结合哈尔滨地区深基坑工程施工实例,针对基坑工程施工中可能出现的环境工程地质问题,分析T环境工程地质问题产生的原因,提出了防治对策,时深基坑工程施工的顺利进行及保护周边环境具有一定的指导作用。
当今,随着社会经济及文化等各方面的快速发展,大量人口涌向城市,城市规模日益扩大及数量不断增多已是历史发展的必然。城市是一种人造环境与自然环境的复合产物。城市建设总是在不断地改变与塑造地质环境,而地质环境又制约城市建设的发展,城市建设所引发的环境工程地质问题越来越多。
引发环境工程地质问题的主要原因是人类工程一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等现象。
近年来,大中城市的高层建筑大量涌现,随着高层建筑的发展,伴随出现了深基坑,基坑开挖深度以及基坑的规模也越来越大。基坑开挖对周围地质体、环境和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。下面以哈尔滨地区为例来分析深基坑开挖中的环境工程地质间题。
环境工程地质问题分析哈尔滨位于松花江边,有近三分之二的地域位于松花江漫滩区,地层软弱,工程地质条件复杂。地层上部以粘性土为主,下部为砂类土,自上而下可划分为杂填土、可塑状粉质粘土、淤泥质粉质粘土、可塑一硬塑状粉质粘土、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,为承压含水层,哈尔滨地区高层建筑的地下室一般为1一3层,开挖深度均超过sm,一般为9一15m。基坑开挖时,1层地下室主要在上部粘性土中进行,2层以上地下室的深基坑开挖均穿过上部粘性土而深人至下部的砂层中。
由于哈尔滨地区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也较为突出。
哈尔滨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、建筑物开裂等。
基坑边坡滑移哈尔滨地区深基坑开挖一般为垂直开挖,坑壁上部为粘性土,下部为砂类土,自立性较差,在不采取有效支护措施的情况下,坑壁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,使支护桩变形,坑底隆起,坑壁会失稳而产生滑移。如哈尔滨市道里区某高层建筑,基坑深7.7m,支护桩为钻孔灌注桩,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Zm处。
由于钻孔灌注桩和止水桩施工质量差,止水帷幕未形成,基坑开挖后,东南角桩间出现大量流砂,挡土墙向基坑内侧倾斜达。.Zm,桩后出现了5一10cm的地面裂缝,边坡滑移,使东南面的相邻建筑开裂破坏。
基坑涌水、流砂及其引起的地面沉陷哈尔滨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,会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人基坑内,产生流砂,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。
如哈尔滨市某工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,形成管涌,造成大量涌水、涌砂,引起基坑周边地面大面积塌陷。西部探矿工程2010年第3期1.3基坑降水引起地面沉降哈尔滨地区深基坑在开挖过程中会遇到坑底含水砂层,在承压水压力的作用下,会产生涌水、涌砂现象。
为防止这种现象的发生,哈尔滨地区多采取隔水(如止水帷幕)或降水措施,其中井点降水是深基坑支护中较为经济且效果比较显著的措施,因此哈尔滨地区许多高层建筑均采取了这种控制地下水的措施。但由于抽取了地下水使地下水位下降进而引起地面沉降,沉降过大将危及相邻建筑物及道路、管线的安全。
如哈尔滨市道里区某人防工程基坑工地北侧在降水施工过程中发生长约30m,宽约lm的地面沉降现象,造成北侧的相邻建筑出现宽达Zcm的裂缝。其原因是基坑采用井点降水,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。
不均匀沉降使建筑物和道路开裂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建筑物和路面的开裂和下沉。如哈尔滨市道外区某大厦基坑,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,相邻道路路面开裂。
事故防治由于在基坑支护施工中具有许多不确定因素,以及在设计理论上存在着不完善之处,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,发现隐患及时处理,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。
哈尔滨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设施的正常使用。哈尔滨地区早期的基坑开挖深度一般不超过6m,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,如打人或静压钢板桩、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的增大(深度一般大于10m),深基坑开挖过程中的环境工程地质问题也愈来愈复杂。
以下根据引发基坑事故的原因,制定相应的防治措施。
地下水渗漏在开挖过程中会经常遇到支护墙上的局部渗漏。这些渗漏主要是施工质量引起的。如果渗漏点的水量不大,而且水中基本上不夹带泥砂,此时只要及时用胶凝材料把漏水点堵住就可以了。
如果墙面上出现具有一定压力的较大漏水,而且在水中夹带着较多泥砂,在开挖面上有明显的泥砂沉积。
此时,在墙背往往伴随发生较大的地面沉降,地下水位出现骤降,对于这种情况需要给予高度重视。首先应该了解墙背水源补给情况,如有上下水管漏水,必须及时修复。待漏点的水压减低后,马上在基坑内把漏洞堵好。
随后要进一步观察在开挖面上沿墙边附近有没有隆起、冒砂或冒气现象,在沉积的砂堆中仔细观察有没有存在渗水通道。如果存在这种现象,可能是开挖面以下墙体施工质量不好或者是支护结构抗渗流不够。这种情况下,应该暂停基坑内挖土,并根据具体情况立即采取补救措施。
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