施工降水措施对结构安全的影响分析

任言宏 王东方

(1.山东莱阳盛隆建筑工程有限公司，山东 莱阳 265200； 2.北京航力巍筑工程技术咨询有限公司，北京 100022)

施工降水措施对结构安全的影响分析

任言宏1王东方2

(1.山东莱阳盛隆建筑工程有限公司，山东 莱阳 265200； 2.北京航力巍筑工程技术咨询有限公司，北京 100022)

以某超大超深基坑为例，探讨了施工降水对临近建筑安全性的影响，并以两实际工程降水事故为例，分析了施工降水停止之后水浮力工况对本建筑结构安全性的影响，为建筑工程中降水方案的制定提供了依据。

施工降水，邻近建筑，水浮力，安全性

0 引言

在基坑工程施工过程中，施工降水是极其重要的施工工序，合理的施工降水组织设计不但对施工质量与施工造价具有重要的影响，某些情况下还大大影响了结构的安全。施工降水一般主要包括两个目的：一是为地下结构施工提供干燥的工作面；二是在施工过程中防止水浮力对地下结构安全造成威胁。施工降水对结构安全的影响包括两个方面：一是对邻近建筑安全的影响；二是对结构自身安全的影响。如何确定停止降水的时间，是降水施工组织的首要问题：停止降水时间选择过晚，显然会增加施工造价；但如果降水停止过早，则可能带来较大的安全隐患。

1 施工降水对邻近建筑安全的影响

在周围有已建建筑时，基坑开挖深度有时候会超出邻近建筑的基础埋深，尤其是深基坑开挖时这问题非常显著。基坑开挖会导致地下水的流动，从而带来地下水位的变化。处于稳定状态已有建筑地基在地下水位变化之后，地基土会产生继续固结过程，从而导致产生新的沉降，当沉降值超出规范限值时，将对已有建筑的结构安全产生严重威胁。以某超深超大基坑为例探讨施工降水对邻近建筑安全的影响。

该基坑开挖深度达到33 m，同时33 m往下还要开挖20 m～40 m深的人工挖孔桩，人工挖孔桩桩径达到8 m，开孔直径达到9.5 m。如此巨大的挖土量对周边环境产生了很大的影响[1]，尤其是地下水的流动将不可忽略。临近该基坑有已运营的地铁线与高层写字楼，地铁线紧邻深基坑，地铁埋深仅20 m，远高于基坑与人工挖孔桩开挖深度，在基坑施工中需考虑基坑开挖与地下水流动对其安全的影响。深基坑与周边建筑示意图见图1。

根据现场监测结果，在基坑开挖到-22 m时，即基本在地铁埋深深度，由基坑开挖卸载引起的地铁沉降变形在1 mm～2 mm之间，对地铁结构基本没有影响；当基坑继续开挖至-26 m时，监测数据表明地下水位急剧下降(局部地下水位低至-25 m)，地铁结构沉降加速，沉降最大值达到17 mm，超过了16 mm报警值，此时基坑开挖被迫终止。从监测数据规律来看，地下水位的下降同地铁结构的沉降有很强的相关性。由于基坑还需要继续向下开挖7 m，而且还有大体积人工挖孔桩向下开挖数十米，必须采取必要的措施控制地铁结构的沉降量，以保障地铁结构的安全。

基于地下水位控制的重要性，在后期开挖时需以控制地下水流动为主要目标。该项目采用双排双管旋喷桩与基岩裂隙灌浆相结合的方式，将原基坑设计的止水帷幕向下加深几十米直至不透水层，封闭地铁周围土层地下水的流动通道，并在基坑周围进行持续灌水补水，尽量恢复周围环境的地下水位。采取以上措施之后，周边地下水位上升了6 m～9 m，在地铁埋深深度之上。之后基坑开挖监测数据显示，地铁沉降虽然有所增加，但逐渐趋于稳定，仅仅增加了2 mm～4 mm，表明后续止水措施是积极有效的，保障了周边建筑的结构安全。

2 施工降水对本建筑安全的影响

施工降水是为了保障在施工期间结构的安全性。由于在进行地下施工时，基础上荷载很低，远远未能达到工程完工后的设计荷载。当水浮力较大时，会对基础等地下结构的安全性带来很大的威胁。在实践中有不少提前停止降水造成结构开裂破坏的案例。

近年来，工程界越来越重视基坑降水对建筑的影响，并开展了大量的研究与实践[2-5]，但迄今为止还很少见到有从设计与施工两个角度结合在一起的研究。实际上建筑在设计状态下设计成果通常只对完整的结构状态下的安全性进行复核，但在施工中间状态，结构体系与荷载工况同最终状态有很大的差别，此时需按照施工状态进行结构安全性复核，以保障施工过程中的结构安全。施工降水的停止时间是保障水浮力工况下地下结构安全的重要参数。接下来以两实际工程案例(工程一、工程二)来探讨提前停止施工降水对建筑安全的影响。其中工程一设计中包含水浮力工况，而工程二设计中水浮力工况不起控制作用。

