密集城市地區深基坑施工鄰近建筑物穩定性保護策略

摘 要：為解決城市深基坑施工可能對鄰近建筑物帶來的影響，本文對鄰近建筑物的結構評估進行研究，分析土體移位、水文地質變化及施工振動等不足之處，提出全面的評估策略和預防措施，以期為城市建設工程師和相關人員提供參考。

關鍵詞：密集城市地區；深基坑施工；穩定性；保護策略文章編號：2095-4085（2024）02-0102-03

0 引言

隨著城市化的快速進展，土地資源變得越來越有限。為了滿足城市發展的需要，深基坑施工逐漸成為了城市建設中不可或缺的一部分。這些深基坑常用于地鐵站、地下停車場、大型建筑的地下室等建筑結構，它們能夠充分利用有限的地塊，為城市創造更多的空間。然而，深基坑施工在密集城市地區存在顯著的風險，特別是考慮到其鄰近的建筑物穩定性。在這些高密度、高價值的城市區域，許多古老和現代的建筑物彼此緊密相鄰。深基坑施工可能會導致地下水位變化、土體沉降和移位，這些都可能對鄰近的建筑物造成不利影響，如裂縫、傾斜甚至坍塌。此外，施工過程中的振動和噪音也可能影響鄰近建筑物的結構穩定性和居民的生活質量。因此，對于這些密集城市區域，如何在施工深基坑的同時，確保鄰近建筑物的穩定性，已經成為了城市規劃和建筑施工中的重大課題。

1 密集城市地區建筑物的一般特點

密集城市地區，如許多全球大都市，由于土地有限、人口集中和經濟活動繁盛，形成了鮮明的建筑特點。這些地方的建筑往往高聳入云以最大化土地使用，如摩天大樓和高層公寓，同時，建筑之間的距離很小，達到了極致的緊湊性。多數建筑都融合了商業、住宅和辦公功能，且歷史悠久的建筑與現代設計交織，塑造出富有特色的城市景觀。地下空間因地面的限制而得到廣泛利用，如車庫和連通隧道。另外，伴隨著對環境保護的日益重視，綠色和可持續性已成為新建筑的標準，體現在綠色屋頂、雨水回收等方面。這些特性為城市建筑帶來了在設計、施工和維護時的種種挑戰，尤其是在地下施工時，需要特別關注以保證密集的鄰近建筑物的穩定性。

2 深基坑施工鄰近建筑物易受到的影響

2.1 土體移位和沉降

在深基坑施工過程中，由于大量土壤的移除，土體壓力會發生明顯變化，從而可能引起土體移位，尤其在軟土地區這種移位可能更為顯著。這種移位，特別是當它發生在鄰近建筑物的地基附近時，會導致地基受到不均勻的沉降壓力。由此產生的沉降可能會導致建筑物出現裂縫或傾斜，極端情況下，還可能會導致建筑物坍塌。值得注意的是，即便土體移位在短時間內看似微小，其長期的累積效果仍可能對建筑物的整體結構穩定性構成潛在威脅，因此，深基坑施工中的土體移位問題不容忽視［1］。

2.2 水文地質變化對鄰近建筑物的影響

深基坑施工對于地下水流的干擾是一個復雜的問題，因為這不僅會導致水文地質條件發生顯著的變化，而且可能對周邊建筑的地基條件產生直接影響。當施工過程中需要抽排地下水以確保工作環境的干燥時，這樣的操作可能會使地下水位發生下降。一旦地下水位下降，土壤可能會經歷一系列的物理和化學變化。

首先，地下水位的降低可能導致土壤中的水分流失，使得土壤變得更為緊湊。這種夯實效應可能增加土壤的承重能力，但同時也可能導致土壤的體積收縮和沉降，從而對上面的建筑物產生不均勻的荷載。其次，當土壤暴露于氧氣時，某些土壤成分可能會發生氧化，這可能改變土壤的性質和承重特性。某些地區的特定土壤類型，如含有有機物的土壤，可能在失去水分后迅速氧化和分解，從而影響其結構穩定性。此外，過度或不當的抽水可能會導致地下形成空腔，尤其是在那些地下水流動性較高的地區。這種空腔的形成可能會導致地面突然塌陷，形成陷坑，給周圍的建筑物和公共設施帶來嚴重風險。

