深基坑开挖引起的不良环境问题及防治对策

深基坑开挖引起的不良环境问题越来越受到人们的重视。流砂、管涌、基坑突涌一旦发生，经常因处理不当造成基坑围护结构失效，整体性失稳，基坑坍塌，造成基坑周围大面积的地面沉降，引起周围建筑物开裂，倾斜，甚至倒塌，地下管线断裂，造成巨大的损失。

随着城市建设的发展，高层建筑物、地下商场、地下通道等工程大量兴建，与之相应的基坑工程也越来越多，开挖深度也越来越大。深基坑开挖引起的不良环境问题越来越受到人们的重视。基坑开挖一旦出现问题往往导致地面沉陷，楼房倾斜、开裂、甚至倒塌，地下输水管线断裂等问题，造成极大的损失。文章对基坑开挖带来的不良环境效应，以及预防其发生的途径和措施进行了分析，以期对工程实践具有一定的指导、借鉴作用。

1.基坑开挖过程中的不良环境问题

1.1地下水渗透破坏

　由于基坑的开挖，使基坑侧壁和底面的土体处于临空状态，地下水在静水压力和承压水压力的作用下，向基坑内渗透，地下水渗透途径的改变破环了土体原有的平衡状态。如果基坑开挖过程中，降水措施不合理，支挡结构和止水帷幕没有起到应有的作用，将导致坑内发生严重的渗透破环。

1.1.1流砂

地下水在渗流过程中会受到土颗粒的阻挡，而土颗粒必然受到渗流水的反作用力，那么对于单位体积内土颗粒所受到的渗流作用力称为动水压力，以j表示。当基坑以下的土为疏松的砂土层且渗流水的动水力坡度大于砂土层的极限动水力坡度时，砂粒会处于悬浮状态，在渗透力的作用下，细砂会向上大量涌出，形成流砂。

1.1.2管涌

向基坑渗透的水流作用很强时，土中的细颗粒被冲走，土中的孔隙不断扩大，使水流渗流速度也不断增加，继而使较粗的颗粒也相继被水流带走，这样会逐渐形成的管状渗流通道，造成土体塌陷，即管涌（机械式）。另外当土中含有的可溶盐或胶结物被水流溶蚀时，土的结构变松，孔隙度增加，水流的渗透力加强，加剧管涌形成。

1.1.3基坑突涌

如果基坑坑底以下存在承压水，随着基坑开挖的进行基坑底部隔水层的厚度减小，导致承压水的水头压力大于上部隔水层的自重应力，承压水的水头压力会冲破基坑底板，造成大量涌砂。所以当基坑开挖到一定深度时，应确定承压水头不会冲破基坑地板时，再进行基坑的开挖，防止突涌的发生。

流砂、管涌、基坑突涌一旦发生，经常因处理不当造成基坑围护结构失效，整体性失稳，基坑坍塌，造成基坑周围大面积的地面沉降，引起周围建筑物开裂，倾斜，甚至倒塌，地下管线断裂，造成巨大的损失。

1.2止水帷幕渗漏水

　 深基坑中，一般都需要设置闭合的止水帷幕(水平向止水帷幕和竖向止水帷幕)。但由于基坑止水帷幕本身存在缺陷，如深搅桩搭接不严、地下连续墙接缝不吻合，以及由于场地的水文工程地质条件不好，或由于基坑开挖深度大，周围的动水压力和土压力相对增长，使得挡土结构产生较大位移，从而带动止水帷幕的挠曲或侧移，加之止水帷幕大多为刚性结构，抵抗变形的能力较弱，直挠曲和侧移时易开裂，使得在地下水压力作用下止水帷幕产生渗漏水。

止水帷幕出现渗漏时，往往来势猛又突然地大量漏水漏砂，导致边坡失稳、坍塌、倒桩及附近建筑物、路面急剧沉陷等。

1.3降低地下水位引起地面沉降

基坑开挖过程中绝大多数情况都需要进行人工降低地下水位，一方面为了保证基坑在干燥的环境下进行，为机械化进场施工提供良好条件，另一方面为了防止孔内流砂、管涌、突涌，边坡失稳等事故的发生。有效应力原理可知：由于基坑不断抽水，土层中的孔隙水压力不断消散，在总应力不变的情况下，消散的孔隙水压力转变为有效应力，土层在增加的有效应力作用下引起新的固结压缩变形，在地面上则产生了沉降和水平位移。如果降水方案设计不合理，致使降水漏斗半径过大或地下水过度抽取，将造成基坑周围大面积范围内发生较为严重的沉降。

