淺析深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響

1、淺析深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響1=摘要：深基坑工程作為涉及諸多學(xué)科領(lǐng)域的綜合性工程，與周圍環(huán)境是互相作 用、互相影響的關(guān)系，如果不控制好開挖過程中的土體變形會對周圍環(huán)境造成很 大的影響，以青島市科技館站地鐵車站深基坑對周圍環(huán)境的影響為例進行分析， 結(jié)合現(xiàn)場的施工情況和監(jiān)測數(shù)據(jù)，以深基坑施工對周圍環(huán)境的影響進行了研究， 并提出了相應(yīng)的控制技術(shù)。關(guān)鍵詞：深基坑周圍環(huán)境土體變形影響引言隨著城市化進程的加快，城市建設(shè)用地愈加緊張，地下空間的利用成為必然 選擇，進而導(dǎo)致深基坑工程不斷增多，施工深度加深，開挖面積也在逐漸增加， 基坑形式和周圍環(huán)境也更加復(fù)雜，如果不控制好開挖過程中的土體變形，會對周 圍縱橫

2、交錯的地下管線、房屋建筑、地下通道、以及交通道路等環(huán)境造成很大的 影響，所以在深基坑的施工過程中，不僅要做好基坑的支護措施，還要注意控制 深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響。深基坑開挖土體的變形理論基坑在開挖過程中的變形主要表現(xiàn)在三個方面：圍護結(jié)構(gòu)變形，基坑底部隆 起，圍護結(jié)構(gòu)后方的土體及建筑物的沉降。在基坑開挖之前，土體是處于初始地 應(yīng)力平衡狀態(tài)的，當(dāng)土體被開挖后，開挖面的豎直方向和支護結(jié)構(gòu)的水平方向的 荷載被卸載，應(yīng)力變化為土體的圍護壓力減小，豎向壓力基本不變，這時土體有 主動壓縮的趨勢，所以會導(dǎo)致圍護結(jié)構(gòu)在土壓力的作用下產(chǎn)生水平變形。基坑底 部隆起是因為土體在卸荷后要回彈，當(dāng)開挖深度不大時，土體

3、會發(fā)生豎直的彈性隆起，當(dāng)開挖深度增加時，基坑內(nèi)外的土體高差會增 大，圍護結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生踢腳現(xiàn)象，導(dǎo)致基坑隆起。若土體的自重應(yīng)力釋放過大， 圍護結(jié)構(gòu)可能會上升產(chǎn)生豎向變形，會導(dǎo)致地表的不均勻沉降，此外，基坑開挖 中會采用降水措施，當(dāng)?shù)叵滤幌陆岛?，也會產(chǎn)生地表沉降區(qū)，從而對周圍的建 筑、道路和地下管線造成影響，出現(xiàn)建筑沉降、結(jié)構(gòu)裂縫和房屋坍塌等危害。深基坑開挖對周圍環(huán)境的影響3.1對周圍建筑物的影響基坑開挖引起的變形和鄰近建筑物的變形是相互作用、相互影響的，基坑變 形過大時會損害建筑物，而建筑物損害過大時又會影響周圍土體的應(yīng)力狀態(tài)。最 早是Terzaghi發(fā)現(xiàn)基坑圍護結(jié)構(gòu)后地面位移與周圍構(gòu)筑物發(fā)生破

4、壞之間的關(guān)系， 提出了最大容許沉降的差異。我國許多學(xué)者也對基坑開挖過程中鄰近建筑物所受 的影響進行了研究，比如王素霞1 等應(yīng)用數(shù)值模擬的方法，通過考慮上部結(jié)構(gòu)基 礎(chǔ)與巖體的共同作用，研究了建筑位移和內(nèi)力受基坑開挖影響的規(guī)律。張亞奎2 應(yīng)用數(shù)值模擬分析了各種支護情況對坑外地層沉降的影響，總結(jié)了其發(fā)展變化的 規(guī)律。由此可見，深基坑開挖對周圍建筑物的影響備受關(guān)注，基坑開挖會造成周 圍土體變形，地應(yīng)力發(fā)生改變，土體產(chǎn)生位移，使得支護結(jié)構(gòu)變形，基坑底部隆 起，圍護結(jié)構(gòu)外的地表沉降，基坑的降水也會使得土體固結(jié)，導(dǎo)致周圍建筑物發(fā) 生不均勻變形、傾斜、裂縫甚至倒塌等。3.2對地下管線的影響隨著城市地下管線越來

5、越密集，出現(xiàn)了專門研究基坑開挖對周圍管線影響的 學(xué)者。李大勇、龔曉南等】3建立了同時考慮基坑支護結(jié)構(gòu)、土層與地下管線 變形耦合作用的三維有限元分析模型，對地下管線保護措施的幾種方法進行了數(shù) 值分析。王德剛等4以上海某基坑工程為例，細致分析了各個工況下管線的 位移并提出了預(yù)防措施。在基坑開挖的過程中，基坑內(nèi)部土體的應(yīng)力被釋放，使 得基坑側(cè)壁土體發(fā)生位移，導(dǎo)致管線周圍的土體發(fā)生沉降，當(dāng)管線周圍土體的沉 降與管線沉降差值較大時，管線所受到的應(yīng)力就會改變，如果這個應(yīng)力大于管線 的承載能力，管線就會破壞，會直接影響到人民的生活和人身財產(chǎn)安全。3.3對道路路面的影響基坑的開挖可能會導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)各層內(nèi)應(yīng)力釋