2.3 振動、噪聲等二次影響

深基坑施工是一個復雜的過程，其中涉及的各種活動，如打樁、開挖和各種機械作業，都可能對周圍環境產生明顯的影響。振動是這些影響中的主要因素之一。施工產生的振動，特別是在打樁時產生的震動，可以迅速地在土壤中傳播，并對鄰近的建筑物產生不利影響。這些振動可能導致建筑物的結構發生微小的移動和變形。盡管單次的振動可能不會造成明顯的損傷，但長時間的、持續的震動暴露可能會逐漸削弱建筑物的結構，導致裂縫、變形或其他結構問題。

此外，施工過程中產生的噪音也對鄰近的居民和建筑物構成了挑戰。持續的高分貝噪聲不僅可能對居民的聽力和心理健康產生影響，還會干擾日?；顒?，降低生活質量。對于那些執行敏感任務的建筑物，如醫院、學校和實驗室，噪音干擾可能會對其正常運作造成困擾。例如，在醫院中，噪音可能會影響病人的休息和恢復，而在學校中，噪音可能會干擾教學和學習。

3 深基坑施工鄰近建筑物穩定性保護策略

3.1 前期評估與計劃

3.1.1 地質與土工調查

在開展深基坑施工之初，進行全面的地質和土工調查顯得尤為必要。這項調查主要用于深入探尋施工地區的地質特點，例如土壤的性質、地下水的分布和動態、各個土層的深度和厚度、以及土體的機械性質如強度、壓縮性和滲透性等（如表1）。此外，也需注意地質構造、斷裂帶和歷史上的地質事件，因為這些因素可能會對施工造成不可預測的障礙或威脅。憑借這些詳細的數據，工程師可以更準確地預測并規避在開挖過程中可能出現的復雜情況，比如土體不穩定或突然的水流沖擊。同樣重要的是，這些調查結果將為深基坑的設計提供強有力的理論支撐，允許工程團隊選擇最適合當地條件的施工方法和支護結構，從而確保工程的長期穩定和施工現場的安全。

3.1.2 鄰近建筑物的結構評估

了解并評估鄰近建筑物的結構狀況不僅是一個初步的步驟，而且是決策過程中的關鍵環節。對于鄰近建筑物的地基深度、是否采用樁基、其所承受的荷載類型，都是需要進行詳細考察的因素。例如，一個深入地下的樁基地基可能受到附近深基坑施工的直接影響，特別是當挖掘接近或穿越這些樁基時。

除此之外，鄰近建筑的結構類型，如框架結構、筒中筒結構或桁架結構，也會影響其對施工振動或土體移位的敏感性。鋼筋混凝土結構與純鋼結構對這些影響的反應可能會有所不同，這是因為它們各自的剛度、彈性和承載能力都有所不同［2］。

建筑的歷史也是一個重要的考慮因素。例如，一座建于20世紀初、未經地震加固的建筑可能比近年建成、符合現代地震設計標準的建筑更易受到深基坑施工的影響。此外，建筑的歷史裂縫和已有的結構損傷情況為我們提供了寶貴的信息，顯示了建筑物過去所經受的應力和環境變化。

這種結構評估不僅幫助工程團隊預測和評估施工對鄰近建筑的潛在影響，還使他們能夠制定策略，最大限度地減少這些影響，確保施工安全。而在可能發生的突發事件中，已有的評估數據為應對策略和決策提供了必要的支持。

3.1.3 深基坑設計的優化

深基坑的設計優化旨在綜合考慮所有與項目相關的因素，以確保施工的穩定性和安全性。這一過程從多方面著手，集合了工程師、地質學家、結構師和其他相關專家的知識和經驗。

（1）基于地質與土工調查的結果，設計師必須對基坑的深度進行適當的調整。例如，如果調查發現地下有一個難以處理的堅硬土層或敏感的水層，設計師可能會選擇一個更淺的基坑深度，以避免不必要的復雜性和風險。同時，基坑的斜度也是一個關鍵參數，特別是在土體不穩定的地方。適當的斜度可以增加土體的穩定性，并降低坍塌的風險。

（2）而基坑的形狀則根據現場條件和工程需求來確定。在某些情況下，可能需要設計一個不規則的形狀來避免某些敏感區域或以適應特定的土壤條件。此外，鄰近建筑物的結構評估也為基坑設計提供了關鍵的數據，特別是當這些建筑物靠近施工現場或其穩定性可能受到影響時。

（3）支護系統的選擇也是一個關鍵環節。根據土壤條件、基坑深度和其他因素，可能需要選擇不同的支護系統，如錨固墻、樁墻或攪拌土墻。這些系統的目的是確保土體的穩定性，防止土壤坍塌，并保護鄰近建筑物。

