復雜環境下高層建筑深基坑施工探討

高超巧

(福建省大田縣住房和城鄉規劃建設局　福建大田　366100)

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復雜環境下高層建筑深基坑施工探討

高超巧

(福建省大田縣住房和城鄉規劃建設局福建大田366100)

高層建筑深基坑施工面臨著日益復雜的周邊環境，文章主要探討地下水對高層建筑深基坑施工的影響，高層建筑深基坑施工對周邊建筑和管線的影響與處置方式，最后提出復雜環境下高層建筑深基坑施工的綜合解決方法——混凝土鋼樁支護法。

高層建筑；復雜環境；深基坑施工

0　引言

隨著國民經濟的快速發展，城市建設用地的制約，高層建筑多集中于城市中心，高層建筑的建設開發促使深基坑工程快速發展，基坑工程數量日益增多，規模日益增大。高層建筑深基坑施工常在管線密布、建筑物密集、車流和人流量大的復雜環境下進行，深基坑施工造成地基變形將危害到臨近建筑物、市政管線，并可能影響周圍居民的人身安全[1]。

為保證高層建筑的結構安全，在深基坑施工方案實施前對周邊建筑、市政管線、地下水情況等進行充分的勘探，制定相應的處置措施，以解決高層建筑在復雜環境下的深基坑施工問題，對深基坑施工有一定的參考與借鑒價值。

1　地下水對深基坑的影響與解決措施

1.1地下水對深基坑的影響

深基坑的水源往往具有復雜性，地表水或地下水、雨水或原有管道滲水等都可能直接導致地下水位過高。城市建設中,相當部分的基坑工程事故是由于基坑開挖引發地下水變動引起[2]。深基坑的開挖不僅要保證基坑的穩定,還要滿足變形控制的要求,以確保基坑周圍建筑物、構筑物、地下管線及道路等設施的穩定。地下水對深基坑的影響主要表現在以下幾方面[3]：

(1)地下水的存在可能造成施工的困難,常常會使支護結構在嵌固深度不足條件下工作；

(2)地下水可能引起錨桿或周圍土體之間握裹力的降低從而降低抗拔力；

(3)地下水的存在會影響水平荷載的取值大小，從而可能直接造成支護結構失效或過大的位移；

(4)地下水的存在可能降低支護體系的整體穩定性，從而影響到基坑的穩定；

(5)地下水控制不當,可能造成潛蝕,嚴重時威脅基坑的整體穩定。

1.2解決措施

(1)處置地下水應采取 “疏堵結合”的基本原則。堵主要用于地下水為潛水、包氣帶水或者是承壓水水壓不太大的情況下,指通過有效手段在基坑周圍形成止水帷幕,將地下水止于基坑之外,如粉(漿)噴樁帷幕、高壓旋噴樁、沉井法、灌漿法以及地下連續墻等；疏主要用于承壓水水壓很大時,為防止基坑突涌,則將基坑范圍內的地表水與地下水排除,如采用明溝排水、井點降水等。

(2)降水井的具體施工方法。高層建筑一般多位于城市中心繁華地帶，對于施工環境的要求較高，為避免城市環境因為土方時開挖受到嚴重污染，本文主要對降水井的具體施工方法進行探討，具體如下：

①施工前應當對施工區域進行實際地質勘探，判斷是否會因為進行降水而導致地基沉降現象，若沉降量較為明顯的話，應當對周邊建筑因為降水而產生的沉降量和傾斜量進行計算，只有在計算最小允許值達標后，方可邊挖邊做一道“幕簾”——即通過高壓噴射混凝土對土體進行封閉。

②根據實際勘探結果進行降水井的布設，應當注意避開地下管線，特別注意濾水設備嚴禁放置到泥砂層當中，如果勘探到地質夾層中含有較厚的砂卵石時，應當將濾水器放到該層，這樣能夠避免泥砂混入，導致濾水器發生堵塞，直接影響出水的大小。高層建筑的深基坑面積一般較大，布設時還應當注意在周邊位置多布設降水井、中間位置則可以相對減少布設數量；在出水量明顯較多的位置應當重點加強布設數量，這樣能夠保證降水過程整體基坑的水穩平衡。

