【摘要】基坑施工引起周边环境的问题日益引起人们的关注。本文结合了南京河西某基坑工程讨论了基坑施工对周边地面沉降的影响并提出了相应控制措施。
【关键词】基坑;周边环境;控制措施
【Abstract】The base pit is under construction arousing the environment all around problem causing concerns among people gradually. Measure the main body of a book is controlled having discussed an impact of base pit construction over periphery surface subsidence combining with some Nanjing Hexi base pit projects and having brought forward small advantages.
【Key words】Base pit; Environment all around; Control measure
1 引言
基坑施工,尤其在人口密集区进行施工,容易对周边环境产生较大的影响。该类施工事故不仅威胁了工程安全、影响了施工进度、增加了工程费用,而且严重影响了附近居民日常生活,甚至生命安全,造成了较坏的社会影响。
基坑开挖引起的变形主要包括三个部分:基坑底部隆起、围护结构的变形以及围护结构后地表和邻近建筑物的变形,三者是相互关联的,其中围护结构后地表的变形对周围环境的影响最为直接,也是研究的重点[1]。图1为南京河西某基坑开挖造成的周边路面沉降曲线。从图中可以看出,该基坑开挖引起的地表沉降曲线很复杂,与一些学者根据理论、工程实测资料和有限元计算,提出的地表沉降曲线形式[2](指数曲线、上海经验曲线、抛物线形曲线、三角形曲线)对应并不密切,同时也不能很好的利用Peck法、地层损失法、稳定安全系数法和时空效应法等经验方法进行沉降量预测。因此,本文对该基坑施工引起周边沉降的原因进行了初步探讨,并提出了相应措施。
2 基坑施工引起地表变形的影响
该基坑宽度为48m,基坑深度为15m,地下结构全部位于淤泥质粉质粘土中。土层分布上部为24m的淤泥质粉质粘土(容重18 kN/m3,压缩模量3 MPa,内聚力12 kPa,摩擦角20度),下部为粉细砂(容重18.8 kN/m3,压缩模量15 MPa,内聚力10 kPa,摩擦角32度)。围护结构采用地下连续墙的形式,插入比1:1,深度为30m。基坑开挖共设置4道支撑:第一道位于地下0.5m处,第二道支撑位于地下5.5m处,第三道支撑位于地下9m处,而第四道支撑位于地下12m处。
2.1 基底加固范围的影响。
该基坑位于淤泥质粉质粘土中时,施工中对基底进行加固处理,以提高基坑的抗隆起能力和稳定性,减小施工期对围护结构、周边环境及后期沉降的影响。基底加固对减小围护结构顶部水平位移和地面沉降量效果明显,特别是加固范围在1~3m的时候(地面沉降由23mm降至12mm)。而当加固范围进一步加大时,基底加固对于减小支护水平位移和地面沉降量的效果增量已不如加固1~3m时明显(基底加固范围为3~6m时对应地面沉降为12mm至6mm)。因此,在实际施工是应当考虑施工需要,在变形控制与工程造价间进行加固范围的优化选择。 然而,在较多情况下,由于施工条件的限制,基底加固在靠近围护结构的部分地段无法正常进行,而在加固区与围护结构之间留下一段未加固的区域。这一现象使加固区域充当底撑的设计意图无法完全实现。边缘空隙对加固效果的影响很大(基底无加固时,地面沉降为23.1mm;基底加固完好时对应地面沉降为10.1mm,而加固边缘有1m空隙时,地面沉降为15.2mm)。因此,当加固边缘有1m的空隙,对整体加固的效用削弱达40%。
2.2 基坑边超载的影响。
基坑施工时,由于场地限制、施工需要或组织不当,基坑边缘通常会有超载情况出现。计算可得基坑附近超载对围护结构顶部水平位移和周边地面沉降影响很大(无超载时,地面最大沉降为10.1mm;而存在20kPa超载时,地面最大沉降为70.7mm)。因此在施工过程中应当合理组织安排,尽量减小基坑边的超载大小,及超载作用时间。
2.3 基坑开挖对周边建筑物的影响。
基坑开挖会引起周边路面的不均匀沉降,进而对建筑物的安全构成威胁。不同基础形式的建筑物对基坑开挖的反应不同。具有桩基础的建筑对基坑的施工反应不是很大,沉降量(2.2mm)和沉降差(0.02mm)都很小,而浅基础的反应却很大(沉降量为17.3mm,沉降差为5mm)。因此,在施工之前,应对周边建筑物情况进行调查,对基坑施工可能引起建筑物损害的要预先采取措施(例如采取锚杆静压桩和注浆进行加固),并加强施工监测。
2.4 施工降水的影响。
该基坑施工时发生了4次管涌,对周边路面与建筑物造成较大的沉降。此外从监测数据分析可得:管涌对周边沉降的影响很大、影响时间也较长。但管涌的影响与距离没有必然的联系,而是受地质与地下水条件控制。
3 基坑开挖施工的建议
3.1 土方开挖建议。
对于土方开挖方案应遵循分层、分区、分段、对称、限时的原则:
3.1.1 竖向分层可按支撑情况明确分层、严格执行先撑后挖,每层支撑挖到支点以下30~40cm,即架设钢支撑并施加预应力,把杌ぷ变形减小到最低程度。
3.1.2 横向分区应控制分区的长度以满足在较短的时间内完成土方开挖并架设预应力支撑(坑中坑的支撑),当开挖至基坑设计底面时,开挖完成后应立即浇筑宽砼垫层以起底支撑作用,严格控制无撑暴露时间在24h以内。
3.1.3 纵向分段不宜过大,注意临时土坡的稳定,防止出现过大变形导致工程桩与立柱桩的超量变形和断裂现象。
3.2 施工降水建议。
3.2.1 由于河西地质条件变化剧烈,建议在降水井施工时,施工方应在现场记录降水井位置的地质情况,已方便后期的分析研究与事故处理。
3.2.2 降水井抽出水必须是清水,提前20天抽水,可以查明围护结构止水的完整性或渗漏情况。
3.2.3 及时布设坑外观测井,主要是观测之用,监测坑外水位变化,但在必要时可以做回灌井使用,其井深应至下部粉砂层。
3.3 由于围护结构施工质量,坑壁在动水压力作用下会出现流砂流土,造成基坑临近地的塌陷并危及四周,对于此问题应早发现、早处理、内外堵漏(坑外注浆或旋喷处理),内部也可采取各种堵漏措施:如挂网喷浆是一种有效措施。
3.4 基底采取了加固措施,但问题是需要保证基底加固与围护结构间的紧密接触,建议采取抽管注浆的方法加强基底加固部分与围护结构间的接触。
3.5 应预先对基坑周边建(构)筑物、地下管线的情况进行调查,根据不同建筑的荷载、结构类型、基础形式、距基坑边的距离等情况进行分类判断;对基坑施工可能会危及其安全的建筑物应进行预加固,而不宜事后处理。
3.6 疏导交通,注意承重汽车的运行路线,减少车辆荷载对支护结构的影响;限制基坑边的堆载重量与距离;根据支护的应力状况和变形情况,及时加设预应力。
4 结论
本文结合南京河西某基坑工程施工讨论了基底加固、基坑边超载、施工降水及建筑物形式对周边地面沉降的影响,同时就土方开挖、施工降水和流土流砂问题提出了相应控制措施。
参考文献
[1] 唐业清,李启民,崔江余.基坑工程事故分析与处理[M].北京:中国建筑工程出版社,1999
[2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997