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1、岩土论坛GEOTECHN I CAL ENGI NEER I NG WORLD VOL. 9 No. 5 收稿日期 2006 - 03 - 14深基坑工程对周围环境的影响孙志斌(中铁一局集团)摘 要 对深基坑工程带来的环境问题进行了分析,如支护变形、 基坑回弹、 基坑排水引起的沉降问题以及施工过程中的各种污染等,并提出了相应的防治措施。关键词 深基坑 沉降 环境污染 信息化施工20世纪以来,我国城市现代化进程在加快,越 来越多的高层、 超高层建筑出现在城市中心。基坑 施工和支护技术也因此得到了很大的发展。但是层 出不穷的工程事故使得人们越发重视深基坑问题。 究事故原因大概有以下几点:基坑开挖深
2、度加大支 护面稳定因素增多;周边环境情况复杂隐性因素特 别是水管线的破裂对基坑支护面的稳定造成极大危 害;基坑围护结构属临时性工程,施工人员对资金能 省就省,工程施工抱有侥幸心理。目前,我们国家加 大了建筑行业的安全管理。但人们在重视深基坑安 全与经济问题的同时,基坑工程对环境的影响也理 应受到关注。下面本人结合多年的实际工作经验, 对基坑施工过程中对环境产生影响的因素加以分 析,以供设计和施工人员参考,从而避免和降低工程施工时带来的负面效应。1 基坑周围沉降问题在深基坑工程施工过程中,会对周围土体有 不同程度的扰动,一个重要影响表现为引起周围 地表不均匀下沉,从而影响周围建筑、 构筑物及 地
3、下管线的正常使用,严重的造成工程事故。引 起周围地表沉降的因素大体有:墙体变位;基坑 回弹、 隆起;井点降水地层固结;抽水造成砂土损 失、 管涌(流砂)等。在这些因素中又以前三种为 主,因此如何预测和减小其所引起的地面沉降为 基坑工程界的一个重要课题。1. 1 支护结构变形引起的沉降3 图1 支护结构变形与地表沉降曲线根据不同条件,基坑工程的支护结构变形与地 表沉降曲线形式有三种(如图1所示)。图1 (a)表示地层较软弱而且支护结构入土深度不大,但第一 道支撑及时,支护结构底处由于坑底隆起发生较大的水平位移,结构旁边地表出现较大的沉降,该沉降 值主要取决于坑底隆起量。图1 (b)表示支护结构有
4、较大的入土深度或其底嵌入刚性较大的地层,但第一道支撑施加不及时或未加支撑,此时支护结构 相当于下端固定上端自由的悬臂梁,顶部位移最大,支护结构旁边出现较大地表沉降,此时沉降主要取 决于支护结构的变形。图1 (c)表示支护结构有较大入土深度或其底嵌入刚性较大的地层,且第一道 支撑施工及时,支护结构变位类同于梁的变形。此时地表沉降最大值位于距墙一定距离处,其值主要42岩土工程界 第9卷 第5期岩土论坛取决于变位和基坑回弹。图1 (a)、(b)两情况产生 的变位较大,在周围环境要求较高时,必须避免。1. 2 基坑降水引起的沉降在深基坑开挖过程中,降低地下水位过大或围 护结构有较大变形时,可能会引起基
5、坑周围地面沉 降(如图2所示)。若不均匀沉降过大时,还有可能 引起建筑物倾斜,墙体、 道路及地下管线开裂等严重 问题。如南京市中心新街口广场西侧的南京友谊大 厦,建筑面积约为38000m2。地上18层,地下2层, 基坑深度为8m,局部电梯井部位深达10m。在基坑 降水过程中,由于过多地降低地下水位使地下降水 漏斗逐渐扩大,土层含水量显著降低,土体产生排水 固结,造成周围地面不同程度的沉降和开裂,对周围 环境产生极大危害。图2 基坑降水此外基坑止水帷幕渗漏也会造成环境问题。 如地下连续墙接缝不吻合或在透水层处有蜂窝空 洞;拉森式钢板桩沉桩遇石等硬物出现偏移不咬缝; 旋喷止水桩在水下成型不佳等,当
