基坑開挖及減壓降水對周邊環(huán)境影響分析

陳志陽 （福州盛世達房地產開發(fā)有限公司，福建 福州 350200）

0 前言

近些年，我國的經濟快速增長，城市更新建設的步伐也隨之加快[1-2]。大型商業(yè)廣場也隨之不斷的增加，大型商業(yè)建筑基坑也往深、大方向發(fā)展。對于城市市中心地塊，基坑開挖勢必引起原始土體的應力釋放，引起周邊地層產生水平位移和沉降，從而使臨近的建（構）筑物產生沉降和差異沉降[3-6]。針對坑底抗承壓水穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求的還需要對其進行降壓；當遇到承壓水層較厚時，止水帷幕有時難做到完全隔斷從而形成懸掛式止水帷幕，這時候進行降壓也會使周邊地層的地下水位降低，地下水急劇下降時伴隨著地基發(fā)生固結沉降，從而引起建筑物的差異沉降。尤其對于軟土地區(qū)采用天然地基的老舊建筑物，控制基坑開挖和減壓降水引起的沉降往往決定了基坑工程的成敗[7-9]。筆者以福建某商業(yè)地塊深基坑為例，對其基坑開挖減壓降水的影響進分析，分析基坑圍護設計方案的安全性，以指導工程今后的施工及滿足工程的實施要求。

1 工程概況

本工程為鋼筋混凝土框架——筒體結構，地下4層，占地面積12110m2。±0.00相當1985國家高程3.80m。地下四層底板頂標高-20.5m。

①塔樓部分

A區(qū)：底板厚5.7m，墊層、防水層厚0.2m，墊層底標高-26.4m，坑深24.80m。

B區(qū)：底板厚4.5m，墊層、防水層厚0.2m，墊層底標高-25.2m，坑深23.60m。

C區(qū)：底板厚4.3m，墊層、防水層厚0.2m，墊層底標高-25.0m，坑深23.40m。

D區(qū)：底板厚6.2m，墊層、防水層厚0.2m，墊層底標高-26.9m，坑深25.30m。

地層物理力學指標統計表 表1

地基土滲透系數表 表2

②裙房部分

底板厚1.0m，墊層、防水層厚0.2m，墊層底標高-21.7m，坑深20.10m。

2 地質條件及周邊環(huán)境

2.1 土層分布情況

各地層物理力學指標詳見表1所示。

2.2 地下水分布情況

地基土滲透性詳見表2所示。

承壓水含水層埋深1985國家高程-9.6m。

2.3 周邊環(huán)境概況

本工程為A09地塊，西側為正施工中的某建筑工地，路面尚未施工，現為某施工用地。北側為A07號地塊，尚未施工。東側為濱河西路，路面已形成，路東為A11號地塊尚未施工。南側為坨場南道，路面已形成，市政管網尚未施工。

為使A09與A07地塊的地下室連通，北側地下室外墻超道路紅線14m，其它三側均退道路紅線5m，現場沿道路紅線已施工圍墻，施工期間不允許拆除。

3 基坑圍護方案

圖1 典型斷面圖

根據挖深及周邊環(huán)境，基坑采用1000厚地下連續(xù)墻+四道混凝土內支撐（環(huán)型支撐）圍護設計方案，如圖1所示。

4 基坑開挖及降壓有限元分析

4.1 數值模型建立

本基坑范圍內承壓含水層含水量豐富，基坑北側為正在施工的A07地塊，因此需要考慮本基坑開挖過程中減壓降水對A07地塊已建地下建筑的影響。因此本次計算選取南北剖面，模型取500m寬，75m深。有限元模型如圖1所示。

