深基坑工程与环境地质问题

鲁克文

摘要 ： 城市地下工程建设与环境地质问题一直是人们关注的焦点，也是城市可持续发展战略中的一个关键性问题。本文针对深基坑工程施工中诱发的环境地质问题，分析其类型及危害，针对这些问题提出预防措施及建议。

关键词 ： 深基坑；环境地质；预防措施

Abstract: urban underground engineering construction and environment geology question has been the focus of attention, and urban sustainable development strategy of a key questions. This article in view of the deep foundation pit engineering construction to induce geological environment problems, analyzes the type and harm, aiming at these problems puts forward the prevention measures and Suggestions.

Keywords: deep foundation pit; Environment geology; Prevention measures

中图分类号：P642.5文献标识码：A文章编号：

1. 前言

随着城市建设的发展，高层建筑和市政工程大量涌现。1929年我国在上海建成14层的锦江饭店，1934年建成24层的国际饭店，到目前为止，我国正在建设的最高建筑为上海的上海中心大厦，总高632m。同时兴建的大量大型市政设施，如北京、上海、天津等地的地下铁道，上海人民广场的地下变电站及上海合流污水工程等，无论高层建筑或其他地下工程，深基坑开挖已在工程活动中占据了重要地位。在我国，尤其是沿海、沿江、沿湖一带的经济较发达地区，像雨后春笋般不断出现的高层建筑普遍要求施工深基坑工程。例如，上海市高层建筑地下部分深度普遍在6 m以上，甚至个别建筑物深基坑达24 m以上。然而，深基坑工程除自身的稳定性问题外，由于地处市区，一般周围建筑物，管线密布，还必须考虑对邻近建筑物及对周围地下的煤气、上下水、电讯、电缆等管线的影响，一旦出现灾害事故，后果将是惨重的，如上海市黄浦区某深基坑出现事故后导致的直接经济损失达5000多万元。前段时间媒体报道的，上海中心大厦工地周边出现地面裂缝，引发了各界对于深基坑施工是否存在安全隐患的关注。如何看待和处理这些问题，将是深基坑设计施工人员及管理部门函待解决的问题，也是环境工程地质学的一项重要研究内容。

2. 深基坑工程引发的环境地质问题

深基坑施工对周围环境必然有影响。基坑工程包括挡土、支护、防水、降水、挖土等许多紧密联系的环节，其中任一环节失效都可能导致基坑周围发生环境问题，主要表现在下述几方面：

2.1 土方开挖及基坑降水引起的环境问题

基坑开挖过程中，由于土体挖除，自重应力增大、粘性土吸水膨胀作用、支护结构的挤压作用，以及支护结构嵌入土中深度不够大时挤推其前面的土体时，使基底表面产生隆起、基坑失稳、桩体变位等灾害[1-3]。其基底隆起量与地基土性状、基坑开挖深度与宽度、暴露时间、支护结构体系刚度、施工工艺、施工质量等有关，大小一般介于支护结构侧向位移与地面沉降之间。根据工程实践经验，基坑开挖引起坑外地层移动的影响范围(水平及垂直方向)，一般认为是开挖深度的2．0～3．0倍[4]。实际工程中，当土质较差而支挡结构入土深度不大时，支挡结构侧向变形较大，与坑外地表最大变形接近，最大地表沉降发生在坑边，随距坑边距离的增加而减小。当坑底土层较好或墙体入土深度较大时，支挡结构产生的侧向变形较小，此时最大地表沉降常发生在距坑边外一定距离，其大小为支挡结构最大侧向位移的0．7倍。

基坑降排水主要是解决上部土层的滞水和降雨积水的疏排。为了保证基坑工程土方开挖和地下室施工处于水位以上的“干”状态，需要通过降低地下水或配以设置止水帐幕，使地下水位在基坑底0.5～1.0m以下。在地下室施工结束，上部结构尚未施工时尚需通过降低地下水位，克服地下水对地下室产生浮力。降低地下水位可能引起地面沉降、流砂(土)、管涌和基坑突涌等，并对环境造成不良影响。

2.2 围护桩、基桩施工的环境问题

围护桩和工程桩若采用挤土桩或部分挤土桩，施工过程中挤土效应将对邻近建筑物及市政管线产生不良影响。由于打入桩沉桩挤土使得地面隆起，其隆起量与桩的入土深度、桩数、桩径、打桩流程、沉桩速率、桩距及隆起点距沉桩的距离等有关。桩基施工的影响范围一般为桩长的0.6～0.8，或等于软土层的厚度[4]。根据实测资料表明，由于挤土桩施工造成的邻桩上抬量，在沉桩结束时可认为与该处地面隆起量相等。沉桩使邻近桩桩身产生的拉应力可以造成预制桩接头脱离等工程质量事故，从而影响这些桩的承载能力。施工还会引起桩土水平位移及桩身挠曲，由沉桩引起的桩土水平位移主要发生在浅层，桩身最大弯曲应力一般发生在桩尖以上0.8桩长处，是桩身折断的原因之一。

2.3 施工引起的噪声、空气污染及土方运输对周围交通运输的影响

施工场地一般都地处繁华的城市中心区，人口密集，道路拥挤。降排水设备、打桩设备、各种钻孔设备、搅拌机、挖土机、起重机以及运土车辆等都会产生噪声，对声环境造成影响。这些设备可产生100dB以上的噪音，而一般人能接受的噪声在40dB～70dB之间，这给附近人们的生活及办公环境造成十分严重的干扰。而施工现场产生的浮土；泥浆、渣土和土方开挖外运溢撒；搅拌机产生的水泥粉尘等，在频繁干燥季风的吹扬搬运作用下，产生的悬浮颗粒和水泥粉尘等等均对空气造成污染。运输车辆频繁进出都会影响居民出行，也会影响绿色城市、绿色社区、绿色住宅的人居环境。

2.4 因设计、施工不当或其他原因造成围护体系破坏，导致相邻建筑物及市政设施破坏

基坑围护体系破坏可能引起灾难性事故，这类事故可以通过合理设计、采用正确的施工方法、施工过程中加强监测，实行信息化施工予以避免。这类事故的治理往往需要付出巨大的代价。

3. 预防深基坑工程对周围环境不良影响的途径与措施

深基坑工程属于地下工程，隐藏性较大，情况复杂，目前对基坑周围的环境保护已积累了许多经验，例如选用刚度大的围护结构，进行基坑内外的地基加固以提高土体抗变形能力，对基坑近旁的建筑物和构筑物进行基础加固或地基处理，在基坑及建筑物之间设置隔断桩或隔断墙以及注浆保护等。具体的方法主要有：

3.1保证基坑开挖期间邻近建筑物和市政设施的安全的措施

(1)详细了解邻近建筑物和地下管线的分布情况、基础类型、埋深、管线材料、接头情况等，并分析确定其变形允许值。

(2)根据邻近建筑物和地下管线变形允许值，采用合理的基坑工程围护体系，并对基坑开挖造成周围地面沉降情况作出估计。判断该围护体系是否满足保证邻近建筑物和地下管线的安全要求，必要时需采取工程措施。

例如，在软土地基中，采用地基处理方法对围护体系被动区进行土质改良可以有效减少基坑周围地面沉降。常用地基处理方法有深层搅拌法、高压喷射注浆法和注浆法。