深基坑工程对周围环境的影响及安全监测分析

程守信

中国有色金属工业第六冶金建设公司，河南郑州 450000

深基坑工程对周围环境的影响及安全监测分析

程守信

中国有色金属工业第六冶金建设公司，河南郑州 450000

本文以洛阳市美伦凤凰城6#楼深基坑工程为例，分析了深基坑开挖对周围环境的影响因素主要由基坑底部土体的隆起、支护结构失稳破坏、基坑周围地表沉降等变形现象引起的基坑周围地层移动。采用多项监测措施，对支护墙体和周边环境的位移、沉降以及地下水位等变化发展进行了监测，通过监测结果分析指导施工、调整设计、达到信息化施工。实例表明设计合理且开挖满足支护系统安全稳定条件时，深基坑开挖对周围环境仍可能造成较大影响。

深基坑；环境影响；监测

1 深基坑开挖对周围环境影响因素分析

深基坑开挖过程中，基坑内外的土体将由原来的静止土压力状态向主动土压力状态转变，应力状态的改变引起土体的变形，尤其在软土地区开挖基坑，土的流变性影响也非常显著，基坑底部土体的隆起、支护结构失稳破坏、基坑周围地表沉降等变形现象引起基坑周围地层移动。

1.1 基坑底部土体的隆起影响

基坑开挖的过程是基坑开挖面上卸荷的过程，由于卸荷而引起坑底土体向上回弹，基底土体回弹后，土体松弛与蠕变的影响使土隆起。基坑开挖后，支护结构向坑内移动，在基底面以下部分的支护结构也向基坑内移动，挤推其前面的土体，造成基底的隆起。

1.2 支护墙位移影响

基坑开始开挖后，支护墙便开始受力变形。在基坑内侧卸去原有的土压力时，墙外侧受到主动土压力，而在坑底的墙内侧则受到全部或部分的被动土压力。由于总是开挖在前，支撑在后，所以支护墙在支撑以前已发生一定的先期变形。墙体变形不仅是墙外侧发生地层损失而引起地面沉降，而且使墙外侧塑性区扩大，因而增加了墙外土体向坑内的位移和相应的坑内隆起。支护结构变形产生的地面沉降和引起的结构失稳破坏，对基坑周边环境产生的影响往往是严重的。

1.3 地下水影响

地下水位下降、流砂和涌砂现象均会造成基坑失稳，而影响周围建筑物的安全。

1）降水使原有地下水位降落，邻近建筑物基础下水的浮托力减少，亦使地基土的荷载增加，在大多数情况下，由于附加荷载增加而使土固结，产生地面沉降，从而造成周围建筑物的下沉；

2）当基坑以下的土为疏松的砂土层时，受向上的渗透水压的作用，当产生的动水力坡度大于砂土层的极限动水力坡度时，砂土颗粒就会处于悬浮状态，在渗透力作用下，细砂向上涌出，造成大量流砂；

3）在软土地区，由于粘性土层和含水层相间分布，当止水帷幕失效或降水未达到要求时，含有粉细砂含水层的地区，会因过大的水压力，而发生基坑大量涌砂。

1.4 影响周围地层移动的相关因素

相关因素有支护结构系统的特性；基坑开挖的施工顺序；基坑内土体性能的改善；开挖施工周期和基坑暴露时间；地面超载和振动荷载；雨水和其它积水等因素均会影响周围地层的移动，从而造成周围地面沉降、支护结构失稳破坏等现象，严重影响基坑周边环境的安全。

2 安全监测与环境保护

基坑工程是土体与支护结构体共同作用的一个动态变化的复杂系统。监测工作既是检验设计理论的正确性和发展设计理论的重要手段，又是及时指导正确施工避免事故发生的必要措施。在深基坑开挖过程中，通过对基坑周围地层位移和邻近建筑物、地下管线等保护对象的变形及受力情况进行监测，将取得的数据与预测值或计算值相比较，能了解工程变化的态势及工程施工所造成的影响，能较准确地以量的形式反映这种影响的程度。

《易传》所提出的“立象以尽意”进一步用“意”字来统括《易传》作者所要表达的思想，并明确地把“意”与“象”联系起来，认为“象”对于表达“意” 有“言”所不能及的功能，进一步把形象和思想、情感联系起来，这对“意”、“象”两个范畴组合成“意象”这个范畴有很大的启发作用。这里的“象”是为了表达“意”, 不自觉地蕴含了“象”与“意”融合为一的思想，为意象范畴最终自觉地形成奠定了基础。

对周围环境的保护也是设计中的一个重要问题，一些实测数据表明，基坑开挖对周围有较严重的影响范围约为基坑开挖深度的2倍～3倍，故在此范围内应采取相应的保护措施。首先要考虑采取积极性保护法，即在施工前详细了解邻近建筑物和地下管线的分布情况、基础类型、埋深等情况，提出减少地层位移的施工工艺和施工参数，采用超前预测的方法，预测基坑施工对周围影响范围的程度，初步确定周围建筑物和管线的保护措施，在施工中加强监测，及时采取改进施工措施和应变措施以保证达到预期的保护要求。对周围环境的保护，应采取经济合理，安全可靠的技术方案，必要时也可采用工程保护法，一般有：基础托换、地基加固、结构补强、隔断法等方法。无论采用何种保护方案，都要考虑地下工程中可能存在的不确定因素，必须根据保护方案对坑周土体位移的控制要求，进行必要的、严格的监测。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

洛阳市美伦凤凰城6#住宅楼位于联盟路与天津路交汇的东北角，场地长54m，宽21.2m，占地面积1 069m2。主楼为框剪结构，基础埋置深度6.0m，安全等级为二级，基础采用桩基，场地地形平坦。基坑开挖从2004年7月2日开始施工。

