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摘要：随着基坑工程的发展,基坑降水对周边环境的影响越来越受到人们的重视。本文探讨了基坑降水对周边环境的影响以及相应的治理措施。
关键词：基坑降水; 沉降性状; 回灌措施
引言
降水是基坑施工中的一道重要环节,基坑降水会引发周围一定范围内的地面下沉,甚至造成邻域内建筑物或构筑物的破坏。因此,在基坑工程施工中必须结合其工程地质及水文地质条件和明确降水设计要点的基础上,选取合理的降水方案进行基坑降水的优化设计。
1.工程概况
1.1项目简介
某项目总用地面积约13.7hm2，总计容面积约为1000000m2。一期工程总建筑面积412700m2（其中，地下室建筑面积85000m2，地上建筑面积327700m2），共7栋，建筑高度55.3～179.8m。基坑北侧、东侧与西侧采用桩锚支护体系，南侧采用复合土钉墙。桩基施工时基坑土方已开挖到坑底设计标高，并完成基坑支护分项中间验收，其支护结构及止水帷幕效果良好，坑壁无渗漏水现象。
本桩基工程是基坑内一期工程桩施工，包括人工挖孔桩、预应力管桩及钻（冲）孔灌注桩等多种桩型，其中人工挖孔桩共254根，桩径1.2～2.4m，桩长10～30m，入岩深度为微风化岩层0.5～0.9m。
1.2工程地质
场地原始地貌：南侧为剥蚀残丘，北侧为丘间冲洪积平原，人工整平的空地上残存少量拆迁废弃墙垣，地势南高北低，地面高程21.29～26.90m。
工程场地范围内揭露的岩土层按其时代地质成因可以分为：人工填土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al＋pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al＋pl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为加里东期混合花岗岩（Mγ3）。
场地北侧靠近地铁保护区范围的人工挖孔桩影响区域内揭露地层为：素填土、③含砂粉质黏土、④2砾砂、⑤1砂质黏性土、全风化混合花岗岩、强风化混合花岗岩、中风化混合花岗岩、微风化混合花岗岩。
1.3水文地质
该场地地表水及地下水排泄顺畅，地下水类型主要为第四系土层中的潜水和基岩裂隙弱承压水。孔隙潜水主要赋存于残积砂质黏性土中，为弱透水-微透水层。基岩裂隙水主要赋存于强风化岩及中风化基岩裂隙中，其储水性和透水性一般，为弱～中等透水层。地下水补给主要依靠大气降水及渗流补给，以地表蒸发和地下渗流为主要排泄途径。
受场地地形、地貌影响，地下水位埋深起伏较大，介于0.40～4.50m之间，标高介于18.80～24.18m之间。地下水对混凝土结构的腐蚀性等级为弱腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性等级为微腐蚀，土对混凝土结构的腐蚀性为微腐蚀性。
2.桩基施工降水相关影响分析
2.1周边环境条件
建筑场地总体地势平坦，北侧为留仙大道，西侧为创科路，其余为拟建道路，留仙大道绝对高程为21.40～21.90m。项目北侧邻近地铁5号线（运营）兴东—留仙洞区间隧道，长度约275m，与基地长轴大致平行，平面净距约50m。项目桩底高程-19.20～-14.15m（相对高程）。项目基坑最大开挖深度为12.50m。基坑采用旋挖灌注桩作为支护桩（桩径1.0m），水平支撑采用3～5道预应力锚索支护。基坑土方开挖始于2015年10月，结束于2016年4月。现桩基施工在基坑底进行。
2.2研究方法
1）通过常规理论分析和定量计算，计算出靠近地铁侧基坑围护结构在基坑每个施工工况下的内力及变形情况。
