应的过程中不会对环境产生危害。

（4）施工方便简单，人员要求少，效率高，且对于工作空间要求低。

（5）改性聚酯反应生成的膨胀体具有防水性质，材料本身不惧雨水以及地下水。

（6）注浆技术对于原本土体结构的破坏小，对于土体的扰动也较小。

改性聚酯注浆技术施工工序如图2所示，注浆时宜采用间断式注浆，即连续注射10 s，停止注浆2 s，重复上述过程3次即可完成单个孔位注浆。注浆时需要运用旋转激光水平仪（精度0.5 mm）进行实时监控，当检测到墙体发生竖向位移时，需要立刻停止注浆。

2.3 深窄基坑支护

新型装配式钢管混凝土（P-CFST）支撑结构适用于盾构竖井深基坑支护。传统的深基坑支护方法常用钢管和现浇钢筋混凝土支撑。钢管支撑的优点在于其具有可拆卸性，较为灵活且可重复利用，但由于单根钢管刚度不足需要密集布置钢管支撑，使得基坑施工面积严重不足。钢筋混凝土支撑刚度虽大，但也存在拆除难度大、养护时间长等缺陷。P-CFST支撑结构兼备了传统钢管支撑和钢筋混凝土支撑的优点，施工灵活，方便拆卸，且扩大了支撑间距，改善了基坑开挖作业的效率与环境。

图3为某工程P-CFST支护结构示意图。该支护结构性能优异，其主要优势包括：①具有较高的承载能力;②钢管混凝土可承受拉力;③钢管混凝土的刚度大;④支撑与围护结构之间的整体性较好;⑤安装方便且易拆卸;⑥允许单跨跨度和水平间距较大;⑦工程需要的情况下可施加预应力;⑧可拆除重复利用，工程成本低且无污染;⑨占用空间小便于开挖作业。

2.4 淤泥地段基坑支护

沿海或者沿湖地区地质一般以淤泥为主，且淤泥层的厚度很大，在此地区进行基坑开挖工程难度大，施工复杂，且工程质量和安全容易受到影响。采用传统的基坑开挖和支护办法容易造成基底隆起和坑壁塌方等现象，导致基坑内外土压力不平衡，再加上因淤泥含水量过高而造成水泥搅拌桩封底效果不理想和淤泥的蠕动性等原因，极易出现基坑问题。传统型钢内支撑方法绝大部分采用焊接连接，拆除时需要切割钢管横撑来释放压力，焊接和拆除支撑会耗费大量的人力和時间，并且部分材料无法回收利用。利用混凝土垫层反压作用和支撑作用，采用拉森型钢板桩配合机械式组合内支撑，跳仓法开挖，能够较好地解决此类问题。

图4为机械式组合内支撑基坑施工示意图，基坑采用型钢围檩配合钢管横撑作为结构支护，机械式组合内支撑施工流程如下。

（1）基坑开挖到第1道支撑以下0.5 m左右位置时，安装钢管横撑，利用液压千斤顶在需要安装的位置施加压力，如图4所示，待安装好后卸下千斤顶。

（2）继续开挖基坑，待到开挖到第2道支撑位置以下0.5 m时，重复（1）操作。

（3）基坑开挖达到一定深度时利用长臂挖掘机跳仓法开挖，每个仓格的长度宜为2个相邻钢管横撑的距离。

（4）重复以上施工过程，直至所有区域开挖完毕。

3 结束语

构筑物基坑开挖所引起的周边地表沉降是施工过程中所必须要考虑的问题，本文介绍了基坑开挖地表沉降的各种影响因素，并针对原有基坑加深开挖、基坑周边建筑地基加固以及深基坑开挖支护等难点工程的沉降控制技术进行了分析，以期为类似工程施工提供参考和借鉴。

参考文献

[1]俞钦钦，王立峰，庞晋，等. 地铁车站深基坑周边地表沉降规律研究[J]. 科技通报， 2019（2）.

[2]周晟羊. 围护墙刚度对基坑围护结构内力与变形的影响分析[J]. 铁道勘测与设计，2013（6）.

[3]赵鹏飞. 软粘土地区地铁深基坑开挖与支护的时间效应分析[D]. 陕西西安：西安建筑科技大学， 2012.

[4]孙仲贤. 软土地基超大深基坑支护工程施工研究[J]. 工程技术研究，2019，4（2）.