工程一为四川某建筑，该场地地下水位较高，周围土层均为透水层，水浮力作用显著，地下结构顶板有2 m厚覆土，在考虑覆土重量之后地下结构能够满足抗浮要求。该工程施工过程中，在地下室施工完成与肥槽回填结束之后停止降水，但地下室顶板覆土尚未施工，此时该结构不满足整体抗浮要求，现场检测发现基础底板出现很多裂缝。事故原因分析：在停止施工降水之后，由于上部结构以及地下室顶板覆土尚未施工，地下室在水浮力作用下，框架柱底压力小于水浮力从而发生向上位移，基础底板同设计状态下的受力工况显著不同，框架柱基础难以发挥对基础底板的支撑作用，会产生较大的整体挠曲，从而开裂。该工程事故的主要原因在于施工降水停止过早，在施工状态下，地下结构荷载不满足抗浮设计要求，产生了整体上浮，导致基础底板开裂。

工程二为安徽某工程，勘察结果显示该场地主要土层水渗透系数很低，基底水头较低，水浮力问题不严重，设计中水浮力工况不起控制作用，而且在考虑地下车库顶板覆土之后，水浮力可不考虑。但施工过程中该结构在基坑开挖之后，基坑内原低渗透性土层被挖除，下雨之后结构水浮力作用显著，这同设计工况截然不同，因此在施工中必须注意施工排水，以消除施工过程的水浮力作用，保障结构安全性。该工程包含四栋主体结构，地下是大面积车库(见图2)，车库顶部有2 m多厚的覆土，在结构施工完成之后，发现地下车库框架柱、框架梁、车库顶板以及基础底板均有大量裂缝(见图3，图4)。

工程二事故调查发现：该工程主体结构已施工完成，肥槽回填完毕，车库顶板覆土尚未回填；在事故近期当地连续几天暴雨，而施工现场没有采取排水措施，导致大量雨水灌入，对基础底板钻孔监测发现，地下水从孔内冒起近3 m，这表明基础底板受到了近3 m水头的向上压力；设计状态下，该工程周围为低渗透性水层，水浮力工况不起控制作用，同施工状态有显著差异，而且设计中抵抗水浮力的车库顶板覆土在施工状态下不具备；结构施工完成，主体结构荷载很高，结构整体荷载远超过水浮力，因此没有发生整体上浮，但是主楼之间地下车库部分发生了局部上浮，导致地下车库结构在水浮力作用下产生了大量的裂缝。该工程事故的主要原因在于没有在地面上采取排水措施。尽管理论上回填粘土渗透性较弱，但施工密实度不够，在雨水浸泡之下水浮力作用仍然较为显著。尽管主体结构已经施工完毕，地下结构没有发生整体上浮，但局部上浮对结构安全造成了严峻的后果。

3 结语

施工降水是建筑结构基坑施工的重要技术措施，然而采取的措施不当会对结构安全造成严重的影响。1)深基坑大开挖会对周边环境造成严重影响，尤其是地下水位会发生急剧变化，从而导致基坑周边已有建筑的稳定地基发生扰动，继续沉降。可采用超深的止水帷幕阻断地下水向基坑的流动，并对周边土体持续灌水，以维持周边环境地下水位不致发生剧烈变动。2)施工降水停止时间对于结构自身的安全性有着重要的影响。当停止降水之后，如果施工过程中结构荷载不足以抵抗水浮力，结构将产生整体上浮，会对地下结构安全性造成极大威胁。3)当设计中水浮力工况不起控制作用时，施工降水或排水措施不当，施工肥槽回填土施工质量对结构安全性同样具有严重威胁。即使上部结构自重足以克服水浮力不发生整体上浮，但地下结构局部水浮力作用会造成地下结构的严重损伤。4)基坑开挖过程中，会遇到诸多施工过程结构与设计完成结构工况不一致的情况，应根据施工组织设计对结构施工状态进行复核，以保障建筑在施工过程中的安全性。

[1] 孙宏伟.岩土工程进展与实践案例选编[M].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 邱 玉，魏焕卫，蒋洪胜.基坑降水对周边建筑物影响的实测与理论分析[J].山东建筑大学学报，2012，27(4)：435-439.

[3] 赵 楠，聂其林，刘龙飞，等.高层建筑停止降水与沉降后浇带封闭时间探讨[J].建筑结构，2013，43(sup)：259-277.

[4] 王 晋.某工程地下室上浮事故浅析及处置加固补救措施[J].福建建筑，2013，177(3)：96-99.

[5] 刘 平.设计施工中要提高对地下水浮力危害的影响[J].结构设计，2015，216(2)：63-65.

The analysis of the influence on structure safety of construction dewatering measures

Ren Yanhong1Wang Dongfang2

(1.ShandongShenglongConstructionEngineeringCo.,Ltd,Laiyang265200,China；2.BeijingA&CEngineeringTechnologyConsultingCo.,Ltd,Beijing100022,China)

Taking the super-large and super-deep foundation as an example, the paper explores the impact of construction dewatering upon adjacent building safety. Taking two actual engineering dewatering accidents as an example, it analyzes the impact of construction dewatering interruption upon the water buoyant force conditions, which has provided some guidance for formulating building engineering dewatering scheme.

construction dewatering, adjacent building, water buoyant force, safety

1009-6825(2017)01-0096-02

2016-10-26

任言宏(1973- )，男，工程师

TU311

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