6、止水帷幕出现渗 漏时,往往来势猛又大量漏水漏砂,边坡失稳、 坍塌、 倒桩及附近建筑、 路面急剧沉陷。2 基坑工程中的环境污染4 2. 1 噪声污染问题降排水设备、 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40dB70dB之间。2. 2 废弃物污染在深基坑工程施工过程中,会产生大量废弃物, 如废弃泥浆、 混凝土渣等。它们会侵占耕地、 污染水 源、 影响土壤性质,造成周围环境的恶化。2. 3 化学污染在我国沿海、 沿江地区,土层常为饱和软粘土, 地质条件很差。为防止管涌、 流砂
7、、 基坑隆起或围护 结构过大变形等问题,往往需要在坑底或围护结构后侧灌浆以形成加固区。而这些化学灌浆多具有不 同程度的毒性。特别是有机高分子化合物,如环氧 树脂、 乙二胺、 苯酚等。这些注浆进入土体后,通过 溶滤、 离子交换、 分解沉淀、 聚合等反应,从而不同程 度的污染地下水,导致环境恶化。2. 4 空气污染施工现场地面裸露产生浮土;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。国家环保总局和北 京市政府有资料显示:悬浮颗粒(TSP)是中国城市 空气的主要污染物,北京市每年进入空气中的水泥 粉尘总
8、量多达236t,已成为城市主要污染物之一。2. 5 水土流失某些基坑工程占用农业耕地。施工时平整场 地、 倾卸物料、 开挖基坑等原因可能会产生地形改 变,从而导致水土流失。在施工过程中,大量的暴露 地面和由于施工机械的运动、 开挖等,引起土体很大 扰动,易造成土地侵蚀;建筑材料留在地下,为以后 的建设留下隐患等,是基坑工程中常见的环境问题。3 基坑工程中的其他问题3. 1 振动破坏基坑周围系统,如果在振动激励下丧失了原来 应当具有的作用或功能,或者是使其原有作用或功 能降低到允差以外,就产生了振动破坏。关于各种 振动破坏机理的研究还很不充分。目前也只是从各 种振动破坏现象中总结出初步规律,用以
9、规定或描 述相应的振动破坏类型及其特征。其中按类型区 分,可以有振动强度破坏包括振动量值过大或瞬时 撞击及失稳引起的一次性破坏和反复振动作用导致 结构件疲劳、 断裂破坏,性能故障(如设备功能降低 或失灵等) ,工艺问题(如部件相互撞击、 连接件工 艺分离、 松动等)。 在基坑工程施工过程中,由于打桩、 车辆或施工 设备运动等引起的机械振动次数频繁,对周围一些 较脆弱建筑物,如波速很低的古建筑承重体系,往往 会引起疲劳破坏。这种不利影响甚至比地震作用的 影响还大。3. 2 挤土问题当基坑围护结构采用预制钢筋混凝土桩、 钢板 桩或其他挤密型桩时,可能会引起桩周土发生一定 的竖向和水平位移,从而对围
10、护结构及周围环境产 生较大的负面影响。例如浦东某两个工程,一工程52岩土论坛GEOTECHN I CAL ENGI NEER I NG WORLD VOL. 9 No. 5在开挖基坑,另一工程打预制桩,相邻仅14. 5m,由 于打桩速度太快,每天打1318根,结果因打桩造 成严重挤土作用,导致相邻工程的水泥土搅拌桩墙 体位移1. 638m,围护墙体破坏。3. 3 对正常生活与交通秩序的干扰施工场地多位于繁华的城市中心区,人口密集, 流动人口量大,道路拥挤。大型施工设备、 运输车辆 频繁进出,影响群众出行,换乘车不便,延误时间等, 会影响绿色城市、 绿色社区、 绿色住宅的人居环境。4 应对措施4
