摘　要： 從高層建筑結構基礎施工對周圍環境影響的眾多因素來看, 工程樁和基坑工程的施工是兩個主要因素。因此, 本文將從樁基礎和基坑工程施工兩方面來討論城市高層建筑結構基礎施工對周邊環境的影響, 并就這些問題提出相應的防治措施。

關鍵詞：高層建筑; 基坑施工; 環境影響

1.樁基礎施工對周邊環境的影響

 由于城市高層建筑結構自身載荷較大, 對地基處理的要求較高。因此, 在建筑密集地區, 高層建筑結構的基礎形式多采用樁基礎或樁和其他基礎形式組成的復合基礎。但由于施工工藝和方法的原因, 樁基礎施工往往會對周邊環境產生較大的影響, 比如在施工時產生的振動、擠土效應等。

1.1 振動的影響

 目前, 樁基礎的形式多種多樣, 施工方法也不盡相同。有些樁基礎施工對周圍環境影響較大, 如在夯錘擊樁的施工中, 打樁振動容易造成附近建筑物墻體、地面等出現裂縫; 鉆孔灌注樁雖可以避免上述不良影響, 但當樁穿過砂層時, 若未能及時用泥漿護孔, 則會造成涌砂、塌孔等, 對周圍已有建筑物構成威脅。因此, 在城市建筑密集區, 對樁基礎施工方法進行選擇時, 應盡量避免采用振動或捶擊式樁基礎。

1.2 擠土效應

 擠土效應是指樁入土時擠開相應體積的土體, 在樁周土體中產生較高的超孔隙水壓力。經擾動的土體極易蠕動, 表現為地表、淺層和深層土體發生豎向和水平位移。大量的土體位移會導致鄰近建筑物基礎的上抬、結構的變形、地坪和墻面的開裂, 損壞地下管線和設施等一系列問題。主要的處理措施如下:

 1)合理設計打樁的順序, 打樁順序在很大程度上決定了擠土效應的大小。在場地一側有鄰近建筑物時, 應背離建筑物由近向遠處打樁; 在場地空曠的條件下, 應按先中央后周圍, 由里及外的順序打樁; 區域大時, 采用跳打可使鄰近建筑物變形趨于均衡, 減少差異變形, 防止或減少建筑物的傾斜; 區域小時, 采用間隔打樁, 可減少土體側向擠壓力。

2)設置垂直排水通道, 可加快超孔隙水壓力的消散, 減少擠土現象。

 3)預鉆孔打樁及開挖防擠溝, 其目的是進一步隔斷打樁引起的擠土壓力及超孔隙水壓的傳遞途徑和減少淺層土的積壓, 從而可以起到減少對鄰近淺埋管線和基礎的影響。

2.基坑施工對周圍環境的影響

2.1支護結構施工對周圍環境的影響

2.1.1 支護樁施工產生的影響

 為了滿足基坑開挖的穩定, 支護結構常采用排樁( 墻)支護工程: 包括灌注樁、預制樁、板樁等類型。其中很多屬于擠土樁或部分擠土樁, 施工時應采取1.2節中的措施, 以減小對周圍環境的影響。

2.1.2 在軟土和砂土地區施工人工挖孔樁產生的影響

 在軟土、砂土地區或地下水位以下, 采用人工挖孔樁時,因挖孔不當容易造成涌砂、塌孔和土體擠入等問題, 后果比較嚴重, 在城市密集區不宜采用該樁型。在某些工程中, 雖然場區內土層為軟土、砂土或夾有軟土、砂性土層, 但由于種種原因, 施工人工挖孔樁失敗的例子仍然很多。如沒有采取有效措施, 則在施工中可能產生管涌、流砂、軟土塑性擠出等現象, 引起外圍大面積塌陷, 造成周圍建筑嚴重損壞。

2.1.3 壓密注漿引起地面隆起和沉降

 壓密注漿施工對環境的影響與注漿壓力、漿液的凝固時間、漿液的稠度等因素有關。如果注漿壓力過大, 漿液凝固時間短、稠度大, 地面可能產生一定量的抬升; 如果注漿壓力過大, 漿液凝固時間長、稠度稀, 則可能先是產生地面抬起,接著由于壓力消散, 而土體受擾動強度下降, 地面因而產生沉降。這樣會對周圍環境造成嚴重的影響。

2.1.4 其他影響

 在支護結構施工時, 還會對周圍環境產生其他一些影響。如土層錨桿施工可能占用規劃紅線以外的地下空間, 并影響后續工程的施工。

2.2 基坑降水對周圍環境的影響

 基坑工程開挖絕大多數情況都需要進行人工降低地下水。但是, 基坑工程降水使外圍地下水水頭下降, 土體產生固結, 有效應力增加, 引起地面沉降, 使鄰近建筑物產生不均勻沉降。這也是對地下水處理時, 采用降排法較之阻擋法的最大缺陷。因此, 配合基坑支護進行降水設計和施工時, 必須高度重視降水對鄰近建筑物的影響, 把不均勻沉降限制在允許的范圍內, 以確保基坑及周圍建筑物的安全。

2.3 基坑開挖引起支護結構產生變形

 合理的基坑開挖方案, 必須將變形值控制在安全的范圍之內, 以保證基坑支護結構的安全, 從而避免周圍環境受到較大影響。基坑支護結構的變形值與地質條件、基坑開挖深度、周邊荷載條件、暴露時間長短、支護結構的類型及剛度等因素有關。土質條件差, 開挖深度大, 周邊荷載大, 暴露時間長, 支護結構剛度小, 則變形值大, 反之, 則變形值小。不同的支護結構有不同的變形特性, 了解支護結構的變形特征, 有助于估計基坑變形的范圍。