計算模型中考慮A07地塊地下結構施工完畢，樁長按70m，假定地上荷載20kPa，模型地面標高-1.6m，模型如下圖2所示。

圖2 有限元計算模型

4.2 計算結果

4.2.1 模型一

未隔斷承壓水層，而采用完全降壓方式。

圖3 開挖到基底后的土體變形云圖

圖4 坑外最大沉降39.35mm

圖5 A07地塊最大沉降24.5mm

圖6 坑內外水頭分布，承壓水頭降低約14m

圖7 圍護結構最大水平位移約47.37mm

圖3中可以看出，隨著基坑土體的卸載直至坑底，坑底的土體發(fā)生隆起現象，其中在開挖至②2層時，土體隆起現象尤為明顯，因此，在開挖②2土體時應加強坑底隆起監(jiān)測。圖4、圖5中可以看出，基坑開挖降水會引起周邊地面大范圍沉降，影響范圍約為50m左右，最大變形為39.35m，具體位置約距離基坑邊15m，而由于坑內承壓水頭降低后，坑內外水利聯系未隔斷，A07地塊底部承壓水頭也有下降，水頭的下降帶來土體的瞬時固結沉降，同時由于上部建筑荷載的作用，產生24.5mm的豎向變形。在未對承壓水層完全隔斷的情況下，在開挖卸土過程中進行降壓處理，對本身基坑圍護墻的變形最大值為47.37mm，呈“大肚子”型，如圖7所示。

4.2.2 模型二

圖8 開挖到基底土體變形云圖

圖9 坑內外水頭分布 坑外水頭略有下降

圖10 坑外土體沉降18.59mm

圖11 A07地塊沉降5.63mm

圖12 圍護結構水平最大位移為52.68mm

采用高壓旋噴樁止水帷幕完全隔斷承壓水層，但是在數值計算時，止水帷幕存在一定的滲透系數，假設其存在水力滲透。

圖9中可以看出，采用止水帷幕完全隔斷承壓水層，進行坑內疏干降水，對于坑外承壓水水頭影響較小；圖10、圖11中可以看出，基坑周邊地表在距離坑邊21m處發(fā)生最大沉降，沉降量約為18.59mm，對鄰近A07地塊產生5.63的豎向變形；圖12中可以看出，完全隔斷承壓水的情況下，在開挖卸土過程中，對基坑圍護墻的變形影響較大。

根據以上兩組模型計算結果，采用未完全隔斷承壓水方式，很難控制周邊地塊的變形，同時采取抽水降壓措施不利于地下水環(huán)境的保護。而在完全隔斷承壓水情況下，可以有效的減小周邊地塊的變形，但對自身圍護結構的變形難控制，因此，本工程采用完全隔斷承壓水層，提高圍護結構剛度的方式來增加圍護結構以及周邊環(huán)境的安全。

5 結論

筆者以福建某商業(yè)地塊的深基坑為研究背景，借助通用有限元軟件，建立了二維基坑開挖數值模型，對基坑開挖及減壓降水對周邊建筑物的影響進行了研究，從而選擇最優(yōu)的設計方案。主要結論如下：

①對于高承壓含水層基坑開挖設計和施工中，除了需要重視基坑本身支護體系的穩(wěn)定之外，還應重視基坑底部的抗突涌穩(wěn)定性，以及減壓降水對相鄰建（構）筑物的影響程度；

②由于周邊地塊距離本工程較近，基坑圍護設計方案最終采用止水帷幕完全隔斷承壓水層，從而減小基坑開挖及降水對A07地塊的影響，同時僅對圍護結構范圍內的承壓水進行疏干，有利于保護地下水資源，此方案可在今后類似工程中推廣；

③針對深基坑周邊存在敏感性建筑物的情況，建議適當加長止水帷幕，增大坑內外地下水的滲流路徑，對重點設防的區(qū)域還需加厚加固止水帷幕，以防止水帷幕不滿足搭接要求；

④本工程基坑開挖經過計算分析，無論是基坑變形還是周邊環(huán)境影響，均在允許范圍之內，技術方案安全可行。同時，結合施工過程中的監(jiān)測，實行信息化施工，可以確保本工程基坑工程的安全、可控。