深基坑施工特点、环境影响、防治措施及监测

    孙　铭

    摘要：深基坑工程施工对周围建筑、交通影响很大，需要采取科学方法对其进行治理，本文就深基坑施工中的环境影响、科学化施工、第三方监测进行讨论，并提出防治措施。

    关键词：深基坑施工；环境影响；防治措施；科学化；第三方监测

    1 前言

    近年来随着城市建设的快速发展，对建筑空间及交通流量的需求急骤膨胀，人们开始向地下空间寻求发展，对深基坑施工提出了越来越高的要求。而深基坑施工具有地质变化复杂、开挖难度大、工期长、费用高及对周边环境影响大等问题，是沿海城市建设中一个亟待攻克的难题。因此深基坑施工的好坏，直接影响到基坑工程的造价和对环境的影响，具有重大的经济效益和社会效益。

    2 城市深基坑工程施工的特点

    2.1 深基坑工程施工环境条件比较差。由于高层、超高层建筑都集中在城市中心区及主要街道的两旁，建筑密度大，人口密集，交通拥挤，施工场地狭小，束缚了工程施工的手脚。

    2.2 基坑开挖越来越深。业主为节约土地，充分利用原有基地面积和地下空间，设置多层地下停车场、人防、机房及消防设施，故地下结构的深度和层数相应增加。

    2.3 必须设置技术可靠可行的支护结构来确保安全，还要考虑到对周围地下的煤气、上水、下水、电讯、电缆等管线的影响，尽可能减少对这一系列建筑及设施的损坏性影响。

    2.4 随着竞争机制的增加，业主对造价、工程进度、工程质量的要求也越来越高，相应增加了施工难度。

    3 深基坑施工过程对周围建筑、交通设施产生的影响

    3.1 降低地下水位引起的影响表现为：

    降低地下水位引起的地面沉降；地下水渗透破坏引起的基坑坍塌；基坑突涌导致的基土开裂。

    3.2 支护结构发生变形和位移引起的环境影响表现为：

    支护结构本身破坏而导致边坡失稳；支护结构整体破坏而导致基坑隆起；支护结构发生变形和位移而引起邻近建筑设施破坏。

    4 控制基坑变形的措施：

    在基坑工程设计时，应考虑有关的影响因素：

    4.1 设计时，应根据环境要求选择基坑位移的控制等级；

    4.2 基坑的最大的水平位移值，与基坑开挖深度、地质条件及支护结构类型等有关，在基坑支护结构体系的设计满足要求时，支护结构水平位移最大值与基坑底土层的隆起抗力系数存在一定的统计关系；

    4.3 围护体系的平面形状与变形有一定的关系，从受力分析可知，圆形、弧形、拱形比直线形要好；工程实践经验表明，在最不利的转角位置、墙后地面和墙面容易出现裂缝，因此，围护桩体系的平面形状不一定非得与底板形状一致。

    4.4 实践表明，围护桩根部插入较好土层中，其围护体系的变形小，稳定性好。

    基坑施工时，应考虑相关因素影响：

    基坑围护体系规律，其变形可以分为两个阶段，一是开挖到设计标高时的变形，二是到底板结束时的位移。而第二阶段的变形与基坑暴露时间有关，暴露时间越长，风险性越大。

    基坑工程的受力特点是大面积卸载，坑周围和坑底应力场从原始条件逐渐降低。基坑暴露后，及时铺设混凝土垫层对保护坑底土体不受施工扰动、土体应力松弛具有重要作用；基坑周边超载，增加墙后土体压力及滑动力矩，降低围护体系的安全度；由于大量卸荷，坑周围应力场变化，地面或多或少会产生许多裂纹，降雨或施工用水进入土体会降低土体的强度，并增加土压力。

    施工中设法减少土体中有效应力的变化，提高土的抗剪强度和刚度，为此必须：

    在基坑开挖过程中和开挖后，应保证井点降水的正常进行；尽量减少基坑坑底的暴露时间，尽快浇筑垫层和底板混凝土；必要时，在开挖前对坑底土体进行局部加固处理。

    5 第三方监测

    5.1 第三方监测的目的

    第三方监测是在深基坑施工期间由独立于施工单位和业主的专业测绘单位对施工区域外一定范围内的地表、道路、管网、重要建(构)筑物等进行沉降和水平位移监测,为业主提供及时、可靠的用以评定深基坑施工对周边环境影响的监测数据和信息,并对可能发生的安全隐患或事故进行及时、准确的预报,让有关方面有时间做出决策,避免事故的发生。