 1) 在基坑開挖深度不大, 或土質條件較好, 場區較為開闊時, 可采用放坡開挖。因為周邊環境條件好, 通常允許存在一定的位移值, 位移值的變化幅度也較大, 通常達到幾厘米到幾十厘米。

 2) 土釘墻作為一種柔性支護結構, 通常也會產生一定量的變形, 減小其變形的方法有: 增強豎向支護結構; 對坑外土體加固; 土釘加長和加密。

 3) 懸臂式支護結構對開挖深度很敏感, 容易產生較大的變形, 對鄰近建筑物產生不良影響, 適用于土質較好、開挖較淺的基坑。

 4) 排樁(地下連續墻)結合錨(撐)結構的變形主要由支撐的壓縮變形(或錨桿的拉伸) 、排樁( 地下連續墻) 的撓曲變形、坑底支護結構的平移和轉動以及圍檁的撓曲變形組成。由于支撐( 錨桿)的變形, 排樁、圍檁的撓曲變形都以彈性變形為主, 變形值相對較小, 坑底處的位移和轉角則主要與坑底土的性質和支護結構的入土深度等幾個因素有關。因此, 只要控制住踢腳變形, 支護結構變形值一般較小。在城市環境的復雜條件下, 開挖基坑或深基坑一般采用這種支護形式。

2.4 基坑支護結構失穩對環境的影響

 根據已有的基坑工程經驗, 如下設計和施工中的不當,常導致邊坡失穩、引起地層的沉陷和水平移動, 并造成基坑周圍的地下管網出現破壞。如煤氣管道泄漏極易造成爆炸、中毒惡性事故; 而水管斷裂, 則使大量壓力水沖向支護結構,加速支護結構的破壞。造成支護結構失穩的主要原因有:

1) 支護結構剛度不夠, 側向變形過大;

2) 土層錨桿失效, 使支護變形過大;

3) 樁的入土深度不夠或基坑附近堆載過大, 而導致土體沿某一

滑面整體滑移破壞;

4) 懸臂結構的側向位移過大, 導致擋土結構的剪應力過大而開裂, 產生斜向裂縫;

5) 在軟土地區擋墻插入坑底深度不夠, 大量泥砂繞過擋墻的下端涌入基坑, 引起基坑失穩;

6) 基坑底部的隆起過大, 使基坑整體失穩。

2.5 止水帷幕失效引起的環境問題

 基坑開挖通常要設置止水帷幕。基坑抽水引起的土砂損失以及砂土通過支護結構擠出, 都可能造成基坑外側地面沉降, 而引起砂土的損失, 其主要原因之一就是由于止水帷幕滲水。支護結構本身引起支擋作用又起止水帷幕作用, 對于滲透性很小的基坑, 還需要設置閉合的止水帷幕(水平向止水帷幕和豎向止水帷幕)。但由于基坑的止水帷幕本身存在缺陷, 如深攪樁搭接不嚴、地下連續墻接縫不吻合以及由于場地的水文工程地質條件不好, 或由于基坑開挖深度大,周圍的動水壓力和土壓力相對增長, 使得擋土結構產生較大位移, 從而帶動止水帷幕的撓曲或側移, 加之止水帷幕大多為剛性結構, 抵抗變形的能力較弱, 在撓曲和側移時易開裂,使得在地下水壓力作用下, 止水帷幕產生滲漏。當止水帷幕出現滲漏時, 往往來勢猛并突發性地大量漏水漏砂, 造成邊坡失穩、坍塌、倒樁、附近建筑物和路面急劇沉陷等。

2.6 基坑工程施工的對策

為保護鄰近建筑物和市政設施的安全, 需要做好下述工作。

 1) 詳細了解鄰近建筑物和地下管網的分布情況、基礎類型、埋深、管線材料、接頭情況等, 并分析確定其變形允許值。

 2) 根據鄰近建筑物和地下管網的允許值。采用合理的基坑工程支護體系, 并對基坑開挖造成的周圍地表沉降情況做出估計。判斷支護體系是否滿足保證鄰近建筑物和地下管網的安全要求, 必要時需采取一定的工程措施。

 3) 對基坑開挖過程進行現場監測, 測試項目主要有:地面和管線沉降、土體水平位移、地下水位、鄰近建筑物沉降及傾斜情況以及支護結構的受力和變形等。通過監測和分析, 指導基坑工程進展, 實行信息化施工。除上述措施外, 采用逆作法和半逆作法施工也有利于減小基坑開挖造成的周圍地面沉降, 減小對周圍環境的影響。

3.結束語

 選用合適的施工機械和施工工藝可以減小施工噪音污染和環境衛生污染。采用合理的施工順序和施工速度可以減小擠土樁和部分擠土樁的擠土效應, 必要時還可以通過在周圍采取鉆孔取土和設置防擠溝等措施, 減小擠土效應造成的不良影響。由基坑土方開挖引起的支護結構變形以及降低地下水位造成地面產生沉降和不均勻沉降, 導致對周圍建筑物及市政管網的影響是基坑工程對周圍環境影響的主要方面。基坑工程對周圍環境的影響是不可避免的, 但應減小其影響,并能采取合理的對策, 以保證基坑施工過程中, 鄰近建筑物及市政管網的安全和正常使用。

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