基坑降水對周邊建筑物不均勻沉降的影響解析

胡藝凡，白 凱，劉 亮

（西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003）

1 基坑降水概述

1.1 基坑降水對周圍環境造成的影響

1.改變地下水位，導致地基土含水率降低，抗壓強度降低，形成局部軟弱土層。

2.地下水位降低，使鄰近建筑物基礎、地下管線和地上構筑物產生沉降或變形。

3.改變基坑周邊土壓力分布狀態，使鄰近建筑物產生沉降或傾斜。

4.基坑周圍地面出現裂縫。

5.基坑底部出現流土、管涌等現象。

6.影響道路交通及地下管線設施的安全。

高原地區水利水電工程施工中高壓噴射灌漿技術的應用……………………………………………… 魏崧，何海博（11-119）

1.2 基坑降水引起坑外鄰近樁基沉降的原因

隨著基坑降水的進行，周圍土體中原有的地下水液面會逐漸降低，當地下水水位降低時，土體中總應力基本不變，但孔隙水壓力減小，根據有效應力原理，各土層的有效應力增大，進而造成了地層的附加下沉。

1.樁身附加沉降。樁體的壓模系數越高，其軸向壓縮量越小。樁體受力后，樁體受壓后的變形比周圍土體的沉陷小，且在樁體周圍土體中出現了與樁體垂直向下的相對位移。在樁基中，樁周土體受到垂直方向的作用，稱為“摩阻力”。在地下水大幅降低的情況下，由于有效應力的增大，樁側土體會產生附加沉降，導致樁身與樁側土體發生了顯著的相對變形，從而形成負摩阻力，中性點以上的樁身均會受到負摩阻力的影響，導致樁基產生附加沉降。[1]

2.樁端以下土體附加沉降；地下水位的降低，各土層的有效應力增大，使樁端以下土層產生附加沉降；同時，當樁身承受了負摩阻力后，樁端壓力增大，進而使得樁端以下土體的變形增大。當采用摩擦樁時，樁端以方土體的受壓變形將會更加明顯，乃至起到決定作用。

1.3 影響建筑結構的整體強度

由于周圍環境因素的影響，基坑降水使鄰近建筑物的承載能力會受到影響。為了更好地把握兩者之間的聯系，工作人員應該根據這類建筑的設計圖，通過相應的數據資料，準確地找到建筑物的初始結構，同時對現有結構進行一些復查和測試，其中包括結構布置、內部混凝土構件配筋和承載構件的斷面大小等。

在對鄰近建筑物的布置進行復查和檢測時，采用的主要儀器是鋼卷尺和手持式的激光測距機，對每一層的梁布置、柱的布置、圈梁和承重磚墻的布置進行了全面的測量，同時還對目前的各種數據信息值進行了詳盡的統計，通過認真的檢查，保證數值的準確性和正確性，提升測試結果的有效性。工作人員在進行了現行值的運算之后，再與原設計圖中的結構參數進行對比。經對比發現，兩者間的數據信息基本相符。

在對鋼筋混凝土結構中的筋材和其內側構件的斷面尺寸進行檢查時，需要借助定位器和鋼卷尺對其進行測量，并對其配筋的數目進行分析和計算，同時采用代表性的結構件對混凝土表層進行保護層切割，然后對鋼筋的直徑進行測量。由有關資料得知，受力元件內部斷面大小未有明顯的變動，但內部配筋數目卻有所變動，因其數目之多，對這類房屋造成極大破壞，且從另一方面削弱了其整體承載力。為了解決目前的問題，建筑工人們在進行每日的項目建設時，應該盡可能地離開深坑，在開始施工之前，要對當地的地質情況和水文情況等進行詳盡的調查，在這種情況下，能夠將相應的地形和地貌全部分析清楚，從而提高工程的可行性和安全性。

2 工程概況

某大型住宅小區建筑面積為30 萬m2，建筑高度為32 層。小區內的地下車庫和人防設施可以作為地下人防使用。由于小區是以住宅為主，因此基坑工程的開挖深度不會太深，基坑寬度也比較小，且該地區的土層類型較均勻，以砂質粘性土為主?；娱_挖深度為7.2m，由于該區域的地下水位埋深較淺，影響基坑開挖和基礎施工，因此施工中需要進行降水處理。經過多個降水方案比較分析，最終采用了管井降水的方式來進行基坑降水工作。

