施工降水措施對結構安全的影響分析

任言宏 王東方

(1.山東萊陽盛隆建筑工程有限公司，山東 萊陽 265200； 2.北京航力巍筑工程技術咨詢有限公司，北京 100022)

施工降水措施對結構安全的影響分析

任言宏1王東方2

(1.山東萊陽盛隆建筑工程有限公司，山東 萊陽 265200； 2.北京航力巍筑工程技術咨詢有限公司，北京 100022)

以某超大超深基坑為例，探討了施工降水對臨近建筑安全性的影響，并以兩實際工程降水事故為例，分析了施工降水停止之后水浮力工況對本建筑結構安全性的影響，為建筑工程中降水方案的制定提供了依據。

施工降水，鄰近建筑，水浮力，安全性

0 引言

在基坑工程施工過程中，施工降水是極其重要的施工工序，合理的施工降水組織設計不但對施工質量與施工造價具有重要的影響，某些情況下還大大影響了結構的安全。施工降水一般主要包括兩個目的：一是為地下結構施工提供干燥的工作面；二是在施工過程中防止水浮力對地下結構安全造成威脅。施工降水對結構安全的影響包括兩個方面：一是對鄰近建筑安全的影響；二是對結構自身安全的影響。如何確定停止降水的時間，是降水施工組織的首要問題：停止降水時間選擇過晚，顯然會增加施工造價；但如果降水停止過早，則可能帶來較大的安全隱患。

1 施工降水對鄰近建筑安全的影響

在周圍有已建建筑時，基坑開挖深度有時候會超出鄰近建筑的基礎埋深，尤其是深基坑開挖時這問題非常顯著。基坑開挖會導致地下水的流動，從而帶來地下水位的變化。處于穩定狀態已有建筑地基在地下水位變化之后，地基土會產生繼續固結過程，從而導致產生新的沉降，當沉降值超出規范限值時，將對已有建筑的結構安全產生嚴重威脅。以某超深超大基坑為例探討施工降水對鄰近建筑安全的影響。

該基坑開挖深度達到33 m，同時33 m往下還要開挖20 m～40 m深的人工挖孔樁，人工挖孔樁樁徑達到8 m，開孔直徑達到9.5 m。如此巨大的挖土量對周邊環境產生了很大的影響[1]，尤其是地下水的流動將不可忽略。臨近該基坑有已運營的地鐵線與高層寫字樓，地鐵線緊鄰深基坑，地鐵埋深僅20 m，遠高于基坑與人工挖孔樁開挖深度，在基坑施工中需考慮基坑開挖與地下水流動對其安全的影響。深基坑與周邊建筑示意圖見圖1。

根據現場監測結果，在基坑開挖到-22 m時，即基本在地鐵埋深深度，由基坑開挖卸載引起的地鐵沉降變形在1 mm～2 mm之間，對地鐵結構基本沒有影響；當基坑繼續開挖至-26 m時，監測數據表明地下水位急劇下降(局部地下水位低至-25 m)，地鐵結構沉降加速，沉降最大值達到17 mm，超過了16 mm報警值，此時基坑開挖被迫終止。從監測數據規律來看，地下水位的下降同地鐵結構的沉降有很強的相關性。由于基坑還需要繼續向下開挖7 m，而且還有大體積人工挖孔樁向下開挖數十米，必須采取必要的措施控制地鐵結構的沉降量，以保障地鐵結構的安全。

基于地下水位控制的重要性，在后期開挖時需以控制地下水流動為主要目標。該項目采用雙排雙管旋噴樁與基巖裂隙灌漿相結合的方式，將原基坑設計的止水帷幕向下加深幾十米直至不透水層，封閉地鐵周圍土層地下水的流動通道，并在基坑周圍進行持續灌水補水，盡量恢復周圍環境的地下水位。采取以上措施之后，周邊地下水位上升了6 m～9 m，在地鐵埋深深度之上。之后基坑開挖監測數據顯示，地鐵沉降雖然有所增加，但逐漸趨于穩定，僅僅增加了2 mm～4 mm，表明后續止水措施是積極有效的，保障了周邊建筑的結構安全。

2 施工降水對本建筑安全的影響

施工降水是為了保障在施工期間結構的安全性。由于在進行地下施工時，基礎上荷載很低，遠遠未能達到工程完工后的設計荷載。當水浮力較大時，會對基礎等地下結構的安全性帶來很大的威脅。在實踐中有不少提前停止降水造成結構開裂破壞的案例。

近年來，工程界越來越重視基坑降水對建筑的影響，并開展了大量的研究與實踐[2-5]，但迄今為止還很少見到有從設計與施工兩個角度結合在一起的研究。實際上建筑在設計狀態下設計成果通常只對完整的結構狀態下的安全性進行復核，但在施工中間狀態，結構體系與荷載工況同最終狀態有很大的差別，此時需按照施工狀態進行結構安全性復核，以保障施工過程中的結構安全。施工降水的停止時間是保障水浮力工況下地下結構安全的重要參數。接下來以兩實際工程案例(工程一、工程二)來探討提前停止施工降水對建筑安全的影響。其中工程一設計中包含水浮力工況，而工程二設計中水浮力工況不起控制作用。

