基坑開挖環境巖土問題與應對思考

摘要:當前,各地城市建設活躍,其中的基坑工程規模不斷擴大,不僅受到環境的局限,也對周圍環境造成一定程度的不良影響。本文分析了城市建設中基坑開挖的主要環境巖土工程問題,并提出了預防基坑開挖中環境巖土工程問題發生的原因與對策。

關鍵詞:基坑工程;環境局限;巖土工程

1深基坑工程中的主要環境巖土問題

1.1基坑周圍地表沉降變形問題

在基坑開挖進程中所產生的地面況降主要來自兩個方面:一是地下水疏干產生的差異性地面沉降,一般在以深基坑為中心的環型區域內,由于基坑開挖切斷了土體的含水層,地下水會不斷地滲人基坑內,為了保證基坑順利開挖,就需要降低地下水位,從而在抽水影響半徑范圍內隨著抽出的水流帶走土層中部分細微土粒,土壤會產生新的固結,引起地面沉降。

1.2支擋結構的變形問題

基坑支護結構變形表現為兩個方面:水平位移變形和豎向沉降變形。當基坑開挖較淺時,支擋結構主要為向基坑方向的水平變位,地表也開始變形;隨著開挖深度的增加,設置支擋,土壓力增大,墻體變位逐漸回復,此時,地表變形的范圍增大,最大變形量也增大;當基坑開挖深度進一步增大時,基坑應力釋放量增大,往往會造成支護結構向上變位,減少人土深度。

1.3流沙和涌沙問題

當基坑以下的土為疏松的砂土層、而且又作用著向上的滲透水壓時,如果產生的動水力坡度大于砂土層的極限動水力坡度,在滲透力作用下,細砂向上涌出,造成大量流沙。城市軟土分布區,由于粘性土層和含水層相間分布,當止水帷幕失效或由于降水未達到要求時,在含有粉細砂含水層的地區,因過大的水壓力,就會發生基坑大量涌沙,造成基坑失穩。

1.4 基坑隆起變形問題

每個基坑開挖后都會有不同程度的隆起變形發生,主要原因有4個方面:①由于土體挖除,自重應力釋放,致使坑底土向上回彈;②基底土體回彈后,土體松弛與蠕變的影響使土隆起;③基坑開挖后,支擋結構向坑內變位,在基底面以下部分的支擋結構向基坑內變位時,擠推其前面的土體,造成基底的隆起;④粘性土基坑積水,因粘性土吸水使土體體積增大而隆起。研究表明,基坑的隆起量與基坑開挖后擱置時間長短有關。據日本的實測數據,在不到10d的基坑擱置時間中,隆起量增加約50%左右。這說明土壤具有流變性,當基坑開挖深度較小時,因土壤蠕變引起的增加量不顯著,隨著開挖深度的增加,這種增加量的比例就會變大。因此,基坑開挖后應盡量減少基坑的擱置時間。

2防治對策的探討

2.1加強巖土變形的理論研究

由于地下工程建設的復雜性,在實踐中既存在著實踐超越理論的現象,又存在著理論不能正確反映實際施工過程存在問題的現象。因此,針對工程實踐的具體情況,加強有關理論研究顯得尤為重要。侯學淵教授認為,要保證深基坑工程安全可靠,必須對地基中卸荷再加荷的變形特性以及土壤的蠕變、應力松弛特性、支擋結構的變形機理、基底的隆起規律、基坑的失穩現象及驗算方法、支擋結構變形基底隆起和地表沉降之間的關系、地基加固效應等理論問題進行詳細研究,在此基礎上,才有可能提出有效的設計和施工方案。

2.2 開展詳盡的工程地質勘察

工程地質勘察資料是地下工程施工的重要依據,通過詳細工程地質勘察,為設計施工提供需要的參數和指標,確定合理開挖方案、開挖步驟,如果地下工程建設所涉及勘察資料不詳細、不準確,勢必給基坑支護工程帶來事故隱患。

