浅谈深基坑开挖引发的环境工程地质问题及其防治措施

摘 要：由深基坑开挖而产生的环境工程地质问题已成为当今相关部门亟待解决的问题。随着城市建筑的大量涌现以及高层建筑的不断建设，基坑深度也在不断地加深。本文阐述了深基坑工程中面临的一些问题，对深基坑开挖引起环境工程地质问题进行了分析，并基于此提出了相应的防治措施，对以后的深基坑顺利施工具有一定的借鉴作用。

关键词：深基坑；环境工程地质；防治措施

中图分类号：P642.2 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0162-02

1 引 言

随着城市的快速发展，城市的土地面积逐渐减少，一些大中型城市超高建筑層数高于20层的逐渐涌现出来，而这些高层建筑均包含地下室，因而需要进行基坑的开挖。进坑开挖对周围环境生态，地质体等方面都会产生一定的影响，其中比较突出的是会引起一系列复杂的环境工程地质问题，而这些问题的严重程度与周围的环境、场地的地质条件和基坑开挖的深度等方面有着很大的关系。之前针对城市的环境工程地质问题探究比较多的主要涉及到地下水过度开采导致地面沉降，像上海、西安等城市。这些问题的处理和解决是深基坑设计、相关管理部门需要持续关注和探究的。

2 环境工程地质问题分析

城市深基坑开挖导致的环境工程地质问题包括基坑边坡滑移、基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷等方面。平原区的地下水埋藏较浅，地层通常包括饱和淤泥质粘土和软粘土，中夹有细砂层。深基坑的开挖会引起地下水悬浮颗粒涌水和冒砂等严重影响。这都会造成施工过程难以进行，更加严重的会造成对周围建筑、管线等的不良危害。

2.1 基坑边坡滑移问题

深基坑开挖通常采用垂直开挖方式，但如果没有有效的支持措施，边坡会失去稳定性并导致整体滑动。在有些采用支护措施的情况下，没有选择较合理的支护结构或者加上别的原因引起的主动土压力大于原定的设计值，挡墙也会产生整体位移，由于承受了较大的侧向力，迫使围护桩变形，坑底隆起，引起边坡产生了滑移。如汉口某工程基坑开挖的深度为6.0m，坑壁采用槽钢制桩成的悬臂式支护。钢桩能力不足在抗土压力方面，导致槽钢出现向坑内偏斜，坑顶则产生与坑壁方向平行的弧形拉裂圈，而且很多点状喷水冒砂在坑底产生，拉裂位移出现在坑顶，其对周围建筑物和地下管线都造成了不同程度大小的影响。

2.2 基坑涌水问题

建筑物基坑开挖的深度如果低于地下水位时就会引起地下水涌入基坑。涌入基坑的水通常源于围岩和坑底。基坑涌水有时会造成坑壁失稳，或者因坑壁岩的产生，土体产生机械潜蚀，引起突然的大量涌水，使基坑淹没，基坑周遭土体流失以及沉降的后果。而且地下水位存在位置较浅，在进行深基坑开挖时会改变原来的地下水平衡，造成地下水向基坑内流入。值得注意的是，砂层具有较好的透水性，在基坑壁或底进行揭露砂层时，涌水会更加严重。如果对地下水采取相应的控制措施，将会严重影响施工进度。

2.3 流砂及引起的地面沉陷问题

当土层中的粘土颗粒的含量<10%且粉粒颗粒的含量>75%或者在粉砂层会出现流砂现象。对于流砂的形成是由于较大的基坑内外出现的水位高差，较大的地下水动水压力，动水会将粉砂冲流冒出，造成粉砂层的破坏。挖掘的流砂量越多会导致基坑外的附近地基出现沉塌。水位的降低会造成两种情况：处于土层中的地下水对地上建筑物的浮托力减小，软弱土层因受到压缩出现沉降；空隙水从土中排出会造成土体变形沉降。地下水位的降落量和地面沉降量是对应的关系，地下水位降落出现曲面分布一定会造成附近建筑物出现不均匀的沉降。随着这种沉降逐渐到达一定的程度时，附近的建筑物就会出现裂缝、倾斜和倒塌的严重后果。

3 防治的措施

深基坑工程的设计是需要以开挖施工中的许多技术参数为基础。预防基坑事故的发生最理想的办法是采用预防为主的方法，尽量减少直至消除环境工程地质问题造成的破坏。采取的防治措施一般可以归纳为以下几个主要方面：