本工程四周环境条件复杂，拟建场地西面人行道下有电缆、上下水、煤气管线和人防设施，这些设施离基坑边3m～10m不等；西北角人防入口距离基坑约2.0m；东北角基坑外2m处有一栋二层楼房，该楼房天然地基，条形基础；东侧有一栋七层综合楼，距离现基坑约4.5m，该楼中部有一楼梯向基坑方向伸出2.5m。

水文地质条件，本场地地下水类型分为两类：一类为贮存于杂填土层中的上层滞水；另一类为贮存于下部砂性土层中的孔隙承压水。

场地周围无不良污染源，根据有关规定，可不考虑地下水对混凝土的腐蚀性。

3.2 基坑支护结构方案设计

考虑本工程场地地质条件、周边环境情况、开挖深度、工程工期和造价等因素，结合本工程特点，按二级基坑标准，对6m左右基坑支护的多种方案进行比较论证，最后确定采用分段设计。具体如下：

1）东西两侧IJ、KJ段有一栋二层办公楼，IF段有一栋七层综合楼，AD段人行道下有电缆、上下水、煤气管线和人防设施，为确保该两侧的安全性，采用重力式水泥搅拌桩挡土墙。采用该方案既能挡土又能止水，经济合理，有利于开挖和基础施工，有利于确保工期。

重力式水泥搅拌桩挡土墙设计2～6排φ500mm的水泥搅拌桩排列在一起，相互搭接150mm，桩心距350mm，桩长7m。水泥采用32.5号普通硅酸盐水泥，掺量为15%。为了克服搅拌桩抗弯刚度小的弱点，采取在桩内插筋，墙顶C20钢筋混凝土盖梁，盖数宽度为墙厚加200mm，高度500 mm，桩伸入梁内不少于50mm。

2）南北两侧（AK段、DEF段）无特殊建筑，因此选择了造价相对较低的喷锚支护来保持土层稳定，防止土体滑动剥落，保证土方开挖过程中基坑的稳定与安全。

锚喷支护设计5排锚杆，梅花型布置，排距0.9m～1.0m，水平间距1.0m，坡脚加2排超前锚杆。锚杆头部采用2φ16钢筋横向焊接，再与网片焊接。锚杆采用φ48厚3.5mm的钢管，打入角10度向下。面层钢筋网为φ6@250×250，喷射混凝土强度等级C20，锚喷网厚度为10cm。

3.3 监测方案设计

1）基坑周围土体的水平位移

基坑周围土体的水平位移通过预埋于连续墙体中的测斜孔中进行，测斜管采用φ72有定向槽的PVC塑料管，仪器为CX-3型测斜仪。在基坑四周布置了测斜管11根，埋深20米左右。

2）沉降监测

在基坑周边布置9个沉降观测点和水平观测点，以此监测墙体水平位移的发展。由于离基坑3m～10m处有两栋楼房，加强这些部位的监测十分重要，为此对两栋建筑实施沉降监测，监测指标采用最直接反应建筑物安全的指标即房屋各个角点的沉降及相互之间的沉降差。

3）地下水位监测

为了了解基坑内的水位情况及降水效果，在基坑内布置了2个降水井，井内设水位管进行水位监测。

3.4 监测结果与分析

1）周围建筑的沉降变形

周围建筑的沉降监测可以看出，基坑在第22天开挖完成后周围建筑物沉降持续发展，出现突增情况，其后开始回弹。并且二层办公楼（条形基础）的沉降量明显大于七层综合楼（桩基础），这是由于两者的基础形式不同造成的，因条形基础的持力层为软土层，而锚杆钻孔施工对土体的反复扰动破坏了软土原始状态，此时建筑物会发生明显的沉降，故二层办公楼的门窗有不同程度的变形和裂缝增大的情况发生。当土体扰动完全停止、基坑混凝土底板浇筑完成（第32天）形成基坑封底，水位有所回升时沉降才趋于稳定。

2）周围土体的水平位移

通过试验数据可知，2号和4号处的水平位移较大，其原因是在基坑施工过程中，由于连续降雨，致使西侧墙体变形发生突变，几天中墙顶位移增加了几十厘米，基坑地面位移达30cm，地面产生明显裂缝，后采取应急措施，将斜支撑直接撑在基础垫层里，并调整基础底板施工进度，尽早浇筑靠近墙体的基础底板，使该处墙体变形得以控制，在此后施工期间，墙体位移变形速率缓慢。

4 结论

1）基坑施工造成的地下水大量流失、锚杆钻孔施工对软土的扰动、建筑物基础形式是影响基坑邻近建筑沉降的几个主要因素；

2）坑周土层位移大于支护桩的水平位移，因此估算坑壁位移时，应考虑桩间帷幕位移的影响。坑外软土位移有流变特性，基坑不宜暴露时间太长，沉降发展对基坑稳定性不利。基坑对周围建筑的影响距离约为2～3倍开挖深度；

3）在粉质粘土、粉砂与粉质粘土中的基坑开挖，应特别注意坑壁的渗水，坑壁渗水会引起周边地下水位急剧下降和孔隙水压力减少，设计和施工中必须采取有效的防渗措施，以稳定坑壁和保护周围建筑安全；

4）基坑开挖过程中应注意天气的变化，降雨等不利天气对基坑的变形影响很大；

5）基坑变形和支护结构应力在远未达到一级基坑的安全控制值情况下，基坑开挖仍能明显地影响周围的建筑物和土层，并产生一定的环境问题。

[1]中国建筑科学研究院.建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-99）[S].北京：中国建筑工业出版社.

[2]中国建筑科学研究院.建筑地基处理技术规范（JGJ 79-2002）[S].北京：中国建筑工业出版社.

TU473

A

1674-6708（2011）48-0061-02