③采用水沖反循環鉆機鉆孔，確保孔徑不小于60cm，深度大于設計深度，并保證鉆孔圓正垂直，經常采集渣樣，觀察是否處于砂卵石層，井管采用單節長度1m的無砂濾管，接頭可采用尼龍網進行包裹，降水作業過程應對抽水設備和運行狀態進行維護檢查，同時還需要根據實際降水要求及時更換水泵，每天的檢查不應小于3次，并應觀測記錄水泵出水、各連接部位密封情況等；降水期間不允許停抽，所以要有備用設備以及備用電源，避免因為停電或者設備燒毀等突發情況，從而影響正常降水作業。

為保證基坑施工安全，降水時應加強對周圍建筑物的觀測。在降水影響范圍外建立水準點，降水前對建筑物進行觀測，并進行記錄。降水開始階段每天觀測兩次，進入穩定期后，每天可以只觀測一次。

2　深基坑開挖對周邊建筑的影響與解決措施

2.1深基坑開挖對周邊建筑的影響

深基坑開挖對鄰近建筑有不同程度的影響。基坑開挖不當可能引起鄰近建筑的傾斜、開裂甚至更嚴重的破壞。按照地基承載力理論,深基坑的開挖還會影響已有的鄰近建筑地基承載力,因為基坑的開挖意味著鄰近建筑地基周邊超載的減小。開挖過程中,對相鄰建筑基礎的埋置深度有很大影響[4]。

2.2解決措施

(1)做好預防措施。基于此種情形，尤其是在需要降水的環境下，就更加需要預防深基坑對周邊建筑的影響：因為在降水過程中，受其施工特性影響，必然引起地面沉降。為降低深基坑開挖對周邊建筑的影響，可在降水井點和建筑物間設置一排的降水點，在降水井抽水的時，向這一排降水點中灌入降水井中抽上來的水，保證其原有的地下水位平衡，避免因為降水施工使得周邊建筑因為沉降出現開裂。降水開始后，隨時監測周邊建筑尤其是高層建筑的沉降、傾斜等動態變化，根據測量觀測記錄，控制降水時間和間隔，保證深基坑的施工順利進行。

(2)采用樁基礎聯合支護施工工藝。在降水處理完畢之后或者深基坑本身不存在降水問題時，為避免深基坑影響周邊建筑的正常使用，可以考慮樁基礎聯合支護施工工藝。在臨近周邊建筑邊線上，打入一排鋼管樁，實際施工間距以及鋼管尺寸由現場實際情況而定，一般鋼管間距取1m～2m、鋼管直徑取1m～2m，鋼管長度根據基坑高度設定，并在鋼管頂端攔設一道工字鋼做連接加強之用，必要時可在鋼管中灌注混凝土以加強整體性。坡面鋪設鋼筋網并噴射混凝土，必要時則增設錨桿或土釘錨固，錨桿或土釘盡量使用梅花型布置。使用條件允許的情況下，為節省成本，可考慮進行放坡施工。

(3)做好調查預控措施。毗鄰建筑物的深基坑施工質量,從場地勘察、鄰近建筑物基礎埋深、場地地質、水文等調查開始，對開挖、支護及降水等進行詳細合理的方案設計。嚴格控制開挖順序、開挖深度、鋼管間距、設置預應力錨桿等施工過程；嚴格進行邊坡位移以及鄰近建筑物的沉降傾斜監測；積極采取質量預控措施等,完全可以保證深基坑施工的工程質量和鄰近建筑物、市政管線安全。

3　深基坑施工對地下管線的影響與解決措施

3.1深基坑施工對地下管線的影響

隨著城市建設不斷發展，大部分工程管線均埋置于地下，如：供水管線、供暖管線、供電管線、煤氣管線、通信管線等，隨著地下空間的利用越來越廣泛，基坑開挖引起周邊地下管線發生位移破壞的事故屢見不鮮。面臨著復雜的基坑周邊環境，對基坑支護及周邊環境的保護提出更為嚴格的要求。為減少深基坑施工對地下管線的不良影響，基坑施工時應特別注意。

