南京地区深基坑所产生环境工程地质问题及其防治对策

摘要：本文结合南京地区深基坑实例，针对基坑失稳所造成环境工程地质问题，分析了地质问题所产生的原因，提出了防治对策，对深基坑施工的顺利进行及保护周边环境具有一定的实际意义。关键词：环境工程地质深基坑管涌流砂1引言环境工程地质问题的主题是人类工程—经济活动引起的地质环境的异常变化。以往对城市环境工程地质问题研究的比较多的主要是过量开采地下水而引起的地面沉降。近年来，一些特大城市的超高层建筑均有地下室，那么建地下室便需进行基坑的开挖，基坑开挖对周围地质体、环境、生态等均产生一定的影响，即会产生一系列的环境工程地质问题，这些问题的严重程度与场地的地质条件、基坑开挖深度以及周边的环境等有关。下面以南京地区为例来分析深基坑开挖中的环境工程地质问题。南京位于长江边，有近四分之三的地域位于长江及秦淮河古河道漫滩区，地层软弱，工程地质条件复杂。地层上部以粘性土为主，下部以砂，砾石层为主，自上而下可划分为杂填土、可塑状粘土、淤泥质粉质粘土、可塑－硬塑状粘土、软塑状粉质粘土、粉砂或粉土夹软塑状粉质粘土、粉细砂、细砂，中粗砂，砾砂，碎石土等。这种地层比较突出的特点是上部粘性土层为软土层与硬土层互层结构，在软土层中夹有粉细砂层透镜体，下部砂层的厚度较大（3－40m厚），为承压含水层，南京地区的超高层建筑的地下室一般为一、二层，有的达三层，开挖深度一般超过6.0m。深基坑开挖主要在上部粘性土中进行，设有二层地下室的深基坑开挖一般都穿过上部粘性土而深入至下部的砂层中。由于南京地区具有这种特殊的地层结构，因此在深基坑开挖过程中的环境工程地质问题是较为突出。2环境工程地质问题分析南京地区深基坑开挖的环境工程地质问题主要为基坑边坡滑移、基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷、基坑井点降水引起的地面沉降、道路开裂、房屋开裂等。2.1基坑边坡滑移南京地区深基坑开挖一般为垂直开挖，边坡以松软粘性土为主，在不采取任何有效支护措施的情况下，边坡会失稳而产生滑移或坍塌，有的即使采用支护，如果支护不当，挡墙也会整体位移，使护桩变形，坑底隆起，边坡会失稳而产生滑移。如南京交通银行，基坑深6.7m，挡土桩为钻孔桩，其后设置直径0.3m的旋喷桩作止水帷幕，地下水位在地表下1.0m处。由于钻孔桩和止水桩质量差，止水帷幕未现成，基坑开挖后，东南角桩间出现大量涌泥和流砂，挡土墙向基坑内侧倾斜达0.2m，桩后现成了5～10cm的地面裂缝，边坡滑移，使东南面的和平电影院严重开裂破坏，被迫停业拆除。2.2基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷南京地区的地下水位埋藏较浅，深基坑开挖过程中，改变了原有地下水的平衡状态，地下水便向基坑内产生流动，尤其是基坑壁或基坑底揭露砂层时，由于砂层的透水性较好，故地下水涌水现象更为严重，如不采取控制地下水的措施，则严重影响施工或无法施工。另外，如果砂层中的动水压力超过砂土本身抗渗能力时，则松散的砂土会部分或整体伴随地下水一起涌入基坑内（流砂），上部粘性土层中砂层透镜体流出后，会在粘性土中产生空洞，若空洞较大且距地面较近则会导致地面沉陷；同时由于地下水位的下降，使土体中孔隙水应力降低，有效应力增加，土体产生新的压缩变形，从而使地面产生沉降。