2）通过平面应变-渗流耦合有限元法，定量分析基坑开挖和挖孔桩施工坑内降水过程使地下水沿着止水帷幕下端绕渗，以及基坑本身土体变形对坑后地下水位和地铁结构的影响。
2.3平面应变-渗流耦合有限元分析计算
根据基坑及桩基设计文件，选择北侧塔楼区域及裙房区域2个典型断面作为算例，设定1-1剖面为算例1，2-2剖面为算例2（图1），采用MIDAS/GTS有限元计算软件进行平面应变-渗流耦合有限元分析。
图1计算位置平面示意
计算模型建模过程：
(1）利用AutoCAD软件绘制典型断面，以精确确定支护结构、地层界限等信息，坑内模型宽度约75m，坑外模型宽度约105m，而后导出二维DXF文件。
(2）在GTS（Geotechnicaland Tunnelanalysis System）中导入DXF文件，通过实体建模菜单形成二维模型。
(3）通过布尔运算对模型细部进行增减，形成完善的实体模型。
(4）对实体模型进行网格划分，并赋予其材料属性（图2、图3）。
2.4公式解析法分析计算
基于《某市基坑支护技术规范》的理论，采用公式解析法对人工挖孔桩降水引起的地表沉降进行分析计算。
从上表可知，采用2种方法得出的计算结果非常接近。平面应变-渗流耦合有限元法计算出的地铁隧道变形结果如表3所示。
表3有限元法计算地铁隧道变形结果
3.桩基施工应对措施
虽然计算结果表明本桩基施工降水作业对地铁隧道的影响满足地铁隧道变形的控制要求，但由于该区段地铁隧道已出现轻微的裂缝和渗水，故地铁公司仍要求本桩基施工时采取回灌及其他措施，确保地铁运行安全可靠。具体措施如下：
(1）水位观测井及回灌井在基坑北侧地铁保护范围内沿基坑边布设，间距16.8m，各布置7口（图4、图5）。回灌井入微风化岩0.5m，在回灌井之间布置水位监测点，挖孔桩施工时须进行回灌量试验，验证地下水位是否能够保持稳定，且基坑边市政管线沉降是否处于可控范围。
图5回灌井、观测井与地铁隧道位置剖面
(2）人工挖孔桩施工前先施工1B-6轴和1B-13轴处的水位观测井，观测井设置应尽量靠近地铁，再进行1B-6轴和1B-13轴处人工挖孔桩的开挖。若在人工挖孔桩施工过程中发现水位下降过快（超过0.3m/节护壁）或过大（桩挖到底时水位下降超过4m），则施工1B-6轴和1B-13轴处的回灌井并及时回灌，同时根据其他桩的开挖情况酌情施工剩余的
水位观测井和回灌井，实行动态控制。
(3）施工回灌井及水位观测井时应注意避开预应力锚索、各种地下管线和地下构筑物，必要时可适当调整其位置，并保证回灌井和水位观测井的施工作业面。
(4）降水井可以用挖桩孔降水，成孔后暂不浇灌混凝土，降水井应选择较长的桩孔，且该井护壁需加厚，不宜小于30cm，降水井宜距地铁较远。
(5）为减少降水对周边环境的影响，挖孔桩应以平面分区、竖向分段的开挖方式，从地铁侧逐行向基坑内开展。
(6）要避免群桩抽取强风化、中风化段基岩裂隙水。必要时，坑内做封闭的止水帷幕至底部不透水层，使基岩裂隙水在桩基施工时得到有效控制。
(7）当回灌井钻进施工达到设计深度后，继续向下钻进0.5m，用循环水冲洗泥浆以减少沉淀，并应立即下管，注入清水，冲洗干净后，投入滤料，严禁将井管强行插入孔底。
(8）回灌井应采用连续钻进，并及时洗井，不应搁置时间过长或完成钻探后集中洗井。
(9）注水设备应定期进行保养，注水间隔要根据水位的变化而定。
(10）回灌井的启动：当稳定的水位监测报告出来后，施工过程中若发现水位下降过快或过大，则启动回灌井。
(11）回灌井停止运行条件：基坑停止降水后观测一段时间，若水位恢复正常，则可停止回灌。
(12）回灌水源：回灌水源主要以基坑内降水井的地下水作为回灌水，若地下水供应不上，则采用自来水作为回灌水源。
4.变形监测
4.1地铁隧道监测
4.1.1地铁隧道监测控制指标
根据相关规范及设计要求，本项目监测控制指标如表4所示。
