王麗莎

摘 要：在地質(zhì)較為軟弱的區(qū)域進(jìn)行構(gòu)筑物施工和基坑開(kāi)挖易造成周邊支護(hù)變形，從而引起基坑周邊地表沉降，影響工程的質(zhì)量和進(jìn)度。為此，文章分析影響地表沉降的諸多因素，針對(duì)一些基坑開(kāi)挖沉降控制的難點(diǎn)工程，介紹幾種優(yōu)良的基坑支護(hù)和沉降控制方法，并對(duì)各種控制方法的施工要點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)進(jìn)行闡述，以期能夠提高類(lèi)似工程的施工效率及安全性。

關(guān)鍵詞：構(gòu)筑物基坑;地表沉降;控制技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU476.4

0 引言

構(gòu)筑物基坑開(kāi)挖時(shí)容易造成基坑周邊發(fā)生沉降，尤其是在基坑周邊有建筑物或者工程范圍內(nèi)土質(zhì)不良時(shí)，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(wèn)題。部分施工單位對(duì)于普通的沉降控制方法已熟練掌握，但是針對(duì)基坑的二次開(kāi)挖、基坑周?chē)ㄖ两悼刂?、深窄基坑支護(hù)以及淤泥地段基坑支護(hù)等難點(diǎn)依然存在技術(shù)盲區(qū)。鑒于此，本文針對(duì)這些難點(diǎn)介紹一些基坑開(kāi)挖和沉降控制新技術(shù)，對(duì)諸多影響地基沉降的因素進(jìn)行分析，并對(duì)各種方法的施工要點(diǎn)進(jìn)行探討。

1 基坑周邊地基沉降影響因素

1.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)

大量工程實(shí)踐表明，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度跟基坑周邊地表沉降量有較大的相關(guān)性，圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(kāi)挖時(shí)，開(kāi)挖完成到支護(hù)之間的時(shí)間間隔長(zhǎng)短也會(huì)影響基坑周邊地基的沉降量;采用分布開(kāi)挖時(shí)，分布開(kāi)挖的面積越大，無(wú)支護(hù)坑壁暴露的時(shí)間越長(zhǎng)，基坑周邊的沉降量越大。因此，施工單位應(yīng)根據(jù)施工條件與工程要求合理選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)形式和開(kāi)挖方式，盡快對(duì)坑壁進(jìn)行支護(hù)。

1.2 軟土性質(zhì)

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(qiáng)度很低，透水性較差。當(dāng)工程遇到軟土地基時(shí)，支護(hù)難度要明顯大于普通地基土工程。并且開(kāi)挖基坑時(shí)，施工機(jī)器的振動(dòng)和碾壓會(huì)擾動(dòng)原狀土，使得原狀土的屈服應(yīng)力急劇下降[1]。在基坑開(kāi)挖的前期可能會(huì)出現(xiàn)落石坍塌等現(xiàn)象，并且在進(jìn)行支護(hù)時(shí)容易造成支護(hù)結(jié)構(gòu)入土深度不足，承載力不夠，從而進(jìn)一步導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角或者位移，從而引起周邊地基沉降。對(duì)于高靈敏度軟土工程地段，建議施工前對(duì)地基進(jìn)行加固。

1.3 地下水

在進(jìn)行基坑開(kāi)挖以及地鐵和隧道施工時(shí)，滲出的地下水往往會(huì)影響工程機(jī)器的運(yùn)作以及施工人員的入場(chǎng)。然而盲目對(duì)施工平面進(jìn)行排水處理，會(huì)導(dǎo)致地下水位急劇下降，地基土的孔隙水壓力減小，有效應(yīng)力增大，在土自重應(yīng)力和工程應(yīng)力作用下土?xí)兠軐?shí)，從而引起沉降，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中土的卸載回彈力以及前期支護(hù)的側(cè)向變形會(huì)加劇這一沉降作用。因此，需采用適當(dāng)?shù)姆椒?，合理降水才能保證施工質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)于降水導(dǎo)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(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)等，應(yīng)參考當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件合理選擇這些方法。對(duì)于某些沉降要求高的工程，有必要對(duì)基坑周?chē)某两颠M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止沉降進(jìn)一步惡化。

1.4 地基處理工法

基坑開(kāi)挖前有時(shí)會(huì)對(duì)軟土地基進(jìn)行處理，然而不同的軟土地基處理工法對(duì)于沉降量也存在著不同程度的影響，例如，排水固結(jié)法中降水井之間的間距/止水帷幕的數(shù)量以及深度對(duì)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(yù)壓、等載預(yù)壓、真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓等方式也會(huì)影響到地基的沉降速率以及工后沉降量的大小。對(duì)于復(fù)合地基處理工法而言，樁長(zhǎng)、樁間距以及樁直徑都影響著地基的沉降，在對(duì)軟土地基進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)該綜合考慮場(chǎng)地地基的軟土厚度、性質(zhì)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(hù)與沉降控制難點(diǎn)工程分析

