構筑物基坑開挖地表沉降控制技術探討

王麗莎

摘 要：在地質較為軟弱的區域進行構筑物施工和基坑開挖易造成周邊支護變形，從而引起基坑周邊地表沉降，影響工程的質量和進度。為此，文章分析影響地表沉降的諸多因素，針對一些基坑開挖沉降控制的難點工程，介紹幾種優良的基坑支護和沉降控制方法，并對各種控制方法的施工要點和優勢進行闡述，以期能夠提高類似工程的施工效率及安全性。

關鍵詞：構筑物基坑;地表沉降;控制技術

中圖分類號：TU476.4

0 引言

構筑物基坑開挖時容易造成基坑周邊發生沉降，尤其是在基坑周邊有建筑物或者工程范圍內土質不良時，地表沉降更為明顯。采用合適的工法去控制基坑周邊沉降，是施工前所必須考慮的問題。部分施工單位對于普通的沉降控制方法已熟練掌握，但是針對基坑的二次開挖、基坑周圍建筑沉降控制、深窄基坑支護以及淤泥地段基坑支護等難點依然存在技術盲區。鑒于此，本文針對這些難點介紹一些基坑開挖和沉降控制新技術，對諸多影響地基沉降的因素進行分析，并對各種方法的施工要點進行探討。

1 基坑周邊地基沉降影響因素

1.1 基坑圍護結構

大量工程實踐表明，基坑圍護結構的剛度跟基坑周邊地表沉降量有較大的相關性，圍護結構剛度越大，越不容易變形，從而限制住了坑壁土體的水平向位移。基坑施工開挖時，開挖完成到支護之間的時間間隔長短也會影響基坑周邊地基的沉降量;采用分布開挖時，分布開挖的面積越大，無支護坑壁暴露的時間越長，基坑周邊的沉降量越大。因此，施工單位應根據施工條件與工程要求合理選擇支護結構形式和開挖方式，盡快對坑壁進行支護。

1.2 軟土性質

由于軟土具有較高的含水率和孔隙比，故其壓縮性較高，承載力和抗剪強度很低，透水性較差。當工程遇到軟土地基時，支護難度要明顯大于普通地基土工程。并且開挖基坑時，施工機器的振動和碾壓會擾動原狀土，使得原狀土的屈服應力急劇下降[1]。在基坑開挖的前期可能會出現落石坍塌等現象，并且在進行支護時容易造成支護結構入土深度不足，承載力不夠，從而進一步導致支護結構出現轉角或者位移，從而引起周邊地基沉降。對于高靈敏度軟土工程地段，建議施工前對地基進行加固。

1.3 地下水

在進行基坑開挖以及地鐵和隧道施工時，滲出的地下水往往會影響工程機器的運作以及施工人員的入場。然而盲目對施工平面進行排水處理，會導致地下水位急劇下降，地基土的孔隙水壓力減小，有效應力增大，在土自重應力和工程應力作用下土會慢慢變密實，從而引起沉降，在基坑開挖的過程中土的卸載回彈力以及前期支護的側向變形會加劇這一沉降作用。因此，需采用適當的方法，合理降水才能保證施工質量。國內外對于降水導致地表沉降的控制方法有很多，比如降水與回灌組合方式或者加強支護設計等，應參考當地的水文地質條件合理選擇這些方法。對于某些沉降要求高的工程，有必要對基坑周圍的沉降進行實時監控，防止沉降進一步惡化。

1.4 地基處理工法

基坑開挖前有時會對軟土地基進行處理，然而不同的軟土地基處理工法對于沉降量也存在著不同程度的影響，例如，排水固結法中降水井之間的間距/止水帷幕的數量以及深度對于地基沉降均存在不可忽視的影響。地基處理工法所采用的超載預壓、等載預壓、真空-堆載聯合預壓等方式也會影響到地基的沉降速率以及工后沉降量的大小。對于復合地基處理工法而言，樁長、樁間距以及樁直徑都影響著地基的沉降，在對軟土地基進行處理時，應該綜合考慮場地地基的軟土厚度、性質以及施工的成本、周期等，選取最為適合的施工方案，以保證工程效率。

2 基坑支護與沉降控制難點工程分析

2.1 基坑二次開挖支護

對于普通基坑開挖工程而言，傳統的單排圍護結構可以滿足一般的工程需要，并且可以獲得良好的效果。但是，在原有的基坑支護結構已經施工完成后，出現基坑設計深度變更，在原有的基礎上再次開挖時，由于已經完成施工的支護結構插入土體的深度和配筋無法變更，在設計變更后，原有結構的承載能力和穩定性已經不能再滿足要求;此外，基坑周邊若存在建筑物，工程施工對地表沉降要求更高，因此，需要在原有支護結構內側增設一層支護結構，以滿足工程要求。

增設支護結構如圖1所示，圖1中，p為

基坑的外部荷載，H1為原始設計開挖的深度，H2為變更設計后的開挖深度，h1為原有支護結構高度，h2為新增支護結構高度，d1為原有支護結構和新增支護結構之間的間距。2道支護結構協同作用。相關研究表明，在基坑二次開挖的工程背景下，雙層支護結構能夠較好地滿足工程需求，且能夠有效降低基坑周邊的沉降作用。