如南京军区空后制药厂厂房基坑下面有一薄层不透水层，但该薄层不透水抵挡不住水头压力时，现成管涌；南京千帆大厦基坑由于存在连续厚层粉砂，砂土，选用压密注浆对止水缺陷补强失效，造成大量漏水、涌砂，引起基坑旁侧部分塌陷。2.3降水引起地面沉降南京地区很多深基坑在开挖过程中遇到坑底含水砂层，则在承压水压力的作用下，会产生涌水、涌砂现象。如果基坑底为厚度不大的粘性土，承压含水砂层中的地下水会冲破粘性土层而产生突涌现象（即涌水、涌砂）。为防止这种现象的发生，南京地区多采取隔水（如帷幕灌浆）或降水措施，其中井点降水是深基坑防护中较为经济且效果比较显著的方案，因此南京地区许多超高层建筑均采取了这种控制地下水的措施。但由于抽取地下水使地下水位下降进而引起地面沉降，沉降过大将危及周围建筑物及道路管线的安全。如南京东正大厦基坑工地西侧在97年11月28日下午发生长约30m，宽约1.0m，深为2.0m左右的地面塌陷事故，距其深基坑支护结构约为5.0m左右。造成的原因为基坑采用井点降水，周围地下水位降低，孔隙水压力减小，有效应力增大，引起土层压密，导致地面沉降。2.4不均匀沉降使房屋和道路开裂由于基坑降水使地下水位降低、有效应力增大而使地基产生新的、不均匀的压缩变形。经对相邻建筑物及道路的变形监测，这种变形的不均匀程度随离基坑距离的减小而增大，当这种不均匀变形超过了建筑物和路面的承受能力时，就会产生破坏而造成房屋和路面的开裂和下沉。如南京国贸中心基坑，原设计双排深层搅拌桩止水，后因施工场地不够，仅施工一排深层搅拌桩止水，造成基坑开裂，中山东路主干道路面开裂。3事故防治由于在基坑支护结构上的作用具有许多不确定因素，以及在设计理论上存在着不完善现状，要避免产生重大基坑事故的最好办法是采取预防为主的对策。因此只要在施工期间引起高度重视，采取有效的防治措施，则可将环境工程地质问题所产生的危害减至最小甚至根除。选择防治措施考虑的因素主要是环境工程地质问题的类别以及基坑周边的环境状况。南京地区深基坑周围一般建筑物多，道路纵横，管线交错，支护方案的实施要确保这些民用设施的正常使用。南京地区最早的基坑开挖深度一般不超过8.0m，因此当时所采用的支护技术比较单一，主要是悬臂型支护排桩，如打入或静压预制桩，大直径钻孔或挖孔灌注桩等，其作用主要是支撑基坑周围土体。后来随着基坑开挖深度加大（深度一般大于10m），深基坑开挖中的环境工程地质问题愈来愈复杂，对引起基坑事故的原因，通常可以归纳为以下几个主要方面：3.1地下水渗漏取在开挖过镇程中会经效常遇到支茅护墙上的俯局部渗漏遵。这些渗哈漏主要是漫施工质量词引起的。架如果渗漏战点的水量名不大，而拳且水中基所本上不夹毒带泥沙，种此时只要夏及时用块铺凝市材料涨把漏水点非堵住就可宇以了。侵如果墙面救上出现具鞠有一定压除力的较大逼漏水，而煮且在水中补夹带着较领多泥砂，忌在开挖面敌上明显的制泥沙沉积银。此时，据在墙背往侧往伴随发绳生较大的扰地面沉降首，地下水汁位出现聚赚降，对于用这种情况倚需要给予挠高度重视断。首先应抓该了解墙侨背水源补茅给情况，碧如有上下敲水管漏水颈，必须及笔时修复。事待漏点的删水压减低气后，马上佩在基坑内颤把漏洞堵蓝好。随后尚要进一步室观察在开方挖面上沿德墙边附件朱有没有隆槽起、冒砂捡或冒气现病象，在沉似积的砂堆软中仔细观烈察有没有糖存在渗水匪通道。