（1）合理的进行土压力计算模型和选择合理的开挖、支护类型，这是对预防深基坑环境工程地质问题起到关键作用。由于在各地区的规范中土压力的计算和围护结构内力的计算会出现差异，设计者决策中个人意识局限性的影响和对土质条件的认识程度不同，以及在计算中不同的精度考虑，这些都会导致在设计中存在一些潜在的问题。针对这种现象，针对城市深基坑开挖工程，常常由专家会对地区施工指南进行编制且规定一定要通过专家组进行审核。比如在上海和武汉的基坑设计（上海地区>7m和武汉地区>6m），只有通过专家组的审查之后才可开始施工。这些措施de实施由无数的实例中得到确实有效地防止了灾害事故的发生。在当前，块体模型计算、有限单元法、和其他数值法可以直接的通过计算机进行仿真来研究土体-支护体系两者之间的相互影响和变形，运用这种科学、客观、直观的分析手段为灾害事故的防治起到很好的作用。

（2）支护结构的施工质量应该需要改善，如图1所示为传统支撑。支护结构的渗水造成了坑外的水土流失和建筑物的沉降。主要原因是支撑结构的帷幕不密实或接缝处理不当导致漏水。在这种情况下，通常可以采取以下措施：堵塞地面上出现的所有裂缝，防止雨水或其他地表水流入间隙；清除坑周围的地面荷载，并尽可能多地移除泥土在坑的一边为了减小支撑结构上的横向载荷；情况严重时，应立即将土返回基坑。土层加固后，应再次开挖。基坑的内外边缘在滑动面上加固，根据现场展现的滑动现象，结合工程地质资料，可以估算滑动面的位置。加固方式可以是能有效提高土体抗剪强度的基础处理方法，如注浆，高压喷射等，也可用于沿滑动面加固抗滑桩；可以在基坑外泵送和钻孔，超过比基底标高，并通过泵或潜水泵泵送，改变地下水渗流方向，降低地下水位，防止流砂现象的发生。

（3）在降水井点与重要建筑物之间，回灌井和回灌沟的设置可以在降水补给时补充降水量，使基坑附近建筑物一侧的地下水位降落较大减少，从而控制地面沉降速度，使建筑物均匀的沉降。增加相邻建筑物一侧井间的间距距离，调整抽水设备的阀门，减少用水量达到降低降水率的目的；定期观察观测井和沉降、位移、倾斜等观测点。随时了解坑周围建筑物的水位下降和动态变化。同时，我们也必须了解抽水量和沙量，做好对危害的预防评估。

（4）这些年随着支护技术的不断进步和发展，支护技术经历了从单一的方法演变为多元化的技术的历程。自1995年以来，支护技术已经陆续适应不同的深度和地质条件而成功的被采用，如SMW水泥土连续墙、喷锚支护、钢内部支持和装配式钢内支撑。着眼保护周围建筑物出发，我们开始着眼于从被动支护转变为主动支换，并开发出不同类型的软托换技术。从井点降水来看，为降低地面沉降对周围环境造成的影响，在降水过程中在基坑周围设置适量的补给井，或采用密封减压，减压并采用脱水等手段。在环境工程地质问题的基础上，进行合理的支护设计至关重要。一些原有的深基坑开挖没有进行必要的支护设计或边缘开挖设计，导致一些酝酿重大事故。另外，在施工过程中信息化施工被强调，即在施工过程中应随时进行监测，如果发现问题应及时给出反馈，并对设计进行修改或补充以进一步指导施工工程。

4 结束语

深基坑工程通常位于密集的建筑物，地下管线等工程中。尽管这是一个临时项目，但其技术的复杂程度远远要高于永久性基础设施或上层建筑。在进行开挖基坑之前，必须进行缜密的地质调查，以分析和评估可能的会出现的对环境的不良影响。基于此，进行合理的支护设计是必须具备的首要前提。在进行基坑施工的期间应及时监测，如果发现问题要第一时间做出反馈，以避免发生工程事故。对该类问题在实践中和理论上都应该加以重视，进行认真探究，能够进一步完善环境工程地质学的内容，最终能用于实际的问题上来。

参考文献

[1]朱昌华.议深基坑开挖施工技术[J].四川建材，2008（03）.

[2]孙 铭.深基坑开挖的安全监测分析[J].企业技术开发，2015（09）.

[3]刘志芳.小议深基坑开挖施工技术[J].建材与装饰（下旬刊），2007（07）.

收稿日期：2018-5-24

作者简介：刘 锋（1974-），男，助理工程师，本科，主要从事水工环地质工作。

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