2.2 坑周邊重點建筑物沉降控制

改性聚酯注漿技術（又稱高聚物注漿技術）是一種新型的注漿土體加固技術，能有效地加固不良土質地基，為地層沉降變形控制提供了一種新的方法。改性聚酯注漿技術是向地基中注射雙組份改性聚氨酯原料，原料發生化學反應后會對土體產生固結作用，提高土的整體性和強度，從而起到地基加固和地面抬升的作用。在工程基坑周邊存在建筑物時，可合理運用改性聚酯注漿技術，在基坑開挖前對基坑周邊的地基進行加固，防止基坑開挖導致的沉降影響到周邊建筑物。該技術具備以下幾點優勢。

（1）注漿原料反應后生成的加固體質量小、強度高，其密度僅有50～300kg / m3，強度可達到20 MPa。

（2）材料反應具有較高的膨脹力，且反應速度快。注漿材料注射進入土體后約20min就可達到最終強度的90%。

（3）材料的強度穩定，且改性聚酯反應的過程中不會對環境產生危害。

（4）施工方便簡單，人員要求少，效率高，且對于工作空間要求低。

（5）改性聚酯反應生成的膨脹體具有防水性質，材料本身不懼雨水以及地下水。

（6）注漿技術對于原本土體結構的破壞小，對于土體的擾動也較小。

改性聚酯注漿技術施工工序如圖2所示，注漿時宜采用間斷式注漿，即連續注射10 s，停止注漿2 s，重復上述過程3次即可完成單個孔位注漿。注漿時需要運用旋轉激光水平儀（精度0.5 mm）進行實時監控，當檢測到墻體發生豎向位移時，需要立刻停止注漿。

2.3 深窄基坑支護

新型裝配式鋼管混凝土（P-CFST）支撐結構適用于盾構豎井深基坑支護。傳統的深基坑支護方法常用鋼管和現澆鋼筋混凝土支撐。鋼管支撐的優點在于其具有可拆卸性，較為靈活且可重復利用，但由于單根鋼管剛度不足需要密集布置鋼管支撐，使得基坑施工面積嚴重不足。鋼筋混凝土支撐剛度雖大，但也存在拆除難度大、養護時間長等缺陷。P-CFST支撐結構兼備了傳統鋼管支撐和鋼筋混凝土支撐的優點，施工靈活，方便拆卸，且擴大了支撐間距，改善了基坑開挖作業的效率與環境。

圖3為某工程P-CFST支護結構示意圖。該支護結構性能優異，其主要優勢包括：①具有較高的承載能力;②鋼管混凝土可承受拉力;③鋼管混凝土的剛度大;④支撐與圍護結構之間的整體性較好;⑤安裝方便且易拆卸;⑥允許單跨跨度和水平間距較大;⑦工程需要的情況下可施加預應力;⑧可拆除重復利用，工程成本低且無污染;⑨占用空間小便于開挖作業。

2.4 淤泥地段基坑支護

沿海或者沿湖地區地質一般以淤泥為主，且淤泥層的厚度很大，在此地區進行基坑開挖工程難度大，施工復雜，且工程質量和安全容易受到影響。采用傳統的基坑開挖和支護辦法容易造成基底隆起和坑壁塌方等現象，導致基坑內外土壓力不平衡，再加上因淤泥含水量過高而造成水泥攪拌樁封底效果不理想和淤泥的蠕動性等原因，極易出現基坑問題。傳統型鋼內支撐方法絕大部分采用焊接連接，拆除時需要切割鋼管橫撐來釋放壓力，焊接和拆除支撐會耗費大量的人力和時間，并且部分材料無法回收利用。利用混凝土墊層反壓作用和支撐作用，采用拉森型鋼板樁配合機械式組合內支撐，跳倉法開挖，能夠較好地解決此類問題。

圖4為機械式組合內支撐基坑施工示意圖，基坑采用型鋼圍檁配合鋼管橫撐作為結構支護，機械式組合內支撐施工流程如下。

（1）基坑開挖到第1道支撐以下0.5 m左右位置時，安裝鋼管橫撐，利用液壓千斤頂在需要安裝的位置施加壓力，如圖4所示，待安裝好后卸下千斤頂。

（2）繼續開挖基坑，待到開挖到第2道支撐位置以下0.5 m時，重復（1）操作。

（3）基坑開挖達到一定深度時利用長臂挖掘機跳倉法開挖，每個倉格的長度宜為2個相鄰鋼管橫撐的距離。

（4）重復以上施工過程，直至所有區域開挖完畢。

3 結束語

構筑物基坑開挖所引起的周邊地表沉降是施工過程中所必須要考慮的問題，本文介紹了基坑開挖地表沉降的各種影響因素，并針對原有基坑加深開挖、基坑周邊建筑地基加固以及深基坑開挖支護等難點工程的沉降控制技術進行了分析，以期為類似工程施工提供參考和借鑒。

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收稿日期 2019-10-29

責任編輯 朱開明