1.4支挡结构失效引起基坑塌陷，地面沉降

随着基坑开挖深度的增加，基坑内外的土面高差不断增大，将使围护墙外侧土体产生剪切应变，增加其向基坑的滑动趋势与动能，支挡结构所受的被动土压力不断增大，支挡结构会发生不同程度的变形和侧向位移。支挡结构入土深度不大及支挡结构本身的刚度不足，将使支挡结构抵抗被动土压力的能力差，产生较大的侧向位移或在应力集中的部位发生断裂，导致周围土体失稳，向坑内坍塌，基坑开挖失败，地面产生较为严重的沉陷。基坑开挖引起坑外地层移动的影响范围，一般认为是开挖深度的2.0-3.0倍。实际工程中，当土质较差而支挡入土深度不大时，支挡结构侧向变形较大，与坑外最大变形相近，最大地表沉降发生在坑边，随距坑边距离的增大而减小。当坑底土层较好或墙体入土深度较大时，支挡结构的侧向变形较小，此时最大地表沉降常发生在距坑边外一定距离，其大小为支挡结构最大侧向位移的0.7倍。

1.5基坑坑底变形和隆起

基坑开挖过程中，由于基坑底面以上的土体挖出，基底垂直向的荷载被解除，失去了抵抗基底垂直变形的力，在粘性土的吸水膨胀、支护结构的挤压及当支护结构嵌入土中深度不够大时挤推前面的土体的联合作用下，导致基底隆起。开挖卸载的坑底面回弹在空间上表现为以基坑中心的倒盆状，距支护结构较近处，曲率最大，越靠近基坑中心，曲率越小，距中心一定距离后地面隆起为一定值。其基坑隆起量与地基土性状，基坑开挖深度与宽度、暴露时间、支护体系的刚度、施工工艺、施工质量有关。基底隆起不仅引起基坑自身的围护体系的变形，而且还会造成周围地表沉降，对周围建筑物产生不良影响。

2.预防基坑开挖引起不良环境问题的措施

重视深基坑开挖所在地的地形、地貌和工程地质特点的勘察，重要的是对场地土质的稳定性问题进行评述，在勘察工作中应将可能导致边坡土体滑坡的各种因素事先摸清，对支护结构的稳定性和安全性易造成威胁的重要地段、重点地层和重要的土质指标要保证其可靠性。对不符合技术要求的勘察资料，不得用于深基坑支护的设计与施工。

施工过程中应尽量采用分部、分块、分层开挖，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的挖土原则，尽量缩短基坑暴露时间，尽量采取合理、高效的土方开挖施工组织设计。

　　采用基坑内降水，合理选用井点类型，优选滤网，适当放缓降水漏斗线坡度，设置隔水帷幕，在保护区内设回灌水系统，同时一方面控制沉降区的地下水位；另一方面控制井壁颗粒的溢出量。论文参考。同时及时布设足够的坑外观测井，监测坑外水位变化，在必要时做回灌井使用。

选择合理的深基坑支护方案。合理布置支撑系统，整体受力合理；足够的入土深度，支护结构根部尽量进入好土；坑内侧土体加固(化学灌浆、石灰桩加固等)、及时支撑并预加轴力，桩体、墙体的混凝土强度一定要达到设计要求，不能有蜂窝、露筋现象；止水桩搭接不能出现缝隙；不能随意改变设计意图，取消锚杆，将锚固结构变成悬臂结构等。

在基坑开挖阶段，监测单位应对周边地表沉降及围护墙体位移实施重点监控，优化、合理布设监测点，密切关注沉降变形发展，仔细分析数据，及时提供信息化跟踪监测数据，以便发生险情时及时发出报警警报。

当基坑变形过大，或环境条件不允许等危险情况出现时，应与上部结构设计结合，可考虑采取底板分块施工、增设斜支撑措施。基坑周边环境允许时，可采用墙后卸土，减少主动土压力。基坑周边环境不允许时，可采用坑内底脚被动区草袋上压重、填砂、填土压重。流砂严重、情况紧急时，可采用坑内充水。

从可控制措施看，围护结构变形是先兆，如围护结构出现较大变形或突变，随后一定会出现周边地表产生明显沉降此时，除立即加强基坑施工措施外，应及时对相应区域的地表采取加固措施，以最快速度降低对周边环境的影响程度。

3.结语

深基坑工程是一个复杂的地下工程，隐蔽性较大，情况复杂，出现工程质量事故的概率也比较大。一旦出现质量问题，往往引起重大工程事故,事后纠正和补救也较困难，造成重大的损失。如基坑流砂、管涌、突涌，基坑支挡结构失效，土体向坑内塌陷，；基坑隆起，止水帷幕漏水使流砂涌坑内水等都会导致不同程度地面沉降，而地面的沉降属不均匀沉降，这种不均匀沉降导致道路沉陷、开裂，楼房倾斜、开裂、甚至倒塌，地下输水管道、煤气管道断裂、外溢，地下电缆破坏等工程事故。因此应制定切实可行的施工方案，并跟踪工程的进展，根据实际情况改进和优化施工方案，施工和建设单位要切实贯彻施工方案，严把质量关，尽量避免工程事故的产生。对出现的问题采取切实可行的措施，防止事故的恶化。