6、放，打破原有的平衡，這樣支 護結(jié)構(gòu)后方的土體就會產(chǎn)生位移，從而帶動路面結(jié)構(gòu)向基坑方向移動，導(dǎo)致路面 薄弱部位的應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生會影響路面和路基的穩(wěn)定，降低道 路的強度和使用年限，而且會影響交通且伴有安全隱患，還會為人們的出行帶來 不便。工程實例4.1工程概況青島地鐵8號線科技館站位于岙東南路與華強路的交叉路口，沿規(guī)劃岙東路 南北向布置。車站為8號線與9號線的換乘站，設(shè)有站前單渡線，站后交叉渡線 和停車線，本站同時為9號線的終點站，車站規(guī)模較大。本車站主體結(jié)構(gòu)總長 282.0米，有效站臺寬度14米，有效站臺長度118米。車站共設(shè)4個出入口、4 個風(fēng)亭組、2個安全疏散口。本站的結(jié)構(gòu)型

7、式為兩層五柱六跨箱型框架結(jié)構(gòu)體系。 車站西北象限為科技館一期工程，東北側(cè)象限為華強文化科技產(chǎn)業(yè)基地，東南象 限現(xiàn)狀為空地?？萍拣^一期正在施工，周邊為在建道路工程，沿在建岙東路紅線 有較多已建成但未投入使用的管線。車站兩端8號線區(qū)間均為礦山法施工，小里程預(yù)留9號線暗挖條件，大里程 9號線停車線與車站同步明挖法施工。車站主體結(jié)構(gòu)采用明挖法施工，支護結(jié)構(gòu) 采用鉆孔灌注樁/鋼管樁+錨索（桿）和吊腳樁等支護形式。4.2基坑開挖對周邊環(huán)境的影響科技館站部分監(jiān)測點布置如圖1所示，基坑周圍分布著管線、在建道路與在 建建筑。在建科技館距離基坑10.5m，東側(cè)管線距離基坑15.5m，所以主要針對 這兩個位置分析深

8、基坑開挖施工對周圍環(huán)境的影響。（1）科技館_DC58-03,DC58-04,DC55-03,DC55-04這幾個監(jiān)測點離基坑最近，會受到比較大 的影響，所以取這幾個點作為研究。由圖2可知，科技館最大累計沉降值為 3.01mm，離基坑較遠DC58-04和DC55-04沉降相對較小，為2.05mm和1.36mm。 發(fā)生沉降的原因主要是基坑降水過程使土體固結(jié)加上施工的擾動，共同導(dǎo)致了地 表沉降。（2）地下管線沿在建岙東路紅線有較多已建成但未投入使用的管線,GC04,GC05,GC06,GC07 這幾個地下管線監(jiān)測點離基坑最近，會受到比較大的影響，所以取這幾個點作為 研究。由圖3可知，地下管線最大累計

9、沉降值為1.17 mm，離基坑較遠GC05和 GC07沉降相對較小，為0.93mm和0.82mm。開挖施工時有可能會直接損壞地下 管線，也會擾動周圍土體，土體應(yīng)力的釋放及重分布會使管線受壓而斷裂，這樣 會造成很大的風(fēng)險，直接影響到人們的生活。控制措施深基坑工程是一項龐大的工程，消耗的資源是巨大的，為了避免資源浪費， 減少對周圍環(huán)境的影響，首先要做的就是做好工程地質(zhì)勘察，對周邊的地形地貌和土層情況都進行嚴格仔細的勘察，做好風(fēng)險源控制，提前對離基坑較勁的建筑 物、地下管線等地段進行監(jiān)測并采取超前預(yù)注漿等保護措施，避免安全事故的產(chǎn) 生；其次要做好科學(xué)的降水措施，周邊環(huán)境受到影響很大的原因是地下水位下

10、降， 基坑開挖時應(yīng)該提前對地下水水位進行一定程度的降低，并對地下管線滲漏情況 做好實時監(jiān)測，根據(jù)現(xiàn)場情況采取科學(xué)合理的措施保證基坑開挖工作順利進行； 最后要加強現(xiàn)場施工監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調(diào)整、優(yōu)化設(shè)計和施工工藝。圖1圖3地下管線沉降曲線6.結(jié)語（1）支護結(jié)構(gòu)的變形、基底隆起及地下水位的降低是造成基坑失穩(wěn)、周圍 環(huán)境不均勻沉降的的主要因素，要降低基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，就要嚴格控 制地表沉降及支護結(jié)構(gòu)的側(cè)移量，并對這些不利因素進行科學(xué)預(yù)測和防護。（2）基坑開挖時土體應(yīng)力的釋放加上降水過程中土體會發(fā)生位移，從而帶 動了地下管線的變形，在基坑開挖過程中要妥善處理地下管線。（3）應(yīng)該認真總結(jié)既有經(jīng)驗,深入實際進行調(diào)查分析，多對比工程實例，進 行多方案比對，豐富根據(jù)理論知識，合理預(yù)測出深基坑施工對周圍環(huán)境的影響。參考文獻王素霞，黃石松，夏碧濤.基坑開挖對鄰近建筑物影響的有限元分析J.建 筑與工程，2008（6）：