试述深基坑工程土方开挖对周边环境的影响

　　土方开挖是深基坑工程分项工程之一，其运作如何，直接影响着深基坑周边的环境。开挖是一个应力释放过程，开挖卸载使原来处于静态的土体失去平衡，发生应力状态变化，产生释放变形，坑壁内凸，坑底隆起，坑周地面沉降。从而引起邻近建（构）筑物、道路、地直管网等下沉、开裂、位移或倾斜等各种风险。

 

　　1.基坑的风险常出现在土方开挖过程

 

　　1.1土方开挖过程是土压力得以发挥的过程。土方开挖，土体位移，支护受力，桩（墙）发生到一定位移时，主被动土压力不可能发生，只有桩（墙）发生到一定位移时，才可能产生主被动土压力。对各种土发生的主被动土压力要求发生的位移是不同的，以硬粘土为例，挖深为10m的基坑，发生主动土压力的位移为0.02H（H为开挖深度），即20cm，这样的位移远远超过土体的承受能力，必然在地面出现裂缝。当然监控的标准会限制这样的打变形发生。但是有一点可以肯定，要产生主被动土压力，土体必然发生位移，此种位移仅是大小，或有害与否和能否预防的问题，开挖卸载，地面出现裂缝具有一定的必然性。

 

　　1.2土方开挖使水动力条件发生了人为的变化。在存在地下水的深基坑，土方开挖，特别是降水开挖，是逐渐增加动力水头的过程。当动力水头大于坑底涂层的浮重度，对砂性土，就可能出现管涌、流砂。如果坑底是隔水层，其下存在承压水头，随着挖深的增大，隔水地板逐渐减薄，当薄到不能抵抗承压水头时，便可能出现突涌，给施工带来很大的困难。更重要的是管涌、流砂和突涌的发生，将可能在基坑周边地面出现随机塌陷，在建（构）筑物附近或基础下形成大小，深度不同的坍塌陷坑，严重影响人居环境。

 

　　1.3土方开挖形成基坑的时空效应。开挖卸载，使基坑土体形成释放应力空间，坑壁失支δ3（=λγh），则土体发生向坑内的凸胀变形，这种变形随着开挖深度增加而增大，档土方开挖至坑底时，底部δ1（=γh）消失，坑底将发生隆起和回弹。对于流塑性淤泥坑底往往发生塑性流动。有一个这样基坑，白天下挖1m，过了一夜，第二天清晨上涨了2m；另有一工程因此不得不把两层地下室改成一层地下室；还有一污水池，因此不得不放弃而另选污水地址。侧壁凸胀，基坑隆起，周边地面必然发生沉降模型试验和经验表明；地面一侧沉降的面积为侧面凸胀面积与1/2坑底隆起面积之和。也就是说侧壁凸胀和坑底隆起愈大，地面沉降范围与沉降深度愈大，产生风险愈多。

 

　　1.4土方开挖过程是支护结果渐近受力过程。只有土方开挖了，土压力才能发生，各种支护结构才受力，此时是对支护结构体系的强度、刚度和稳定性检验的时刻。基坑失稳，首先是支护结构的破坏，或是支撑强度、刚度不够或是支护桩位移过大，或是支撑的节点剪破坏等，土方开挖的完成是支护体系受力最不利的临界状态。此时稍有不慎，如开挖超深、先挖后撑，撞击支撑结构等，都可能使基坑支护失效，以致整个基坑失稳。

 

　　1.5土方开挖不慎，可以中断监测信息，贻误信息化施工。土方开挖过程，破坏检测探头，折断检测电缆，移动固定控制点等，是常有的事。有的检测单位说：一个工程检测下来，至少有30%~50%检测点被破坏。有时甚至使各种检测信息中断或得出错误的结论。无法判断变形的规律或风险的出现点，必然导致土方开挖的盲目性。

 

　　2.土方开挖与环境保护

 

　　上述可知，开挖就要产生变形，变形超限，就可能造成风险。如何控制有害的变形，避免风险，应从两方面着手：一是控制土方作业，二是做好环境保护。

 

　　2.1土方作业的控制：控制有序的应力释放，减少释放变形。①严禁一挖到底，必须先撑后挖，分层开挖；②尽量缩短基坑底的暴露时间；③基坑挖到底时，尽快浇注垫层，一是抑制坑底回弹与隆起，二是起到底部一道横向支撑作用，三是防止雨水的浸泡造成坑底土体松弛，强度降低；④机械挖土至坑底200-300mm土层应用人工挖除，防止机械扰动影响地基土承载力。

 

　　确保支撑系统有效的抑制释放变形：①对于每一个开挖工况，支撑要及时，在小的释放变形条件下，就能很快的使应力补偿上去。钢筋混凝土支撑完成周期，不宜超过一昼夜；②为保证支撑起到正常的受力状态，不允许有任何的损伤，除有特殊设计外，挖土机不能在支撑上行走，严禁挖土机碰撞围护桩（墙）、支撑和立柱。

 