2.1 基坑二次開(kāi)挖支護(hù)

對(duì)于普通基坑開(kāi)挖工程而言，傳統(tǒng)的單排圍護(hù)結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)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(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)施工完成后，出現(xiàn)基坑設(shè)計(jì)深度變更，在原有的基礎(chǔ)上再次開(kāi)挖時(shí)，由于已經(jīng)完成施工的支護(hù)結(jié)構(gòu)插入土體的深度和配筋無(wú)法變更，在設(shè)計(jì)變更后，原有結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性已經(jīng)不能再滿(mǎn)足要求;此外，基坑周邊若存在建筑物，工程施工對(duì)地表沉降要求更高，因此，需要在原有支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)增設(shè)一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，以滿(mǎn)足工程要求。

增設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1中，p為

基坑的外部荷載，H1為原始設(shè)計(jì)開(kāi)挖的深度，H2為變更設(shè)計(jì)后的開(kāi)挖深度，h1為原有支護(hù)結(jié)構(gòu)高度，h2為新增支護(hù)結(jié)構(gòu)高度，d1為原有支護(hù)結(jié)構(gòu)和新增支護(hù)結(jié)構(gòu)之間的間距。2道支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同作用。相關(guān)研究表明，在基坑二次開(kāi)挖的工程背景下，雙層支護(hù)結(jié)構(gòu)能夠較好地滿(mǎn)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(diǎn)建筑物沉降控制

改性聚酯注漿技術(shù)（又稱(chēng)高聚物注漿技術(shù)）是一種新型的注漿土體加固技術(shù)，能有效地加固不良土質(zhì)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(shù)是向地基中注射雙組份改性聚氨酯原料，原料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后會(huì)對(duì)土體產(chǎn)生固結(jié)作用，提高土的整體性和強(qiáng)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(shí)，可合理運(yùn)用改性聚酯注漿技術(shù)，在基坑開(kāi)挖前對(duì)基坑周邊的地基進(jìn)行加固，防止基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的沉降影響到周邊建筑物。該技術(shù)具備以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

（1）注漿原料反應(yīng)后生成的加固體質(zhì)量小、強(qiáng)度高，其密度僅有50～300kg / m3，強(qiáng)度可達(dá)到20 MPa。

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

（3）材料的強(qiáng)度穩(wěn)定，且改性聚酯反應(yīng)的過(guò)程中不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害。

（4）施工方便簡(jiǎn)單，人員要求少，效率高，且對(duì)于工作空間要求低。

（5）改性聚酯反應(yīng)生成的膨脹體具有防水性質(zhì)，材料本身不懼雨水以及地下水。

（6）注漿技術(shù)對(duì)于原本土體結(jié)構(gòu)的破壞小，對(duì)于土體的擾動(dòng)也較小。

改性聚酯注漿技術(shù)施工工序如圖2所示，注漿時(shí)宜采用間斷式注漿，即連續(xù)注射10 s，停止注漿2 s，重復(fù)上述過(guò)程3次即可完成單個(gè)孔位注漿。注漿時(shí)需要運(yùn)用旋轉(zhuǎn)激光水平儀（精度0.5 mm）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到墻體發(fā)生豎向位移時(shí)，需要立刻停止注漿。

2.3 深窄基坑支護(hù)

新型裝配式鋼管混凝土（P-CFST）支撐結(jié)構(gòu)適用于盾構(gòu)豎井深基坑支護(hù)。傳統(tǒng)的深基坑支護(hù)方法常用鋼管和現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐。鋼管支撐的優(yōu)點(diǎn)在于其具有可拆卸性，較為靈活且可重復(fù)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(yán)重不足。鋼筋混凝土支撐剛度雖大，但也存在拆除難度大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間長(zhǎng)等缺陷。P-CFST支撐結(jié)構(gòu)兼?zhèn)淞藗鹘y(tǒng)鋼管支撐和鋼筋混凝土支撐的優(yōu)點(diǎn)，施工靈活，方便拆卸，且擴(kuò)大了支撐間距，改善了基坑開(kāi)挖作業(yè)的效率與環(huán)境。

圖3為某工程P-CFST支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖。該支護(hù)結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異，其主要優(yōu)勢(shì)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(hù)結(jié)構(gòu)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(yù)應(yīng)力;⑧可拆除重復(fù)利用，工程成本低且無(wú)污染;⑨占用空間小便于開(kāi)挖作業(yè)。

2.4 淤泥地段基坑支護(hù)

