南京地區(qū)深基坑所產(chǎn)生環(huán)境工程地質(zhì)問題及其防治對策

摘要：本文結(jié)合南京地區(qū)深基坑實例，針對基坑失穩(wěn)所造成HYPERLINK"/class_free/153_1.shtml"環(huán)境工程HYPERLINK"/class_free/119_1.shtml"地質(zhì)問題，分析了地質(zhì)問題所產(chǎn)生的原因，提出了防治對策，對深基坑施工的順利進行及保護周邊環(huán)境具有一定的實際意義。關(guān)鍵詞：環(huán)境工程地質(zhì)深基坑管涌流砂1引言環(huán)境工程地質(zhì)問題的主題是人類工程—HYPERLINK"/class_free/3_1.shtml"經(jīng)濟活動引起的地質(zhì)環(huán)境的異常變化。以往對城市環(huán)境工程地質(zhì)問題研究的比較多的主要是過量開采地下水而引起的地面沉降。近年來，一些特大城市的超高層HYPERLINK"/class_free/149_1.shtml"建筑均有地下室，那么建地下室便需進行基坑的開挖，基坑開挖對周圍地質(zhì)體、環(huán)境、生態(tài)等均產(chǎn)生一定的影響，即會產(chǎn)生一系列的環(huán)境工程地質(zhì)問題，這些問題的嚴重程度與場地的地質(zhì)條件、基坑開挖深度以及周邊的環(huán)境等有關(guān)。下面以南京地區(qū)為例來分析深基坑開挖中的環(huán)境工程地質(zhì)問題。南京位于長江邊，有近四分之三的地域位于長江及秦淮河古河道漫灘區(qū)，地層軟弱，工程地質(zhì)條件復雜。地層上部以粘性土為主，下部以砂，礫石層為主，自上而下可劃分為雜填土、可塑狀粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、可塑－硬塑狀粘土、軟塑狀粉質(zhì)粘土、粉砂或粉土夾軟塑狀粉質(zhì)粘土、粉細砂、細砂，中粗砂，礫砂，碎石土等。這種地層比較突出的特點是上部粘性土層為軟土層與硬土層互層結(jié)構(gòu)，在軟土層中夾有粉細砂層透鏡體，下部砂層的厚度較大（3－40m厚），為承壓含水層，南京地區(qū)的超高層建筑的地下室一般為一、二層，有的達三層，開挖深度一般超過6.0m。深基坑開挖主要在上部粘性土中進行，設(shè)有二層地下室的深基坑開挖一般都穿過上部粘性土而深入至下部的砂層中。由于南京地區(qū)具有這種特殊的地層結(jié)構(gòu)，因此在深基坑開挖過程中的環(huán)境工程地質(zhì)問題是較為突出。2環(huán)境工程地質(zhì)問題分析南京地區(qū)深基坑開挖的環(huán)境工程地質(zhì)問題主要為基坑邊坡滑移、基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷、基坑井點降水引起的地面沉降、道路開裂、房屋開裂等。2.1基坑邊坡滑移南京地區(qū)深基坑開挖一般為垂直開挖，邊坡以松軟粘性土為主，在不采取任何有效支護措施的情況下，邊坡會失穩(wěn)而產(chǎn)生滑移或坍塌，有的即使采用支護，如果支護不當，擋墻也會整體位移，使護樁變形，坑底隆起，邊坡會失穩(wěn)而產(chǎn)生滑移。如南京HYPERLINK"/class_free/151_1.shtml"交通HYPERLINK"/class_free/73_1.shtml"銀行，基坑深6.7m，擋土樁為鉆孔樁，其后設(shè)置直徑0.3m的旋噴樁作止水帷幕，地下水位在地表下1.0m處。由于鉆孔樁和止水樁質(zhì)量差，止水帷幕未現(xiàn)成，基坑開挖后，東南角樁間出現(xiàn)大量涌泥和流砂，擋土墻向基坑內(nèi)側(cè)傾斜達0.2m，樁后現(xiàn)成了5～10cm的地面裂縫，邊坡滑移，使東南面的和平HYPERLINK"/class_free/160_1.shtml"電影院嚴重開裂破壞，被迫停業(yè)拆除。