深基坑環境影響評估及防護措施探討

0 引言

在城市建設向高空和地下拓展的背景下，深基坑工程作為高層建筑、地下軌道交通、地下停車場等項目的基礎，規模和深度不斷增加。然而，深基坑施工不可避免地會對周邊環境產生諸多影響，如導致周邊土體位移沉降、建筑物開裂傾斜、地下管線破壞等。這些問題不僅阻礙工程順利進行，還可能引發安全事故，造成巨大經濟損失和社會影響。

1深基坑施工對周邊環境的影響

1. 1 土體方面

開挖打破土體初始平衡，卸除自重應力，致使其變形，主要體現為沉降和水平位移。具體表現為：沉降導致地面凹陷，影響周邊道路平整度與正常通行，增加維護成本并帶來安全隱患；水平位移使臨近建筑物基礎受側向擠壓，引發傾斜、開裂，嚴重時危及結構安全。此外，施工開挖擾動會破壞土體原有結構，降水致使地下水位下降，造成土體固結沉降和干縮裂縫，進而降低土體強度，增大基坑支護結構受力風險，威脅基坑穩定性[1]。

1.2 周邊建筑物方面

深基坑施工引發的土體變形傳遞至基礎，導致周邊建筑物沉降與傾斜。具體表現為：沉降過大使基礎底面脫空，承載能力下降；傾斜改變重心位置，產生附加內力，嚴重時可致建筑物倒塌。此外，土體不均勻沉降和水平位移會使建筑物承受不均勻附加應力，一旦超過結構抗拉、抗剪強度時，將導致出現裂縫，進而影響外觀、削弱結構性能并縮短使用壽命[2]

1.3地下管線方面

施工期間，土體變形會致使管線承受拉伸、壓縮、彎曲等多種作用力，進而引發管線變形乃至破壞，干擾城市供水、排水、供電、供氣等基礎設施的正常運轉，給居民生活帶來不便，甚至可能誘發安全事故。與此同時，施工還會對管線運行造成影響：降水導致地下水位下降，會使給水管線水壓出現波動，影響供水穩定性；排水管線周邊土體變形則會造成排水受阻、積水問題；此外，施工產生的振動與噪聲還會干擾通信光纜、電纜等對環境要求嚴苛的管線，影響信號傳輸質量。

2深基坑環境影響評估指標體系

2.1 土體變形指標

土體沉降和水平位移是評估深基坑對周邊土體影響的關鍵指標。實際操作中，要借助水準儀來測量土體沉降，其具體做法是在基坑周邊的不同位置精心設置沉降觀測點，然后按照一定周期去測量這些點的高程變化，從而獲取精準的沉降數據。而測量土體水平位移，則要用到全站儀或測斜儀。其中，測斜儀是通過預埋在土體里的測斜管，來實現對不同深度處土體水平位移的測量。值得注意的是，依據大量的工程經驗以及相關規范，針對不同類型的工程和周邊環境狀況，都有著對應的土體變形允許值。

2.2建筑物變形指標

建筑物的沉降、傾斜和裂縫寬度是評估其受深基坑影響程度的重要指標。沉降觀測方法與土體沉降測量有相似之處，都是在關鍵部位設置觀測點，不同的是它要在建筑物基礎上進行設置。至于傾斜的測量，可采用經緯儀、全站儀或傾角儀等設備，通過測量建筑物頂部和底部的相對位移，進而計算出傾斜度。而裂縫寬度的測量，則依靠專業的裂縫觀測儀，對于不同結構類型和重要性等級的建筑物，其變形允許值也有所不同。

2.3地下管線變形指標

地下管線的變形指標包括軸向應變、環向應變和曲率。其中，軸向應變反映的是管線在長度方向上的拉伸或壓縮程度，環向應變體現的是管線在圓周方向上的變形，曲率則表示管線的彎曲程度。要獲取這些指標數據，需要在管線上安裝應變計、曲率計等傳感器。同樣，根據管線的材質和使用要求，也制定了相應的變形允許值[]

3深基坑環境影響評估方法

3.1理論計算法

理論計算法基于土力學、結構力學等理論，通過建立數學模型計算深基坑施工對周邊環境的影響。常用方法有彈性力學法、有限元法、有限差分法等。彈性力學法適用于求解簡單邊界條件下的土體和結構變形問題，通過彈性力學基本方程和邊界條件推導變形計算公式；有限元法和有限差分法利用計算機軟件，將土體和結構離散化為有限個單元，通過數值計算求解各單元的應力和變形，能處理復雜邊界條件和非線性問題。