依据《城市轨道交通安全保护区施工管理办法》（2011版）等相关规范的要求，当实际变形值达到最大允许变形值的60%时，须向有关单位发出黄色预警；当达到控制值的80%时，发出橙色报警；当超过控制值时，应发出红色报警。且当首次报警后，若测点以较大的速率继续下沉变形，则应视情况继续报警。
表4地铁隧道监测控制指标
4.1.2地铁隧道监测频率
自动监测工期为6个月，每天测1次，后续依监测结果决定是否再进行1次/月的人工监测，直至隧道变形稳定。
4.2基坑监测
4.2.1基坑监测控制指标
本基坑北侧安全等级为一级，其余侧安全等级为二级，监控指标如表5所示。
表5基坑监测控制指标
当监测项目的变化速率达到表中的规定值或连续3d超出该值的70%，或累计值达到控制值的80%时，应及时报警。
4.2.2基坑监测频率
基坑开挖期间，监测频率为1～2d进行1次；暴雨期间应加密监测频率；基坑稳定后，监测频率为5～7d进行1次。
4.3监测结果分析
通过二维基坑应变-渗流耦合分析及公式解析法计算，并结合监测结果，得出以下结论。
4.3.1基坑土方开挖到底时基坑支护变形情况
算例1：桩顶水平位移20.4mm，对应位置（S15点）监测数据为22.9mm；地表沉降24.8mm，对应位置（D20点）监测数据为25.6mm。
算例2：桩顶水平位移24.6mm，对应位置（S11点）监测数据为26.8mm；地表沉降30.6mm，对应位置（D15点）监测数据为30.9mm。计算结果与实测数据接近。
4.3.2桩基施工基坑邻近地表变形情况
在不考虑回灌的情况下，挖孔桩降水导致坑外地下水流失严重，因此地表沉降非常大，算例1邻近地表最大沉降65.3mm，算例2邻近地表最大沉降104mm；考虑回灌后，地下水流失情况有所改善，地表沉降也有所减小，算例1地表最大沉降45.6mm，算例2为64.1mm。监测情况：除2个点（D13、D18）地表沉降超过报警值外，其余地表沉降、水平位移及支护结构沉降均满足控制要求。
4.3.3桩基施工地铁隧道变形情况
在不考虑回灌的前提下，挖孔桩降水稳定后，剖面1邻近地铁最大沉降1.5mm，拱顶与道床收敛值0.5mm；剖面2邻近地铁最大沉降2.8mm，拱顶与道床收敛值0.7mm。考虑回灌后，剖面1邻近地铁最大沉降1.06mm，拱顶与道床收敛值0.6mm；剖面2邻近地铁最大沉降2.0mm，拱顶与道床收敛值0.6mm。监测情况：地铁隧道左右线水平最大变形1.7mm，最大沉降1.1mm，拱顶与道床收敛值1.05mm。
总体来看，本项目采用人工挖孔桩降水施工对基坑及地铁隧道结构产生的位移均小于监控值，施工产生的风险总体可控。地铁隧道因处于中风化岩层，地质情况较好，故是否采用回灌措施对其影响并不大，而基坑外地表采用回灌措施后对其沉降影响明显。至于2个点地表沉降超过报警值的问题，经分析，是由于基坑支护结构已超过正常使用期限（临时支护设计使用期限为1年），该处锚索出现松弛所致，但其变形仍在可控范围内，故后续地下室施工需加紧完成并及时回填土方。
5.结语
综上所述，基坑是工程施工的基础与重点,建筑物的安全稳定性与深基坑施工的质量有着重要的关系,而降水是更是深基坑施工相当关键的一项,直接关系到整个建筑物地质安全问题。因此，对施工降水影响分析与预测，采用回灌措施，可以有效消除基坑降水对周围环境的影响，确保施工安全。
参考文献
[1]深基坑降水施工对地表沉降影响分析[J].马召林,王晓琳,焦雷.低温建筑技术.2017(02)
[2]深基坑降水优化设计与施工[J].李飞龙.山西建筑.2016(32)
论文作者:张鑫江,李启明
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/21
标签：基坑论文; 地铁论文; 桩基论文; 地表论文; 隧道论文; 水位论文; 基岩论文; 《防护工程》2017年第33期论文;