基坑开挖环境岩土问题与应对思考

摘要:当前,各地城市建设活跃,其中的基坑工程规模不断扩大,不仅受到环境的局限,也对周围环境造成一定程度的不良影响。本文分析了城市建设中基坑开挖的主要环境岩土工程问题,并提出了预防基坑开挖中环境岩土工程问题发生的原因与对策。

关键词:基坑工程;环境局限;岩土工程

1深基坑工程中的主要环境岩土问题

1.1基坑周围地表沉降变形问题

在基坑开挖进程中所产生的地面况降主要来自两个方面:一是地下水疏干产生的差异性地面沉降,一般在以深基坑为中心的环型区域内,由于基坑开挖切断了土体的含水层,地下水会不断地渗人基坑内,为了保证基坑顺利开挖,就需要降低地下水位,从而在抽水影响半径范围内随着抽出的水流带走土层中部分细微土粒,土壤会产生新的固结,引起地面沉降。

1.2支挡结构的变形问题

基坑支护结构变形表现为两个方面:水平位移变形和竖向沉降变形。当基坑开挖较浅时,支挡结构主要为向基坑方向的水平变位,地表也开始变形;随着开挖深度的增加,设置支挡,土压力增大,墙体变位逐渐回复,此时,地表变形的范围增大,最大变形量也增大;当基坑开挖深度进一步增大时,基坑应力释放量增大,往往会造成支护结构向上变位,减少人土深度。

1.3流沙和涌沙问题

当基坑以下的土为疏松的砂土层、而且又作用着向上的渗透水压时,如果产生的动水力坡度大于砂土层的极限动水力坡度,在渗透力作用下,细砂向上涌出,造成大量流沙。城市软土分布区,由于粘性土层和含水层相间分布,当止水帷幕失效或由于降水未达到要求时,在含有粉细砂含水层的地区,因过大的水压力,就会发生基坑大量涌沙,造成基坑失稳。

1.4 基坑隆起变形问题

每个基坑开挖后都会有不同程度的隆起变形发生,主要原因有4个方面:①由于土体挖除,自重应力释放,致使坑底土向上回弹;②基底土体回弹后,土体松弛与蠕变的影响使土隆起;③基坑开挖后,支挡结构向坑内变位,在基底面以下部分的支挡结构向基坑内变位时,挤推其前面的土体,造成基底的隆起;④粘性土基坑积水,因粘性土吸水使土体体积增大而隆起。研究表明,基坑的隆起量与基坑开挖后搁置时间长短有关。据日本的实测数据,在不到10d的基坑搁置时间中,隆起量增加约50%左右。这说明土壤具有流变性,当基坑开挖深度较小时,因土壤蠕变引起的增加量不显著,随着开挖深度的增加,这种增加量的比例就会变大。因此,基坑开挖后应尽量减少基坑的搁置时间。

2防治对策的探讨

2.1加强岩土变形的理论研究

由于地下工程建设的复杂性,在实践中既存在着实践超越理论的现象,又存在着理论不能正确反映实际施工过程存在问题的现象。因此,针对工程实践的具体情况,加强有关理论研究显得尤为重要。侯学渊教授认为,要保证深基坑工程安全可靠,必须对地基中卸荷再加荷的变形特性以及土壤的蠕变、应力松弛特性、支挡结构的变形机理、基底的隆起规律、基坑的失稳现象及验算方法、支挡结构变形基底隆起和地表沉降之间的关系、地基加固效应等理论问题进行详细研究,在此基础上,才有可能提出有效的设计和施工方案。

2.2 开展详尽的工程地质勘察

工程地质勘察资料是地下工程施工的重要依据,通过详细工程地质勘察,为设计施工提供需要的参数和指标,确定合理开挖方案、开挖步骤,如果地下工程建设所涉及勘察资料不详细、不准确,势必给基坑支护工程带来事故隐患。

2.3 做好开挖方案的优化选择

基坑工程的开挖方法很多,如分层全开挖、中心岛式开挖等等,开挖顺序不同,引起的位移不同。如中心岛法的开挖顺序比从一个方向按顺序向另一个方向的开挖方法优越,对基底隆起和地面沉降有一定程度地减少。因此,基坑开挖时应做好开挖方案的优化选择,同时基坑开挖的支护宜结合防渗、截渗要求综合考虑。支护结构很多,主要分加固型(如水泥搅拌法、高压旋喷桩等)及支挡型(地下连续墙、沉井等),它们根据各自的适用条件、工程地质及水文地质条件,结合工程性质等进行方案比选,以得到最优的结果。