3.2 數值模擬法

數值模擬法借助專業巖土工程軟件，如ANSYS、FLAC3D、PLAXIS等，對深基坑施工過程進行模擬分析。模擬中考慮土體非線性本構關系、支護結構與土體相互作用、施工過程分步開挖等因素，可真實反映深基坑施工對周邊環境的影響過程。其優點是，可得到不同施工階段周邊土體、建筑物和地下管線的變形和應力分布情況，為工程決策提供直觀參考依據。但模擬結果的準確性依賴于模型的合理性和參數選取，需要豐富的工程經驗和專業知識。

3.3 現場監測法

現場監測法是在深基坑施工過程中，對周邊土體、建筑物和地下管線的變形、應力等參數進行實時監測。通過在監測對象上布置水準儀、全站儀、測斜儀、應變計、壓力盒等監測儀器，定期采集數據，根據監測數據及時分析和評估深基坑施工對周邊環境的影響。其優勢是能夠直接獲取實際數據，真實反映施工中周邊環境變化，是評估深基坑環境影響最可靠的方法，監測數據還可驗證理論計算和數值模擬結果的準確性。但該方法需投入人力、物力和財力，監測周期長，監測范圍有限。

4深基坑環境影響防護措施

4.1支護結構優化措施

支護結構是維持基坑邊坡穩定、精準控制土體變形以及最大限度降低對周邊環境負面影響的核心組成部分。常見的支護結構類型有排樁支護、地下連續墻、土釘墻、錨桿支護等。排樁支護是通過一系列緊密排列的樁體，形成一道堅固的防線，有效阻擋土體的側向壓力；地下連續墻是一種在地面以下用于截水、防滲、承重、擋土的連續墻體，它不僅能承受巨大的土壓力，還具備良好的止水性能；土釘墻利用土釘與土體之間的摩擦力和黏結力，使土體形成一個穩定的整體；錨桿支護則是借助錨桿將土體與穩定的巖體或土體錨固在一起，提供強大的拉力支撐。

在選擇支護結構類型時，需綜合權衡多個關鍵因素。一般而言，對于開挖深度較淺、周邊環境相對簡單的基坑，土釘墻或排樁支護因其施工工藝相對簡便、成本較低，是較為理想的選擇；而對于開挖深度較大、對周邊環境要求極高的基坑，地下連續墻或排樁加錨桿支護能夠更好地滿足工程需求，確保基坑的穩定以及周邊環境的安全。此外，支護結構的參數對其支護效果和周邊環境的影響也不容忽視。例如，適當增加排樁的樁徑和樁長，可以顯著提高支護結構的剛度，有效減小土體的水平位移；合理調整錨桿的長度和傾角，則能優化錨桿的受力狀態，進一步提升支護效果[4]

4.2 土體加固措施

土體加固其目的在于增強土體的強度和穩定性，有效控制土體變形，從而為基坑施工創造安全可靠的條件。其中，注漿加固是一種常用的土體加固方法，它通過向土體中注入水泥漿、化學漿液等材料，填充土體孔隙，改善土體的物理力學性質，可有效加固基坑周邊土體，減小土體變形，防止土體坍塌。

具體而言，注漿方法主要包括靜壓注漿、高壓旋噴注漿和深層攪拌注漿。靜壓注漿操作相對簡單，適用于加固較淺的土體。它通過將漿液在一定壓力下緩慢注入土體孔隙中，使漿液與土體充分混合，從而提高土體的強度和穩定性；高壓旋噴注漿則利用高壓噴射設備，將漿液以高速噴射的方式與土體混合，形成具有一定強度的加固體，其適用于加固較深的土體以及處理復雜的地質條件，能夠在土體中形成柱狀、壁狀或塊狀的加固體，有效增強土體的承載能力；而深層攪拌注漿是通過攪拌設備將水泥漿與土體強制攪拌，使水泥漿與土體充分融合，形成水泥王樁體。水泥土樁體具有較高的強度和穩定性，能夠有效提高土體的強度和抗變形能力。

此外，當深基坑周邊存在軟弱地基或不均勻地基時，地基處理方法則尤為重要。常見的地基處理方法有換填墊層法、強夯法和CFG樁法。換填墊層法是將軟弱土層挖除，然后換填強度較高的材料，如砂石、灰土等。通過這種方式，可以提高地基的承載能力和穩定性，減少地基的沉降變形；強夯法是利用重錘自由落下產生的強大沖擊力，對地基土進行夯實，使地基土密實，提高地基的強度和均勻性；而CFG樁法是在地基中設置由水泥、粉煤灰、碎石等材料組成的樁體，與樁間土共同形成復合地基，其能有效提高地基的承載能力和變形模量，增強地基的穩定性，從而有效減少深基坑施工對周邊建筑物和地下管線的影響。