11、. 1 加强勘查工作在工程地质勘察基础上,做细并扩大,以便深入 了解周围环境的地质条件、 水质、 空气品质、 生态环 境、 社会经济背景等情况,从而为设计奠定基础。4. 2 设计方案的合理性根据以上环境调查和具体的施工技术现状等资 料,制定一个较安全合理的方案,并请专家组进行方 案论证。此方案一般应重点解决以下几方面的问 题: 1)确定具体采用的基坑支护形式。以安全、 经 济,对环境影响小为指导原则。2)地下水的控制方 案。包括降水、 截水、 回灌方案的选用和具体操作。3)周围建筑物与地下管线的保护。为防止土体变 形,可考虑是否需在基坑与被保护对象间设置隔离 体以作挡土结构。隔离体可由钻孔灌注
12、桩、 旋喷桩、 深层搅拌桩、 树根桩等组成。4)施工质量问题。为 保证施工质量,应加大监督力度。4. 3 合理的施工工艺在繁华市区,为减小施工对环境的影响,可尽量 采用环保技术,进行绿色施工,可大大降低施工对周 围环境影响。运土车辆在场内低速行驶,将土压实 并遮盖;轮胎出场时清洁,避免扬撒;夜间外运,避免干扰群众的正常生活和交通秩序;施工场地硬化并 洒水保洁。4. 4 监测与信息化施工基坑开挖前做出系统的开挖监测方案,包括监 测项目、 监测报警值班、 监测点布置、 监测周期、 记录 制度等内容,实现信息反馈,进行反馈设计,防止事 故发生或恶化。对于具体工程,监测工作的布置必 须根据工程特点、
13、施工方法以及可能对环境带来的 危害等综合确定。 岩土体施工是一个与外界的物质、 能量和信息 交换过程。基坑支护结构数字化集成优化动态设计 系统更加有利于进行信息化施工,及时的进行信息 反馈和参数反演,以便于工程建设的顺利进行。5 结 论由于深基坑工程施工条件的复杂性和环境问题 的相对隐蔽性,仅靠上述措施是远远不够的。所以 该问题的妥善解决,需要整个配套体系的完善、 发展 和配合。加强理论研究,用理论指导实践;建立健全 相应的管理法规,使理论研究成果具有法理性;加大 宣传力度,使环保意识深入人心;积极开发新型环保 材料、 技术和施工工艺;完善基坑监测工作,实现信 息化施工;做好废弃物的回收与再利
14、用。总之,深基 坑工程对周围环境的影响是一个极其复杂的问题。参考文献1 秦四清.深基坑工程优化设计M .北京:地震出版社,1998.2 秦四清,王建党.土钉支护机理与优化设计M .北京:地质出版社, 1999.3 杨 平.深基坑施工对周围环境影响的分析 J .山东建筑工程学院院报, 1995 , 10(3).4 杨子胜,白晓红.基坑工程中的环保问题J .山西建筑, 2004, 30(4).5 龚晓南,高有潮.深基坑工程设计施工手册M .北京:中国建筑出版社, 1998.(上接第20页)粒特性; (3)回填土壤之现地密度特性; (4)回填土壤之细料流失; (5)回填土壤之工程特性(一般物理性质,剪力强度及压密特性等) : (6)流动特性。水送填土于工程上广为应用的最主要原因,乃在于它能在短期内轻易地将大量的土壤运送至相当距离之外,因此,对于大型海埔地或人工岛之开发,利用水送填土的方式有其特殊优点,尤其对开发工程为配合现有河道淤积疏浚的案例为然。故对于大区域之造地工程,以水送境土方式,将成为经济及工期双重考量下较适当的选择。而水送填土技术也将随着新生地开发的需要性日增而逐渐受到重视。摘自(http: / /www. geotech. org . t w)62