    5.2 第三方监测方案

    5.2.1 监测内容及范围

    第三方监测的范围为地下结构物外缘两侧30m范围内的地下及地面建筑物、构筑物、地下管线、地表及道路等。

    第三方监测内容包括：①建(构)筑物的沉降、倾斜、裂缝观测及成因分析；②土层水平位移(测斜)监测及水位监测；③周边重要交通设施,如桥梁、立交桥、人行天桥、铁路等沉降和倾斜监测；④道路及地表沉降观测；⑤地下管线沉降监测；⑥基坑围护结构变形监测

    5.2.2 监测点位的布置

    第三方监测主要是检查深基坑施工对其周边环境的影响。监测点布设应充分考虑主体施工特点及地形、地质特点和测量方法的可行性,点的疏密程度要既能较好地反映基坑周边的变形情况,又能满足监测的精度要求。根据监测对象的不同采用不同的布点方式：①重要的建(构)筑物一般每栋楼房埋设4~6个监测点,点位埋设在楼房立柱上,立交桥则埋设在桥墩上。②道路及地表监测点一般布设平均间距40m左右。③地下管线主要针对给水和煤气管线,每隔30~50m布设一个。

    5.2.3 观测频率和周期

    第三方监测的观测频率视监测断面距开挖面的距离和沉降速度而定,当出现较大的绝对沉降或不均匀沉降时加应大监测频率。当地表、道路监测点的沉降速率大于3mm/d,建(构)筑物沉降速率>1.5mm/d,地下管线监测点的沉降速率>12mm/d时,监测频率应改为1次/d。

    每个监测对象的监测周期分为3个阶段：施工前期,施工期和稳定期,施工前期是指尚未施工的时间,该阶段只需对监测点施测一次,取得各监测点的初始测量值；施工期指监测点施工开始到施工结束为止；稳定期是指土建施工结束后的继续跟踪监测阶段,一般一个月或两个月观测一次,直至最后3个观测周期的变形量小于观测精度为止。

    5.3 第三方监测控制标准

    第三方监测控制标准是为了确保监测对象的安全而设置的最大允许变形值,当监测点的变形值达到控制标准的80%时应提出预警,当监测点的变形值达到或超过控制标准时应及时向有关部门报警。

    5.3.1 沉降变形控制标准

    桩基建筑物沉降允许值为-10mm；天然地基建筑物沉降允许值为-30mm； 地下管线、地表及道路沉降允许值为-30mm；地表及道路隆起的允许值为+10mm。

    5.3.2 位移变形控制标准

    基坑维护结构的位移变形控制标准为：墙体变形量与开挖深度之比F应小于0.7%； 地下水位监测的控制标准：报警值为累计变化5m,预警值为累计变化4.5m。

    5.4 数据处理

    5.4.1 数据处理的内容

    数据处理工作包括对观测成果进行粗差检验和平差计算,变形值的计算与分析,图表和报表的编制以及监测报告编写等。

    5.4.2 数据处理方法

    第三方监测数据种类多,数据量大,时间紧,快速、即时、准确地进行数据分析和处理并将监测信息反馈给业主是一项繁杂的工作。采用人工进行数据管理、检索具有工作量大、速度慢、不直观、变形分析易出错、难于综合全线或同一区段的各类不同来源、不同类型的监测数据信息等缺点。因此,建立第三方监测信息管理系统,实现对第三方监测数据处理的快速、及时、自动化以及实时动态管理,成为第三方监测数据处理的有效方法和途径。

    6 结束语

    总之,深基坑施工是一个比较优复杂过程,其影响面较大,应采有科学的方法进行针对性的处理。怎样作出一个定量的分析，有待各方专业人士不断的探索。

    参考文献

    [1]JGJ/T8-97.建筑变形测量规范.

    [2]王宏铁。深基坑支护工程新技术（第1版）[M].环境出版社