沿海或者沿湖地區(qū)地質(zhì)一般以淤泥為主，且淤泥層的厚度很大，在此地區(qū)進(jìn)行基坑開(kāi)挖工程難度大，施工復(fù)雜，且工程質(zhì)量和安全容易受到影響。采用傳統(tǒng)的基坑開(kāi)挖和支護(hù)辦法容易造成基底隆起和坑壁塌方等現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑內(nèi)外土壓力不平衡，再加上因淤泥含水量過(guò)高而造成水泥攪拌樁封底效果不理想和淤泥的蠕動(dòng)性等原因，極易出現(xiàn)基坑問(wèn)題。傳統(tǒng)型鋼內(nèi)支撐方法絕大部分采用焊接連接，拆除時(shí)需要切割鋼管橫撐來(lái)釋放壓力，焊接和拆除支撐會(huì)耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，并且部分材料無(wú)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(jī)械式組合內(nèi)支撐，跳倉(cāng)法開(kāi)挖，能夠較好地解決此類(lèi)問(wèn)題。

圖4為機(jī)械式組合內(nèi)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(jié)構(gòu)支護(hù)，機(jī)械式組合內(nèi)支撐施工流程如下。

（1）基坑開(kāi)挖到第1道支撐以下0.5 m左右位置時(shí)，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(xù)開(kāi)挖基坑，待到開(kāi)挖到第2道支撐位置以下0.5 m時(shí)，重復(fù)（1）操作。

（3）基坑開(kāi)挖達(dá)到一定深度時(shí)利用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)跳倉(cāng)法開(kāi)挖，每個(gè)倉(cāng)格的長(zhǎng)度宜為2個(gè)相鄰鋼管橫撐的距離。

（4）重復(fù)以上施工過(guò)程，直至所有區(qū)域開(kāi)挖完畢。

3 結(jié)束語(yǔ)

構(gòu)筑物基坑開(kāi)挖所引起的周邊地表沉降是施工過(guò)程中所必須要考慮的問(wèn)題，本文介紹了基坑開(kāi)挖地表沉降的各種影響因素，并針對(duì)原有基坑加深開(kāi)挖、基坑周邊建筑地基加固以及深基坑開(kāi)挖支護(hù)等難點(diǎn)工程的沉降控制技術(shù)進(jìn)行了分析，以期為類(lèi)似工程施工提供參考和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]俞欽欽，王立峰，龐晉，等. 地鐵車(chē)站深基坑周邊地表沉降規(guī)律研究[J]. 科技通報(bào)， 2019（2）.

[2]周晟羊. 圍護(hù)墻剛度對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響分析[J]. 鐵道勘測(cè)與設(shè)計(jì)，2013（6）.

[3]趙鵬飛. 軟粘土地區(qū)地鐵深基坑開(kāi)挖與支護(hù)的時(shí)間效應(yīng)分析[D]. 陜西西安：西安建筑科技大學(xué)， 2012.

[4]孫仲賢. 軟土地基超大深基坑支護(hù)工程施工研究[J]. 工程技術(shù)研究，2019，4（2）.

[5]鄧永鋒，劉松玉. 擾動(dòng)對(duì)軟土強(qiáng)度影響規(guī)律研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，26（9）.

[6]管飛. 基坑開(kāi)挖和減壓降水引起周邊民宅沉降的控制措施[J]. 山西建筑，2019，45（9）.

[7]Wang J， Feng B， Yu H， et al. Numerical study of dewatering in a large deep foundation pit[J]. Environmental Earth Sciences，2013，69（3）.

[8]李曉龍. 高鐵橋梁下基坑開(kāi)挖對(duì)鄰近橋墩的影響分析[J]. 現(xiàn)代城市軌道交通， 2016（2）.

[9]陳迪. 豎井地基熱排水固結(jié)法處理研究及應(yīng)用[D]. 浙江寧波：寧波大學(xué)，2017.

[10] 王鵬. 地鐵車(chē)輛段軟土地基沉降控制方法研究[D]. 廣東廣州：華南理工大學(xué)，2017.

[11] 張世民，潘唯懌，王慶，等. 真空-堆載聯(lián)合預(yù)壓試驗(yàn)的沉降規(guī)律研究[J]. 地下空間與工程學(xué)報(bào)，2018，14（增1）.

[12] 劉毅. 超載預(yù)壓對(duì)次固結(jié)沉降處理效果分析研究[J]. 城市住宅，2019，26（3）.

[13] 李雄. 樁長(zhǎng)對(duì)粉噴樁復(fù)合地基沉降的影響[J]. 甘肅水利水電技術(shù)， 2016， 52（3）.

收稿日期 2019-10-29

責(zé)任編輯 朱開(kāi)明