2.4 实行科学的降水设计

水是影响基坑工程稳定的重要因素之一,从实际统计资料来看,约有70%的事故与地下水有关,因此,基坑工程建设中应特别注意地下水的影响。绝大多数深基坑工程建设都需要人工降低地下水位,即要求合理地选择降水方法。降水的方法很多,如明沟排水、井点排水、大口径井群排水等,这些方法各有自己的优势,但也有一定的适用条件,就是同一种方法也存在着布设密度、深度、排量等因素的影响。因此,在降水前,首先要搞清场地的工程地质和水文地质条件、地下管线性质和分布情况以及周围地面和地下建(构)筑物的分布情况,然后选择合理而可靠的方法,配以一定的辅助措施,才能预防地下水带来的对环境的影响和危害。

2.5 推行时空效应的工程技术

近年来许多岩土工程专家认为要重视控制基坑变形问题,运用时空效应规律在软土地区是一条安全、经济的技术途径。在基坑施工过程中,每个开挖步骤的开挖空间几何尺寸、围护墙无支撑暴露面积和时间等施工参数对基坑变形具有明显的相关性。因此,运用时空效应规律,能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的。在软土基坑开挖中,适当减少每步开挖的空间尺寸,并减少开挖所暴露部分基坑挡墙的未支撑前的暴露时间,根据基坑工程设计所选用的主要施工参数,按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开挖深度和地基加固条件,提出详细的开挖和支撑的施工程序及施工参数是考虑时空效应、科学地利用土体自身潜力、解决软土深基坑稳定和变形问题的基本对策。

2.6做好现场监测,开展信息化施工技术

基坑工程是土体与围护结构体相互作用的一个动态变化的复杂系统,仅依靠理论分析和经验估计是难以把握在复杂的开挖条件下支护结构与土体的变形破坏,也难以完成可靠而经济的开挖设计。这是由于设计时包括了可知因素和不可知因素合理简化和实践经验以及参数适当的选取。通过对整个工程进行系统的监测,可以了解其变化的态势,利用监测信息的反馈分析,是较好地预测系统的变化趋势、保证工程不出问题的基本条件。当出现险情预兆时,可做出预警,及时采取措施保证施工和环境的安全;当安全储备过大时,可及时修改设计,削减围护措施,所以周密的施工监测工作至关重要。

2.7积极推行系统管理与防御技术

基坑工程建设是一系统工程,必须从勘察、设计、施工、监测全方位地采取工程防御体系。勘察设计方面,首先对地质条件了解清楚,查明周围各种地下管线和建筑物或构筑物的要求,设计时所有构件必须符合力学原理,精心设计并尽量做到优化设计;施工方面,必须按照设计要求进行施工,对于有支撑的围护结构,必须遵守先撑后挖、严禁超挖、尽量缩短墙体暴露时间以及分层开挖、高差不宜过大的原则,对施工中出现的各种问题要有预见性,对于在毗邻建筑物施工时,必须做好保护措施;监测方面,它是及时指导正确施工,避免事故发生的必要措施,已经成为一种信息技术。

3结束语

城市化的迅速发展导致城市建设中基坑工程的规模不断加大。交通繁忙的建筑密集区,施工环境十分严峻,基坑的隔水、降水、开挖、监测和保护周边建筑物及地下设施的安全等项目都十分重要,稍有不慎就会因基坑开挖中水、土环境变异而造成严重的基坑工程事故。因此,研究基坑开挖中的环境岩土工程问题有重要的实际意义。

参考文献

[1]薛丽影; 土钉支护结构的侧向变形对基坑周边环境影响的试验研究 [D];中国建筑科学研究院; 2005年

[2]陈现伟; 深基坑分层开挖支护对环境建筑物的影响 [D];重庆大学; 2007年

[3]袁聚云,吴权,艾智勇; 逆作法基坑围护的变形及邻近建筑沉降实测分析 [J];地下空间; 2004年01期

作者简介:周庆臣(1975-)男,河南封丘人,主要从事建筑工程施工技术研究。