2.2基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷南京地區(qū)的地下水位埋藏較淺，深基坑開挖過程中，改變了原有地下水的平衡狀態(tài)，地下水便向基坑內(nèi)產(chǎn)生流動，尤其是基坑壁或基坑底揭露砂層時，由于砂層的透水性較好，故地下水涌水現(xiàn)象更為嚴重，如不采取控制地下水的措施，則嚴重影響施工或無法施工。另外，如果砂層中的動水壓力超過砂土本身抗?jié)B能力時，則松散的砂土會部分或整體伴隨地下水一起涌入基坑內(nèi)（流砂），上部粘性土層中砂層透鏡體流出后，會在粘性土中產(chǎn)生空洞，若空洞較大且距地面較近則會導致地面沉陷；同時由于地下水位的下降，使土體中孔隙水應力降低，有效應力增加，土體產(chǎn)生新的壓縮變形，從而使地面產(chǎn)生沉降。如南京軍區(qū)空后制HYPERLINK"/class_free/120_1.shtml"藥廠廠房基坑下面有一薄層不透水層，但該薄層不透水抵擋不住水頭壓力時，現(xiàn)成管涌；南京千帆大廈基坑由于存在連續(xù)厚層粉砂，砂土，選用壓密注漿對止水缺陷補強失效，造成大量漏水、涌砂，引起基坑旁側(cè)部分塌陷。2.3降水引起地面沉降南京地區(qū)很多深基坑在開挖過程中遇到坑底含水砂層，則在承壓水壓力的作用下，會產(chǎn)生涌水、涌砂現(xiàn)象。如果基坑底為厚度不大的粘性土，承壓含水砂層中的地下水會沖破粘性土層而產(chǎn)生突涌現(xiàn)象（即涌水、涌砂）。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，南京地區(qū)多采取隔水（如帷幕灌漿）或降水措施，其中井點降水是深基坑防護中較為經(jīng)濟且效果比較顯著的方案，因此南京地區(qū)許多超高層建筑均采取了這種控制地下水的措施。但由于抽取地下水使地下水位下降進而引起地面沉降，沉降過大將危及周圍建筑物及道路管線的安全。如南京東正大廈基坑工地西側(cè)在97年11月28日下午發(fā)生長約30m，寬約1.0m，深為2.0m左右的地面塌陷事故，距其深基坑支護結(jié)構(gòu)約為5.0m左右。造成的原因為基坑采用井點降水，周圍地下水位降低，孔隙水壓力減小，有效應力增大，引起土層壓密，導致地面沉降。2.4不均勻沉降使房屋和道路開裂由于基坑降水使地下水位降低、有效應力增大而使地基產(chǎn)生新的、不均勻的壓縮變形。經(jīng)對相鄰建筑物及道路的變形監(jiān)測，這種變形的不均勻程度隨離基坑距離的減小而增大，當這種不均勻變形超過了建筑物和路面的承受能力時，就會產(chǎn)生破壞而造成房屋和路面的開裂和下沉。如南京國貿(mào)中心基坑，原設(shè)計雙排深層攪拌樁止水，后因施工場地不夠，僅施工一排深層攪拌樁止水，造成基坑開裂，中山東路主干道路面開裂。3事故防治由于在基坑支護結(jié)構(gòu)上的作用具有許多不確定因素，以及在設(shè)計理論上存在著不完善現(xiàn)狀，要避免產(chǎn)生重大基坑事故的最好辦法是采取HYPERLINK"/class_free/121_1.shtml"預防為主的對策。因此只要在施工期間引起高度重視，采取有效的防治措施，則可將環(huán)境工程地質(zhì)問題所產(chǎn)生的危害減至最小甚至根除。選擇防治措施考慮的因素主要是環(huán)境工程地質(zhì)問題的類別以及基坑周邊的環(huán)境狀況。南京地區(qū)深基坑周圍一般建筑物多，道路縱橫，管線交錯，支護方案的實施要確保這些民用設(shè)施的正常使用。南京地區(qū)最早的基坑開挖深度一般不超過8.0m，因此當時所采用的支護技術(shù)比較單一，主要是懸臂型支護排樁，如打入或靜壓預制樁，大直徑鉆孔或挖孔灌注樁等，其作用主要是支撐基坑周圍土體。后來隨著基坑開挖深度加大（深度一般大于10m），深基坑開挖中的環(huán)境工程地質(zhì)問題愈來愈復雜，對引起基坑事故的原因，通?？梢詺w納為以下幾個主要方面：3.1地下水滲漏在開挖過程中會經(jīng)常遇到支護墻上的局部滲漏。這些滲漏主要是施工質(zhì)量引起的。如果滲漏點的水量不大，而且水中基本上不夾帶泥沙，此時只要及時用塊凝HYPERLINK"/class_free/150_1.shtml"材料把漏水點堵住就可以了。