2.3 做好開挖方案的優化選擇

基坑工程的開挖方法很多,如分層全開挖、中心島式開挖等等,開挖順序不同,引起的位移不同。如中心島法的開挖順序比從一個方向按順序向另一個方向的開挖方法優越,對基底隆起和地面沉降有一定程度地減少。因此,基坑開挖時應做好開挖方案的優化選擇,同時基坑開挖的支護宜結合防滲、截滲要求綜合考慮。支護結構很多,主要分加固型(如水泥攪拌法、高壓旋噴樁等)及支擋型(地下連續墻、沉井等),它們根據各自的適用條件、工程地質及水文地質條件,結合工程性質等進行方案比選,以得到最優的結果。

2.4 實行科學的降水設計

水是影響基坑工程穩定的重要因素之一,從實際統計資料來看,約有70%的事故與地下水有關,因此,基坑工程建設中應特別注意地下水的影響。絕大多數深基坑工程建設都需要人工降低地下水位,即要求合理地選擇降水方法。降水的方法很多,如明溝排水、井點排水、大口徑井群排水等,這些方法各有自己的優勢,但也有一定的適用條件,就是同一種方法也存在著布設密度、深度、排量等因素的影響。因此,在降水前,首先要搞清場地的工程地質和水文地質條件、地下管線性質和分布情況以及周圍地面和地下建(構)筑物的分布情況,然后選擇合理而可靠的方法,配以一定的輔助措施,才能預防地下水帶來的對環境的影響和危害。

2.5 推行時空效應的工程技術

近年來許多巖土工程專家認為要重視控制基坑變形問題,運用時空效應規律在軟土地區是一條安全、經濟的技術途徑。在基坑施工過程中,每個開挖步驟的開挖空間幾何尺寸、圍護墻無支撐暴露面積和時間等施工參數對基坑變形具有明顯的相關性。因此,運用時空效應規律,能可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力而達到保護環境的目的。在軟土基坑開挖中,適當減少每步開挖的空間尺寸,并減少開挖所暴露部分基坑擋墻的未支撐前的暴露時間,根據基坑工程設計所選用的主要施工參數,按基坑規模、幾何尺寸、支撐形式、開挖深度和地基加固條件,提出詳細的開挖和支撐的施工程序及施工參數是考慮時空效應、科學地利用土體自身潛力、解決軟土深基坑穩定和變形問題的基本對策。

2.6做好現場監測,開展信息化施工技術

基坑工程是土體與圍護結構體相互作用的一個動態變化的復雜系統,僅依靠理論分析和經驗估計是難以把握在復雜的開挖條件下支護結構與土體的變形破壞,也難以完成可靠而經濟的開挖設計。這是由于設計時包括了可知因素和不可知因素合理簡化和實踐經驗以及參數適當的選取。通過對整個工程進行系統的監測,可以了解其變化的態勢,利用監測信息的反饋分析,是較好地預測系統的變化趨勢、保證工程不出問題的基本條件。當出現險情預兆時,可做出預警,及時采取措施保證施工和環境的安全;當安全儲備過大時,可及時修改設計,削減圍護措施,所以周密的施工監測工作至關重要。

2.7積極推行系統管理與防御技術

基坑工程建設是一系統工程,必須從勘察、設計、施工、監測全方位地采取工程防御體系。勘察設計方面,首先對地質條件了解清楚,查明周圍各種地下管線和建筑物或構筑物的要求,設計時所有構件必須符合力學原理,精心設計并盡量做到優化設計;施工方面,必須按照設計要求進行施工,對于有支撐的圍護結構,必須遵守先撐后挖、嚴禁超挖、盡量縮短墻體暴露時間以及分層開挖、高差不宜過大的原則,對施工中出現的各種問題要有預見性,對于在毗鄰建筑物施工時,必須做好保護措施;監測方面,它是及時指導正確施工,避免事故發生的必要措施,已經成為一種信息技術。

3結束語

城市化的迅速發展導致城市建設中基坑工程的規模不斷加大。交通繁忙的建筑密集區,施工環境十分嚴峻,基坑的隔水、降水、開挖、監測和保護周邊建筑物及地下設施的安全等項目都十分重要,稍有不慎就會因基坑開挖中水、土環境變異而造成嚴重的基坑工程事故。因此,研究基坑開挖中的環境巖土工程問題有重要的實際意義。

參考文獻

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[3]袁聚云,吳權,艾智勇; 逆作法基坑圍護的變形及鄰近建筑沉降實測分析 [J];地下空間; 2004年01期

作者簡介:周慶臣(1975-)男,河南封丘人,主要從事建筑工程施工技術研究。