工程一為四川某建筑，該場地地下水位較高，周圍土層均為透水層，水浮力作用顯著，地下結構頂板有2 m厚覆土，在考慮覆土重量之后地下結構能夠滿足抗浮要求。該工程施工過程中，在地下室施工完成與肥槽回填結束之后停止降水，但地下室頂板覆土尚未施工，此時該結構不滿足整體抗浮要求，現場檢測發現基礎底板出現很多裂縫。事故原因分析：在停止施工降水之后，由于上部結構以及地下室頂板覆土尚未施工，地下室在水浮力作用下，框架柱底壓力小于水浮力從而發生向上位移，基礎底板同設計狀態下的受力工況顯著不同，框架柱基礎難以發揮對基礎底板的支撐作用，會產生較大的整體撓曲，從而開裂。該工程事故的主要原因在于施工降水停止過早，在施工狀態下，地下結構荷載不滿足抗浮設計要求，產生了整體上浮，導致基礎底板開裂。

工程二為安徽某工程，勘察結果顯示該場地主要土層水滲透系數很低，基底水頭較低，水浮力問題不嚴重，設計中水浮力工況不起控制作用，而且在考慮地下車庫頂板覆土之后，水浮力可不考慮。但施工過程中該結構在基坑開挖之后，基坑內原低滲透性土層被挖除，下雨之后結構水浮力作用顯著，這同設計工況截然不同，因此在施工中必須注意施工排水，以消除施工過程的水浮力作用，保障結構安全性。該工程包含四棟主體結構，地下是大面積車庫(見圖2)，車庫頂部有2 m多厚的覆土，在結構施工完成之后，發現地下車庫框架柱、框架梁、車庫頂板以及基礎底板均有大量裂縫(見圖3，圖4)。

工程二事故調查發現：該工程主體結構已施工完成，肥槽回填完畢，車庫頂板覆土尚未回填；在事故近期當地連續幾天暴雨，而施工現場沒有采取排水措施，導致大量雨水灌入，對基礎底板鉆孔監測發現，地下水從孔內冒起近3 m，這表明基礎底板受到了近3 m水頭的向上壓力；設計狀態下，該工程周圍為低滲透性水層，水浮力工況不起控制作用，同施工狀態有顯著差異，而且設計中抵抗水浮力的車庫頂板覆土在施工狀態下不具備；結構施工完成，主體結構荷載很高，結構整體荷載遠超過水浮力，因此沒有發生整體上浮，但是主樓之間地下車庫部分發生了局部上浮，導致地下車庫結構在水浮力作用下產生了大量的裂縫。該工程事故的主要原因在于沒有在地面上采取排水措施。盡管理論上回填粘土滲透性較弱，但施工密實度不夠，在雨水浸泡之下水浮力作用仍然較為顯著。盡管主體結構已經施工完畢，地下結構沒有發生整體上浮，但局部上浮對結構安全造成了嚴峻的后果。

3 結語

施工降水是建筑結構基坑施工的重要技術措施，然而采取的措施不當會對結構安全造成嚴重的影響。1)深基坑大開挖會對周邊環境造成嚴重影響，尤其是地下水位會發生急劇變化，從而導致基坑周邊已有建筑的穩定地基發生擾動，繼續沉降。可采用超深的止水帷幕阻斷地下水向基坑的流動，并對周邊土體持續灌水，以維持周邊環境地下水位不致發生劇烈變動。2)施工降水停止時間對于結構自身的安全性有著重要的影響。當停止降水之后，如果施工過程中結構荷載不足以抵抗水浮力，結構將產生整體上浮，會對地下結構安全性造成極大威脅。3)當設計中水浮力工況不起控制作用時，施工降水或排水措施不當，施工肥槽回填土施工質量對結構安全性同樣具有嚴重威脅。即使上部結構自重足以克服水浮力不發生整體上浮，但地下結構局部水浮力作用會造成地下結構的嚴重損傷。4)基坑開挖過程中，會遇到諸多施工過程結構與設計完成結構工況不一致的情況，應根據施工組織設計對結構施工狀態進行復核，以保障建筑在施工過程中的安全性。

[1] 孫宏偉.巖土工程進展與實踐案例選編[M].北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2] 邱 玉，魏煥衛，蔣洪勝.基坑降水對周邊建筑物影響的實測與理論分析[J].山東建筑大學學報，2012，27(4)：435-439.

[3] 趙 楠，聶其林，劉龍飛，等.高層建筑停止降水與沉降后澆帶封閉時間探討[J].建筑結構，2013，43(sup)：259-277.

[4] 王 晉.某工程地下室上浮事故淺析及處置加固補救措施[J].福建建筑，2013，177(3)：96-99.

[5] 劉 平.設計施工中要提高對地下水浮力危害的影響[J].結構設計，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，工程師

TU311

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