4.3建筑物保護措施

對于受深基坑施工影響較大的建筑物，基礎加固是首要措施之一。常見的基礎加固措施有擴大基礎法、錨桿靜壓樁法和樹根樁法。擴大基礎法是通過增加基礎的底面積，減小基礎底面的壓力，進而減少建筑物的沉降，使其能夠更好地承受上部結構的荷載；錨桿靜壓樁法是利用建筑物的自重，通過在基礎上設置錨桿，將樁體壓入地基中，從而提高基礎的承載能力。其能有效增強基礎的穩定性，抵抗因深基坑施工引起的土體變形對建筑物基礎的影響；而樹根樁法是在基礎周圍或內部設置小直徑的灌注樁，這些灌注樁相互交織，形成類似樹根狀的支撐體系，大大增強了基礎的穩定性，為建筑物提供了更加堅實的基礎支撐。

此外，當建筑物出現裂縫或結構受損時，結構補強措施極為關鍵。以粘貼碳纖維布法為例，它主要是將碳纖維布粘貼在建筑物結構表面，利用碳纖維布的高強度和高彈性模量，提高結構的承載能力和抗裂性能，這是由于碳纖維布能夠有效分擔結構的荷載，防正裂縫的進一步發展。還有粘貼鋼板法、增設支撐法也是常用的措施。粘貼鋼板法是將鋼板粘貼在結構表面，通過鋼板與結構的協同工作，增強結構的強度和剛度。增設支撐法是在建筑物內部或外部增設支撐結構，改變結構的受力體系，減輕原結構的負擔，從而提高結構的穩定性[5]。

4.4地下管線保護措施

在深基坑施工過程中，必須高度重視對地下管線的保護，避免因施工造成地下管線的變形、破壞，從而影響城市的正常運行。對于距離基坑較近、受施工影響較大且無法采取有效保護措施的地下管線，管線改遷是一種必要的手段。在施工前，需根據工程規劃和管線綜合布置要求，精心制定管線改遷方案，將地下管線遷移到安全位置。在管線改遷過程中，必須嚴格遵循相關規范和標準，確保新鋪設的管線滿足使用要求和安全性能。同時，要特別注意保護原有管線的完整性，避免在改遷過程中對周邊環境造成二次破壞。

而對于無法改遷的地下管線，就需要采取有效的保護措施。常用的保護措施有支托保護、懸吊保護和隔離保護。支托保護是在管線下方設置支托結構，如鋼支架、混凝土支墩等，通過這些支托結構支撐管線的重量，防止管線因土體變形而下沉；懸吊保護是利用鋼絲繩、鋼吊桿等將管線懸吊起來，使其與周圍土體隔離，減少土體變形對管線的影響，這種方法能夠有效避免管線受到土體的擠壓和拉伸，確保管線的安全；而隔離保護是在管線與基坑之間設置隔離墻，如鋼板樁、地下連續墻等，阻擋土體變形的傳遞，保護管線安全。

5結語

綜上所述，深基坑工程作為城市建設中至關重要的基礎工程，隨著城市建設的蓬勃發展，其數量日益增多。然而，深基坑施工過程中對周邊環境產生的影響較為復雜。從周邊土體的沉降與水平位移，到建筑物出現的沉降、傾斜與裂縫，再到地下管線遭受拉伸、壓縮、彎曲等作用而導致的變形與破壞，這些問題都對周邊環境的安全與穩定構成了威脅。為有效化解相關難題，亟需構建科學嚴謹的環境影響評估指標體系，并綜合運用理論計算、數值模擬及現場監測等多種評估手段，從而精準把握深基坑施工對周邊環境的影響程度，為后續防護措施的制定提供堅實依據。在防護措施落實上，可通過優化支護結構設計、實施土體加固舉措以及對建筑物和地下管線采取保護策略等，構建一套完備的防護體系，切實降低深基坑施工對周邊環境的負面影響。未來，隨著城市建設向更深、更高、更復雜的維度邁進，需持續深化深基坑施工環境影響機理研究，創新評估方法與防護技術，實現工程建設與環境保護的協同發展，為城市可持續發展提供堅實保障。

參考文獻：

[1］黃致興，諶越，任曉光，等．樁錨式支護結構深基坑開挖對周邊環境的影響評估及控制技術［J]．廣東水利水電，2023(7):15-20，33.

[2］張鑫全，尹玉平，曾樂，等．超期服役深基坑再開挖對周圍環境影響的數值模擬研究［J]．鐵道建筑技術，2022(5)：104-108，147.

[3］周建威.深基坑鄰近砌體房屋安全風險評估與管控研究[J]．安徽建筑，2023，30（7)：106-107，119.

[4]劉根．深基坑數值分析及其對鄰近建筑物的影響預測[J]．建筑機械，2022（10)：73-77.

[5］張春杰，強毅，陳祥森，等．城市地下綜合管廊深基坑支護施工方案設計［J]．建筑機械化，2023，44（3）：39-41，74.