　　2.2土方开挖环境的保护措施的要点：不要在基坑周边从事超附加荷载（20Kpa）等的工程活动，如：临时建筑材料的堆放；重车作业；施工工棚的搭设等。如果特殊需要，应增加附加荷载q调整支护设计；防止工程活动或工程措施相互影响。①进入土方开挖期的基坑，不准许最少1.5倍桩长范围内打入桩施工。打入桩的挤土效应，挤偏支护桩是一种常见的现象。②不允许工程桩与围护桩同时施工，二者施工间歇，在有孔隙水压力检测时，控制在图的固结度大于80%，在无孔隙水压力监测时，砂质粉土不少于20天，淤泥质土布少于30天；③当采用爆破拆除钢筋混凝土支撑时，应将水平支撑于圈梁预先断开，避免爆破冲击波通过圈梁与围护桩直接传至坑外；④在需要对邻近建（构）筑物或地下管线进行搅拌桩加固时，应严格控制水灰比，喷浆钻头的提升速度，以防挤坏的建（构）筑物或地下管线的偏移；⑤在有需要降水的基坑，不宜在围护桩（墙）外测布井点，在渗透性大的土层，降水半径很大，小者30-50m，大者可近上百米，由此带来的附加沉降，可至周边建筑物的倾斜或管网的位移。对此必要时可以采用回灌，隔水等保护措施，但回灌井与抽水井不可太近，否则形成小循环，达不到回灌的目的；⑥对于因开挖拉裂的水管，应及时采取措施封堵或迁移，不要造成渗漏影响边坡稳定，边坡失稳，又进一步使水管拉裂，形成“交叉感染”。严格控制施工用水和生产用水无序流淌，天沟排水。坡脚水沟排水一要保证通畅，二要防止渗漏。

 

　　不断总结施工过程发生的变形的原因与特征，指导下部施工。利用支护桩或工程桩的施工可以了解基坑的土层结构，土层性质，地下水特征。可以说每一根桩就是一个大钻探孔，而且其孔位的距离远比钻孔的密度大，很多情况1m就设1个孔，通过作业，由孔壁稳定性即可推测基坑壁的稳定性，也可预先了解到土方开挖对环境的影响。有一个基坑，挖11m左右，在支护桩施工时，就发现在7m深度处有障碍，灌注桩难打，止水的深搅桩难下，改用旋喷桩后仍有困难。该处是N＞15的粉砂层。施工单位估计土方开挖在开挖到此处时可能出现问题。果然，档土方挖到此处发，档土方挖到此处发生了流砂。

 

　　2.3通常采用环境保护措施，为防止坑壁侧向凸胀变形：①限制坑周堆载；②增加水平支撑或斜撑；③重车行车边铺设钢板或适应加固；④塔吊基础作专用设计，不可用支护桩作基础；⑤严格控制挖土程序；⑥被动压土体加固；⑦坑外卸土等。

 

　　为防止坑底隆起：①坑底压密注浆；②水泥土搅拌桩加固坑底土；③为防止“踢脚”加聚隆起，坑底横向拉槽，设置横向支撑；④抓紧作垫层和底板施工等。

 

　　防止流土、流砂、地面开裂或塌陷；①封闭桩间土（喷网、砌砖等）；②控制桩间距，及确保桩身的施工质量（不断桩，不缩颈等）；③止水桩长度当有足够的绕流长度，确保动力水头小于坑底土层的浮重度；④在渗漏点附近采用高压旋喷截水；⑤结合施工场地布置，可以作硬地坪施工等。

 

　　3.土方开挖要点与信息化施工

 

　　现在施工企业，踢脚的施工方案日趋完善，全面到相当于“建筑施工”一本书，从工程概况，抑制写到冬期施工，……。不管有没有冬期施工，作为全面性，照样要写。土方开挖方案应该具有“针对性”、“可操作性”。其要点是：

 

　　3.1土方开挖方案突出时空效应：土方开挖要考虑支护体系的稳定性与变形的特点。为此：①充分掌握原始资料，这是信息化施工基准条件，也就判据，要了解工程地质水文地址条件，基坑开挖深度、宽度、支护体系的结构形成和周边的建（构）筑物环境；②对可能出现的风险要进行定性和定量的分析，定性就是工程类比法，定量就是必要的验算，对可能出现的工况进行边坡和支护结构、强度、变形和稳定性验算。首先应对土方开挖每步的开挖的空间尺寸、开挖顺序，每步开挖暴露的时间，坑底土体松动情况，坑底隆起状况应有深入了解。

 

　　重视开挖的时空效应形成环节：①开挖的分段、分层、分块开挖时，注意到对称、均衡以及限时；②分段时要考虑未形成整体框架前的局部平衡；③适当调整开挖参数等。

 

　　3.2信息化施工：目前信息化施工主要问题，信息与施工脱节，一是监测不能提供确切、全面的数据，二是施工单位不会、不能利用监测数据。要做好信息化施工，需要明确几点：明确监测目的，建立能全面反应动态的监测点。不同基坑，有不同的土方开挖方法与程序，其对环境影响是不同的，故监测点的布置应考虑到开挖方案，常规监测内容与布点，各类规范都有规定可以照办。

 

　　施工单位要把监测数据作的施工行为的依据。如果把施工方案作为一辆行驶载重车，监测的信息就是方向盘，离开方向盘载重车就会开偏了，同理方向盘转错了，载重车也全开偏，这就是信息化施工的简单道理。例如：地铁深基坑挖土采用盆式拉槽开挖，槽宽8m，每层挖深1.5m，槽段长10m，在此作业过程，观察在此段范围内监测点位移监测值，如果监测正常无变化，可进行下一台阶开挖，如果监测值变化较大，就要调整每层挖深，槽宽就是每步开挖都在监控下进行，这才谓之“信息化施工”。