3.2解決措施

(1)施工前的技術準備

①對地質、環境條件進行核查和補充調查，對基坑開挖影響范圍內所有管線進行普查，對管線的性質、材質、埋深和基坑的關系等方面仔細調查，必要時，開挖暴露出管線進行詳查，在施工前對易導致災情惡化的管線進行安全評估，取得其能承受的沉降和差異沉降的有關數據。

②加強和相關部門及管線權屬單位的溝通、協調、配合，采取各種有效手段和方法，對管線設施情況進行詳細調查，確保所提供的管線資料真實、準確、完整。在核查過程中如發現現場情況與設計圖紙不符時，應繪制現狀管線圖并及時向項目管理單位、監理單位、設計單位和管線權屬單位報告。

③制定專項的監控量測方案，做到信息化施工。根據風險評估結果制定相應的控制標準，設定相應的預警值、報警值、警戒值。加強基坑圍護結構、地下管線的施工監測，嚴格控制地面沉降量和圍護結構的水平位移。在基坑周邊建筑物設置水平、垂直位移和傾斜的觀測點；對基坑內外的地下水位變化引起的沉降進行監控，及時采取措施，保證基坑及周圍建筑物的安全[5]。

(2)施工中的管線保護措施

①管線上方施工便道采取加強型施工便道，加強配筋、加厚便道厚度。

②根據調查所得的管線性質、材質、埋深和開挖基坑相互關系等資料，結合管線所屬部門要求設定沉降變形報警值，在開挖前敷設跟蹤注漿管，根據量測結果必要時對土體進行注漿，調整管線變形曲率，控制影響區、非影響區的差異沉降；對懸吊保護的電力管線，進行每日巡查。

③為方便施工過程中目標管理，根據基坑開挖不同施工階段的影響程度評估結果，作為各不同施工階段進行控制的依據；調查清楚管線的管井、閥門開關控制位置。

(3)做好各類管線的風險預案及有效措施

①首先應做好各類管線的風險預案，防止出現由于基坑施工造成的斷水、斷電、煤氣泄露等安全生產事故。對于通信管線我們一般采用事前探測，確定線路的埋置深度和大致走向；基坑施工時邀請通信公司技術人員到場，一旦發生線路中斷，現場進行及時修復，將損失降到最小。

②其次是各類水管的處置，水管一旦出現破損，將直接影響深基坑的承載能力，如果是上水管破裂將直接影響周邊居民的生活用水的供應；如果是下水管破裂將間接影響周邊作業人員的正常呼吸和工作；而且管道一旦破裂重新修補需要一定的時日，最終還將導致工期拖延。一旦遇到這種情況，建議關閘，改線處理。

③最后是用電線路和煤氣線路，這兩類線路，輕則造成一定的人員傷亡、重則將造成不可估量的重大損失。所以在深基坑的施工前期，應當與供電局及煤氣公司做好溝通，共同維護好深基坑周邊的施工環境。早期的管線，可能出現脫皮等現象，施工過程當中，應當利用施工的便利條件，對其進行再加固處理，以免施工過程當中存在安全隱患。

4　復雜環境下高層建筑深基坑施工方法——混凝土鋼樁支護法

高層建筑深基坑施工面臨著地下水、毗鄰建筑、市政管線等多因素的影響，在實際施工中存在一定難度。結合以往施工經驗，推出一種混凝土鋼樁支護法，這種支護結構是有效的將鋼板樁支護、地下連續墻支護、錨桿支護等多種支護的優點集合起來的支護方法，不僅施工具有快速性，而且具有較強的經濟性和實用性，對于臨界距離過小的含水邊坡的實際施工具有較好的指導意義，也更加符合復雜環境中的深基坑的施工作業。具體施工方法如下：