根據勘察報告，本場地地下水埋藏較淺，主要來自河流水以及降雨補給等。由于基坑周邊存在其他已建建筑物，通過分析得知，本工程降水會對周邊的建筑物產生一定程度上的不均勻沉降，故在整個施工過程中都需要對周邊環境進行保護，且在本工程開挖基坑前就應已經做好降水工作。[2]

3 施工方案

在對基坑進行降水之前，應根據相關的設計要求，制定合理的施工方案，通過技術手段減少降水對周圍環境的影響。首先，施工人員要明確施工流程和施工技術。在基坑工程中，降水技術是非常重要的，必須要采用合理的降水方法，提高降水效果，有效減少周圍環境的沉降。先對周圍的水文地質環境進行全面而有效的分析工作，從而選擇具有針對性的技術與手段將降水工作的穩定性和適用性提升。其次，要做好基坑降水井設置工作。由于該地區地下水豐富，基坑施工之前需要設置好相應的降水井，在基坑降水時就能及時有效地將地下水排出，避免周邊環境發生沉降。采取相應的防護措施保證周圍建筑物的穩定性，在施工過程中也需要及時觀察有無沉降現象出現，降低大規模沉降造成的損失。

降水井管理是一項非常重要的工作，需要及時進行維護和維修。在日常管理過程中，應加強對降水井的巡視工作和日常維護工作。當發現降水井點出現滲漏時，必須及時進行維修和處理；當降水井水位達到要求時，必須及時采取相應的保護措施；當發現降水井發生變形時，必須及時對其進行加固處理；當發生坍塌時，必須及時進行處理；當基坑降水井周圍出現裂縫時，應及時進行修復處理，保證施工的穩定性和有效性。

4 沉降監測情況

本工程對基坑各個周邊建筑物設置了一定數量的沉降觀測點，同時對基坑及周邊地下水位也設置了水位觀測點。通過對水位及沉降監測數據的分析發現以下規律：

1.在基坑降水過程中，周邊建筑物沉降速率總體呈現出由小變大，再由大變小的變化趨勢，沉降量總體呈現出先快速增大，再逐漸穩定。

2.在降水初始階段，隨著地下水位快速降低，周邊建筑物沉降量和變化速率也是快速增大的，但隨著水位下降速度的減緩直至逐漸趨于穩定，沉降量和變化速率也相應地減緩直至逐漸趨于穩定。

3.距離基坑較近的沉降觀測點的沉降量明顯大于較遠的觀測點。

4.沉降量也和建筑物的基礎形式和結構有關，比如相鄰觀測點，樁基礎比柱下獨立基礎的沉降差明顯小，框架結構比磚混結構的沉降差明顯小。

5 監測結果與分析

在深基坑工程中，無論是在降水還是在開挖時，都會對周圍的地表環境造成一定的卸荷作用，同時也會引起圍護結構的左右兩邊地層之間的地層壓力差異，最終引起周圍土的橫向位移，從而影響到周圍土壤的平衡，也會對周圍管道甚至地上建筑物產生影響，造成失穩現象。為此，應對周圍支護結構的側向變形以及周圍土體的沉陷進行實時觀測。因此，對工程建設中所需的資料進行采集、整理，并對其發展變化進行預測，是保證工程安全的關鍵。[3]

5.1 圍護結構水平位移監測

在基坑開挖過程中，在支護樁內預先埋設測斜管，并通過傾斜計對支護樁不同深度處的水平位移進行了觀測，從而實現對開挖期間周圍土體的動態變化的監測，并觀測其有無發生失穩、坍塌等預兆。同時，通過對實測資料的采集和處理，可以更好地理解基坑支護結構及其施工期間的變形情況。