如果墻面上出現(xiàn)具有一定壓力的較大漏水，而且在水中夾帶著較多泥砂，在開挖面上明顯的泥沙沉積。此時，在墻背往往伴隨發(fā)生較大的地面沉降，地下水位出現(xiàn)聚降，對于這種情況需要給予高度重視。首先應該了解墻背水源補給情況，如有上下水管漏水，必須及時修復。待漏點的水壓減低后，馬上在基坑內(nèi)把漏洞堵好。隨后要進一步觀察在開挖面上沿墻邊附件有沒有隆起、冒砂或冒氣現(xiàn)象，在沉積的砂堆中仔細觀察有沒有存在滲水通道。如果存在這種現(xiàn)象，表面開挖面以下還有墻體施工質(zhì)量，或者可能是支護結(jié)構(gòu)抗?jié)B流不夠。這種情況下，應該暫?；觾?nèi)挖土，并根據(jù)具體情況立即采取補救措施。常規(guī)方法如有：（1）用地質(zhì)雷達等物探手段查明墻背土體中可能已經(jīng)現(xiàn)成的空洞，以及空洞的位置和大小，然后用注漿或高壓噴射等方法把空洞填實，增補隔水帷幕。（2）在基坑內(nèi)，把開挖面以下的沿著支護墻的那部分土層進行注漿加固，提高土體的抗?jié)B性能。土體的加固寬度可取墻體在開挖面以下插入深度的1／2，加固深度一般不超過4m，或根據(jù)抗?jié)B驗算確定。3.2承壓水影響在基坑底部有承壓水，而且坑底的不透水土層又沒有足夠的厚度時，容易時坑內(nèi)土體產(chǎn)生較大的隆起，嚴重時可能沖潰基坑底部的不透水層，在基坑外側(cè)土體頂面引起較大的地面沉降。在發(fā)生隆起破壞之前，可能雜支護墻邊以及支撐立柱四周看到冒水，冒砂現(xiàn)象。對待承壓水，可以采用穿過坑底不透水層的減壓井處理。3.3土體變形如果支護結(jié)構(gòu)強度不足，墻體剛度較小，插入深度不夠，或者在墻后有大量的水土流失，會有可能引起土體滑動，使支護構(gòu)件遭到破壞，甚至導致整個支護結(jié)構(gòu)倒坍；在地面現(xiàn)成裂縫，產(chǎn)生大量沉降甚至塌陷；在基坑內(nèi)產(chǎn)生大量隆起，使主體工程的工程樁產(chǎn)生位移。同時，使周圍HYPERLINK"/class_free/153_1.shtml"環(huán)境受到嚴重破壞。遇到這種情況，一般可采取如下措施：（1）封堵在地面出現(xiàn)的所有裂縫，防止雨水或其它地面水流入縫隙。（2）清除基坑周圍的地面荷載，并盡可能卸除部分基坑邊上的土方，以減小支護結(jié)構(gòu)上的側(cè)向荷載。（3）情況嚴重時，應立即向基坑內(nèi)回土，待土層加固后再重新挖除。（4）將基坑內(nèi)外沿滑動面上下進行加固，滑動面的位置可以根據(jù)現(xiàn)場所表現(xiàn)出的滑動現(xiàn)象，結(jié)合工程HYPERLINK"/class_free/119_1.shtml"地質(zhì)資料進行估計。加固的方法可采用能有效的提高土層抗剪強度的地基處理方法，如注漿，高壓噴射等，也可以沿滑動面打抗滑樁加固。以上各種事故搶險措施中，注漿方法是一種不得已的方法。因為處理不妥往往會由于注漿壓力使地基土的原狀結(jié)構(gòu)破壞而于事無補。因此必須嚴格控制注漿壓力，寧低不高，寧慢不快。而且應在漿液中摻合高效速凝HYPERLINK"/class_free/150_1.shtml"材料。4結(jié)束語近年來，南京地區(qū)超高層HYPERLINK"/class_free/149_1.shtml"建筑深基坑開挖所采取的支護措施種類繁多，總的來看，大多都是成功的，但有些基坑也出現(xiàn)一些大小事故，造成了HYPERLINK"/class_free/3_1.shtml"經(jīng)濟上的巨大浪費，但迄今為止尚未出現(xiàn)整體塌坑的毀滅性事故。因此深基坑開挖的規(guī)范化、程序化、科學化對減少或防止深基坑事故即環(huán)境工程地質(zhì)問題所產(chǎn)生的危害無疑是有積極作用的，尤其是在基坑開挖之前通過詳細的工程地質(zhì)勘察，分析與評價可能出現(xiàn)的環(huán)境工程地質(zhì)問題，在此基礎(chǔ)上，進行合理的支護設(shè)計是必不可少的；此外基坑施工期間強調(diào)信息化施工，即施工過程中隨時監(jiān)測，發(fā)