如婆果存在这奶种现象，杆表面开挖梯面以下还愚有墙体施赖工质量，顺或者可能贺是支护结述构抗渗流乎不够。这寒种情况下盗，应该暂某停基坑内绢挖土，并蛾根据具体听情况立即浇采取补救幻措施。常辛规方法如味有：此（门1蔬）用地质仁雷达等物巴探手段查直明墙背土而体中可能塑已经现成撤的空洞，嘴以及空洞何的位置和术大小，然高后用注浆蹈或高压喷俩射等方法愈把空洞填刷实，增补渴隔水帷幕缸。凑（丽2饱）在基坑杀内，把开犁挖面以下衫的沿着支着护墙的那姓部分土层陆进行注浆耳加固，提把高土体的巨抗渗性能批。土体的信加固宽度作可取墙体朴在开挖面滴以下插入斤深度材的释1诱／成2准，加固深止度一般不纽超猪过障4拉m据，或根据候抗渗验算句确定。晌3.2谣恢承压水影滋响招在基坑底认部有承压挡水，而且肥坑底的不判透水土层崖又没有足法够的厚度育时，容易离时坑内土吐体产生较尸大的隆起钥，严重时核可能冲溃但基坑底部抹的不透水劈层，在基模坑外侧土壁体顶面引竟起较大的恼地面沉降践。在发生级隆起破坏导之前，可填能杂支护笼墙边以及刚支撑立柱崇四周看到遮冒水，冒霸砂现象。霉对待承压并水，可以件采用穿过亭坑底不透胖水层的减喂压井处理锤。方3.3缴惊土体变形撑如果支护裙结构强度羞不足，墙灰体刚度较推小，插入怒深度不够分，或者在遣墙后有大邪量的水土泥流失，会披有可能引碎起土体滑干动，使支前护构件遭晒到破坏，奉甚至导致升整个支护吓结构倒坍历；在地面蜡现成裂缝宪，产生大泰量沉降甚胶至塌陷；鼻在基坑内怒产生大量务隆起，使农主体工程挂的工程桩兴产生位移颠。同时，蒸使周围雀环境速受到严重第破坏。遇季到这种情芒况，一般龟可采取如疏下措施：够（乘1批）封堵在稼地面出现茶的所有裂危缝，防止先雨水或其棕它地面水籍流入缝隙突。停（笼2裤）清除基逆坑周围的踪地面荷载锈，并尽可叠能卸除部暴分基坑边童上的土方棉，以减小选支护结构税上的侧向要荷载。厨（忘3诞）情况严定重时，应座立即向基忽坑内回土纵，待土层渣加固后再带重新挖除凭。赶（此4枕）将基坑常内外沿滑沸动面上下冻进行加固装，滑动面汇的位置可责以根据现探场所表现择出的滑动期现象，结鸭合工程孝地质瓜资料进行兼估计。加党固的方法碎可采用能夹有效的提周高土层抗玩剪强度的脊地基处理献方法，如碎注浆，高鞭压喷射等吴，也可以锻沿滑动面露打抗滑桩倾加固。是以上各种较事故抢险们措施中，唐注浆方法水是一种不危得已的方抓法。因为汗处理不妥肆往往会由胆于注浆压框力使地基幸土的原状炼结构破坏腰而于事无乐补。因此赛必须严格榴控制注浆铜压力，宁慎低不高，棉宁慢不快愚。而且应扎在浆液中亦掺合高效纳速凝尽材料挽。烤4旨蚀结束语巾近年来，队南京地区梳超高层怪建筑开深基坑开讨挖所采取牺的支护措效施种类繁阳多，总的谅来看，大喇多都是成凭功的，但毒有些基坑魄也出现一醉些大小事弱故，造成演了分经济下上的巨大常浪费，但葵迄今为止吸尚未出现蒜整体塌坑静的毁灭性泽事故。因亩此深基坑傍开挖的规窑范化、程压序化、科悲学化对减腊少或防止佩深基坑事怖故即环境颂工程地质错问题所产利生的危害敌无疑是有固积极作用除的，尤其桂是在基坑抢开挖之前姨通过详细恨的工程地郊质勘察，蜘分析与评年价可能出瑞现的环境慎工程地质梦问题，在俘此基础上逝，进行合承理的支护础设计是必股不可少的墓；此外基傻坑施工期青间强调信