(1)降水工程施工結束后，受施工場地的局限，與周邊的建筑紅線間距一般偏小，所以首先在臨界邊坡處按間距1m～2m位置設置一排5米左右的空心鋼管(鋼管的具體長度隨著施工的位置不同而不同)，鋼管直徑為50cm，根據施工現場需求打入深基坑設計坑底位置以下1m～2m，鋼管施工過程中應當注意控制在同一直線斷面上，鋼管不允許出現明顯傾斜，鋼管一側應當緊貼臨界側邊墻施工，以加強該側的抗壓能力。

(2)其次，下方圍繞鋼管設置一道40cm～60cm高，寬度大于鋼管直徑5cm～10cm的連續矮墻，該矮墻可考慮使用木模施工，如遇地下管道時，便于將管道包裹其中避免管道外露出現銹蝕現象。墻內可設置一道橫向的(土工布包裹波紋管)排水管道，管道口可直接匯入降水井，以保證臨界建筑物下方土體的控水平衡，避免水土流失。

(3)最后在鋼管頂端設置一道鋼板，鋼板可采用工字鋼或槽鋼，將其打入墻體，從而起到抵擋上部土體和水源的作用(圖1)。

圖1　混凝土鋼樁支護成型示意圖

當具體施工過程當中，出現降水效果不明顯的情況時，還能通過加強鋼樁進行深基坑的墻體鞏固，從而確保施工的質量和進度。需要加強時，可選擇較高標號混凝土加入鋼管內,因為是加強段，則要求嚴格控制混凝土攪拌時間，有效提高攪拌的均勻性，從而提高結構的整體質量，之后還可利用高壓噴射設備將混凝土漿液噴至垂直開挖的深基坑表面，從而提高深基坑的防水性能。最后還可加錨桿進行固定，錨桿能夠有效的承受土體和水源壓力，從而提高工程結構的整體穩定度，但是在基坑土質為有機土或者液限50%以上的黏性土以及密度0.3以下的砂土時則不適合使用錨桿。此施工方法在遇到突發狀況的時候也同樣能夠節省出足夠多的時間，解決施工場地過于狹小的問題，確保施工安排能夠順利進行。

5　結語

城市建筑用地越來越緊張的今天，高層建筑面臨越發復雜的周邊環境，深基坑施工技術需要不斷完善，通過對施工過程的嚴格管理，進一步結合施工現場實際復雜環境，逐步提高新建高層建筑在復雜環境條件下深基坑施工管理水平，確保高層建筑基礎的安全穩固以及正常使用壽命的延長。

[1]黃茂松,王衛東,鄭剛.軟土地下工程與深基坑研究進展[J].土木工程學報,2012,45(6)：146-161.

[2]于英武，李占華，魏茂杰 . 深基坑地下水控制技術研究[J].地下水，2007，29(3)：36-38.

[3]王廷哲. 地下水對基坑開挖的影響以及預防措施的理論研究[J].科技創新導報，2010，19：117-120.

[4]黃明，趙廣強. 某基坑開挖對相鄰高層建筑的影響分析[A].天津大學.第九屆全國現代結構工程學術研討會論文集[C].天津：天津大學，2009：4.

[5]焦騫歐. 基坑開挖對周邊地下管線的影響分析及保護措施[J]. 天津建設科技，2014，S1：34-36.

Discussion on Deep Excavation Construction of High-rise Buildings in Complex Environment

GAO Chaoqiao

(housing and urban and rural planning construction bureau of Datian,Datian 366100)

Deep pit construction of high-rise buildings facing increasingly complex environment, this paper mainly discusses the impact of underground water on the deep foundation pit construction of high-rise buildings; high-rise building deep foundation pit construction of influence and disposal the surrounding buildings and underground lines. Finally, the complex environment integrated solution rise building deep foundation pit construction - concrete steel piles law enforcement.

High-rise building;Complex environment;Deep excavation construction

高超巧(1975.9-)，男，工程師。

E-mail:286294886@qq.com

2016-06-28

TU7

A

1004-6135(2016)08-0072-04