（4）為了提高施工效率和安全性，可采用特定的施工方法和材料。例如，如果地下有一個活躍的水層，需要采用特殊的防水材料或抽水設備?；蛘?，在土壤容易坍塌的地方，可能需要使用更先進的開挖設備和技術。

3.2 施工階段

3.2.1 支護結構選擇與設計

在深基坑施工過程中，選擇和設計合適的支護結構顯得尤為關鍵。這不僅確保了土體的穩定性，還有效地避免了土壤坍塌與鄰近建筑物的潛在損害?？紤]到各種土壤性質、基坑的深度、地下水條件和周邊建筑的特性，工程師們需要權衡各種支護結構的優缺點，如樁墻、攪拌土墻和錨固墻。在設計階段，工程師必須確保所選支護結構能夠均勻地分散土體的壓力，并保有充足的安全余量。當然，在實際操作中，還需考慮施工的實際進度和預算約束，找到一個既能保障工程安全又經濟高效的最佳方案［3］。

3.2.2 施工方法的選擇

正確的施工方法可以顯著減少深基坑施工對鄰近建筑物的影響。例如，分段開挖可以減少土體移動和沉降；而凍土法或盾構法在某些特定的環境中可以減少對地下水流和土體結構的干擾。施工方法的選擇應基于地質、土壤條件、深基坑的設計和鄰近建筑物的特性。

3.2.3 實時監測系統的部署

實時監測系統在深基坑施工中起到了關鍵作用。通過安裝地位儀、傾斜計、振動儀等設備，能夠對土體移位、沉降、振動等參數進行實時監測。這些數據不僅為工程團隊提供了施工的實時反饋，還可以在出現問題時提供早期警告，從而采取相應的措施避免潛在的危害［4］。

3.2.4 臨時穩定性措施

在某些情況下，需要采取臨時穩定性措施以應對突發情況或在某個特定的施工階段確保土體的穩定性。這些措施可能包括土釘、錨索、噴射混凝土、臨時支撐等。這些臨時措施的目的是提供額外的支撐，防止土體移動，并確保鄰近建筑物的安全穩定。在選擇和設計這些臨時措施時，需要充分考慮到土壤條件、深基坑的設計和施工進度。

3.3 后期和緊急應對

3.3.1 建筑物加固技術

隨著深基坑施工的進行，鄰近建筑物可能會受到一定的影響。此時，建筑物加固技術變得尤為關鍵。加固技術可以通過提高建筑物的抗震性、減少沉降和修復結構裂縫等方式，確保建筑物的穩定性。常用的加固技術包括：噴射混凝土技術、錨固系統、外加固筋以及土釘墻等［5］。這些技術不僅可以提高建筑物的整體穩定性，還可以延長其使用壽命，避免因施工帶來的影響而造成不必要的損失。

3.3.2 應急預案制定與執行

深基坑施工中，盡管采取了各種預防措施，但仍然存在某些不可預測的風險。為了快速、有效地應對可能出現的緊急情況，制定合理的應急預案至關重要。這需要詳細列舉各種可能的風險場景，并為每一種場景設計具體的應對策略。預案內容應涵蓋：緊急聯系方式、緊急撤離路線、設備關閉程序、急救措施等。除了制定預案外，定期進行應急演練也是非常必要的，以確保在真正的緊急情況下，所有相關人員都能迅速、準確地執行預定的應對措施，最大限度地減少損失。

4 結語

深基坑施工帶來的技術和環境挑戰需要通過細致的規劃、設計和執行來克服。全面的鄰近建筑物結構評估是其中的關鍵環節，它為我們提供了確保施工安全、預防可能出現的負面影響以及制定有效應對策略的基礎。為了城市的持續與和諧發展，我們必須在追求建設進展的同時，確保周邊環境和建筑物的穩定和安全。

參考文獻：

［1］張豪猛.地鐵車站深基坑施工中對鄰近建筑物的保護探討［J］.建材與裝飾，2020（14）：288，291.

［2］姚希，夏長華，江寧，等.深基坑開挖與鄰近建筑物的相互影響及加固措施［J］.建筑結構，2023，53（12）：144-149.

［3］王占生，杜江濤.軟土地區深基坑超鄰近建筑物施工的保護技術［J］.城市軌道交通研究，2023，26（5）：198-203.

［4］張斌.狹長深基坑分區開挖對鄰近建筑物沉降影響研究［D］.合肥：合肥工業大學，2023.

［5］王輝.深基坑施工對鄰近建筑物的影響分析及加固［J］.建筑技術開發，2022，49（4）：103-106.

作者簡介：王琳（1995—），女，漢族，山西大同人，本科，助理工程師。研究方向：建筑工程。