支護樁的不同深度處，其變形量也呈現不同變化規律。支護樁中下部，隨著深度的增加，產生的位移量變??；支護樁區域，變形隨深度的增加而增加。在進行深基坑降水施工時，支護樁的橫向水平變形將隨挖深而不斷加大。隨著基坑工程的完成，土體的水平變形開始緩慢地回升，并逐步減小。究其原因，是因為在前期的深基坑中，側向支承對施工不利，且在開挖過程中，樁身早期有向內傾斜的傾向。在基坑施工過程中，支護結構中逐漸形成支架水平支承，并采取相應的預應力處理，支護樁的傾角發生了顯著的扭轉。深基坑南端部位的角點地質條件比基坑北部的好，南側角點比北側角點先開挖，受到的初始擾動少，南端角點處的水平變形小于北側，與實測資料相符?；又虚g最后開挖，斷面處樁體位移比較小，一般都在2.5mm以內，并且在進行基坑降水開挖的時候，12m 之下的樁基幾乎不會出現橫向位移，這也是因為這一段受到的外界載荷很少，地質情況比較好，而且支護樁埋得很深，本身的厚度也能有效地確保它的工作。

5.2 周邊地表沉降監測

隨著基坑的降水和開挖之后，開挖表面不斷擴展，周邊土壤中的壓力也隨之發生了變化，并不斷地向外擴展。深基坑支護樁及周邊地基的沉陷既是基坑降水施工對建筑物的作用，又能從某種意義上反應不同土層的受力特征。以基坑角點和中間橫斷面為例，對地面沉降情況進行了分析。[4]

在施工前期10 個月內，基坑兩側角處的地面沉陷均隨施工工期的增加而增大，且在降水完成后又趨于平穩，特別是南北兩個角點的沉降差異較大。這主要是因為南側場地的地質狀況好于北側，且南側為開始階段，故早期所承受的地面荷載很小，對地基的影響不大，而北側為后一道工程，在這個階段，由于工程的影響，使得北角處的土體也會受到很大的干擾，因而，北角處的沉降值較大；相比于南北兩端，深基坑中部的水平段，地面上的沉降變化較小，且處于比較穩定的狀態。

6 防治措施

1.在建筑物設計時，要對施工方案進行嚴格的審查，要確保施工方案的合理性，避免因方案不合理導致基坑降水對周邊建筑物造成影響。

2.在基坑工程施工前，要對工程場地進行仔細勘察，了解周邊環境情況，同時也要根據實際情況設計施工方案，減少由于基坑降水而導致的不均勻沉降現象。

3.在基坑工程施工過程中，要加強對周邊環境的監測工作，發現問題及時處理，防止由于基坑降水導致不均勻沉降現象出現。

4.在基坑開挖前要對施工區域進行嚴格的巡視工作，一旦發現出現裂縫、滲水等情況要及時處理。需要重點排除施工前就存在著的裂縫、沉降等問題，避免在后續施工中造成更加嚴重的問題與后果。

5.在基坑降水施工過程中，要對建筑物的基礎進行檢測，同時對地基承載力進行檢查。一旦發現地基出現不均勻沉降現象，需要及時采取措施處理，做好加固與穩定等工作。

6.在建筑物修建完成后，要進行嚴格的沉降監測工作。同時還要對建筑物的沉降情況進行及時的反饋信息，以便于后期調整處理方案。

7.在建筑物修建完成后，要對其進行沉降觀測工作，及時反饋信息給后期工程設計人員和施工人員。同時還應根據實際情況調整基坑降水方案，減少由于降水所導致的不均勻沉降現象，增強建筑物的穩定性。[5]

7 結論

通過對基坑降水對周邊建筑物沉降影響的分析，可以得出以下結論：在基坑降水過程中，基坑外建筑物受到降水影響會產生不均勻沉降，且沉降值隨著時間的增加而增加。在同一深度的不同位置處，沉降量和沉降范圍是不同的，因此需要對建筑物進行監測，以確定其是否出現不均勻沉降現象?；咏邓畬χ苓叚h境有一定的影響，在基坑工程施工過程中應該合理設置降水設施，對周邊環境進行保護。為了有效降低基坑降水對周邊環境的影響，可以使用置換法、回灌法、排水固結等方法進行處理。為了避免建筑物出現不均勻沉降現象，應該對建筑物進行嚴格檢查和監測。施工單位應該重視基坑降水施工過程中對周邊環境造成的影響，采用合理有效的措施進行處理。在施工過程中應采取嚴格措施控制建筑物沉降值，確保建筑物的穩定性和安全性。