[摘 要] 基础施工对相邻近建筑的影响是城市改造中经常遇到的问题。本文总结了常见的几种对相邻建筑物影响较大的基础施工方法,并针对每个情况提出了相应的施工建议。
[关键词] 基础施工 沉桩 基坑开挖 基坑降水
0 引言
城市中大量的基础施工需要在建筑密集的地区进行。施工过程导致相邻建筑物产生裂缝及不均匀沉降的故事屡见不鲜,甚至导致相邻建筑出现坍塌的特大事故也偶有发生。因此,基础施工在确保自身施工安全和施工质量的同时,对相邻建筑物的保护也是工程中必须注意的重要问题。
1 基础施工对相邻建筑的影响因素
基础施工时,对相邻建筑影响的主要因素为场地的地质情况和基础的施工方案。不同的基础施工方案在不同的地质条件下对相邻建筑产生的影响能够产生很大的差别。另外,相邻建筑物本身的基础型式和老化程度也是其本身的一个重要影响因素。因此,在基础设计方案选型时,应慎重考虑。
施工浅基础时,一般开挖深度较浅,且设计浅基础的工程一般荷载较小或者土质情况较好,对周围建筑物不会造成太大影响。相对而言,桩基础和基坑开挖对相邻建筑物的影响是最大。
1.1 沉桩
沉桩对周围建筑的影响主要体现在振动效应和挤土效应。打桩在施工过程中引起的振动所产生的应力波,会造成周围土体的强烈振动。振动传给周围建筑会给周围居民生活带来影响,对一些采用浅基础,结构年久失修的老建筑可能造成开裂。如果场地地层存在松散饱和砂土,打桩造成的震动会导致饱和砂土压密而产生很大的沉降,并且土质不均将导致差异沉降。挤土桩施工过程实际是一个挤土过程,特别是在饱和地层中沉桩,由于挤土桩沉入地下时,桩身将置换等体积的土体,因此沉桩会在周围一定范围内的地面发生竖向和水平向位移。大量的土体移动常导致邻近的建筑物和构筑物产生裂缝。特别在软土中挤土沉桩,由于侧向位移能够产生很大的孔隙水压力,当这种孔隙水压力消散时,土体将产生较大沉降,危害相邻建筑物。
1.2 基坑开挖
高层建筑和一些大型荷载的工业建筑基础施工一般需要先开挖基坑。基坑开挖在基坑壁内产生临空面,土体向基坑内移动;基坑底部由于上部覆土荷载消失,产生隆起。对于密实的非粘性土及可塑和硬塑粘性土而言,当地下水位在基坑底部以下时,由于开挖所产生的水平位移及坑底隆起是有限的,最大位移往往不大于开挖深度的0.2%。但而对于高压缩性软土而言,基坑开挖的影响就要严重得多,其最大的位移和沉降通常达到开挖深度的1-2%,如坑底失去稳定性,则位移将更大,甚至会造成开挖深度2-3倍远的地方产生很大的沉降,直接危害附近建筑物。另外,基坑开挖必然导致弃土堆放的问题,大量的弃土堆放对地面产生的荷载不容忽视,弃土场地的堆土高度应进行相应的计算。在国内产生很大影响的上海莲花河畔小区13层住宅整体倒塌事故就是一个典型的基坑弃土堆放不合理的惨痛教训。
1.3 基坑降水
由于地下水位往往高于基坑底面标高,为保持基坑开挖后作业面干燥,大部分的基坑开挖都需要进行降水。降水导致周围渗流场的变化,引起周围土体的固结压缩变形。在软土层中,地下水位下降,土体中有效应力增加,土体产生固结,且由于基坑周围的漏斗形降水,沉降大小与离基坑距离远近有关,相邻建筑将产生不均匀沉降。在粉土和粉细砂层中降水,应防止流砂和管涌。对集水坑和排水沟抽水时,如未能防止临时挡土结构内的土因渗漏而流失,水土的大量流失可能导致周围地面沉降。另外,如果降水措施处理不当,很多基坑开挖深度可达20-30m,基坑边界处的平衡孔隙水压力产生变化,引起相邻土体产生移动,一旦发生管涌或者流砂,防堵巨大的地下水压力相当困难,大量砂土涌入基坑,甚至可能导致相邻建筑整体坍塌。
2 施工建议
针对上述影响因素,结合已有的行业经验和自身的体会。作者提出以下几点处理意见。
2.1 针对沉桩的施工建议
对于预制桩,锤击打桩由于便宜且施工简易往往是沉桩的首选方案,但是对某些特定的地层和建筑比较密集的区域,应尽量采用静压沉桩。在砂土较厚的地区更应尽量避免锤击打桩,防止砂土振密沉降,施工时必须做好必要的预防措施。对于灌注桩,在施工嵌岩桩时,建筑密集地区可采用回转钻进或者人工挖孔桩代替冲孔桩。泥浆必须按规范要求制备,以免缩孔引起地面沉降和影响桩身质量。而沉桩的挤土效应可通过调整打桩顺序得到改善。打桩顺序对打桩引起的移动和孔隙水压力的分布的影响是有区别的。由于打桩的挤密作用,使该处土变得更中密实坚硬,变形更小,使后来打桩所产生的位移在各个方向上不尽相同。由于先打入的桩的保护作用,较大的位移出现在尚未打桩的一侧。因此为尽可能减小相邻建筑物的移动,应先打紧靠相邻建筑物的桩然后再打远离要保护建筑物处的桩。设计适当的桩型对桩的排土量也有改善,如管桩的排土量就大大小于实心桩,因此对周围建筑物的影响也较小。
2.2 针对基坑开挖的施工建议
基坑设计时应首先确定基坑支护设计的侧壁安全等级。对周围建筑保护的最有效的措施是采用刚性支护,可较大程度减小临空面的侧向位移。在高压缩性的软土层中开挖基坑,应在开挖前期对坑内土体进行加固,加固坑内土体能够有效减小围护结构上的内力,从而减小位移。在老城区进行基坑开挖,由于旧建筑一般采用浅基础,对沉降特别敏感,在设计基坑支护应尤其注意。采用内支撑支护时考虑到钢铁在昼夜温差下的膨胀特性,冠梁应采用钢筋混凝土结构,避免采用钢支撑结构。采用桩锚支护时,锚索施工在成孔时应注意避免塌孔,松散饱和砂土层应尽量避免锚索支护。土质情况较差的场地应尽量避免水泥土墙和土钉墙等柔性支护。地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工,以免基坑暴露时间过长,变形增大。开挖的同时应做好严密的监测措施,位移观测基准点数量不应少于两点,且应设在影响范围以外,根据相关规范和基坑受力特点确定各项监测项目的报警值,保护基坑本身安全的同时保护好周边建筑物。
2.3 针对基坑降水的施工建议
基坑降水时,为了尽量减小对周围建筑的影响,一般需设置竖向止水帷幕。设计的止水帷幕应穿透透水层,排桩支护一般采用水泥土搅拌桩或高压旋喷桩止水,应确保施工质量。建筑密集区域应设置回灌水系统,同时最好沉降观测,达到回灌水位值立即从相邻抽水井内抽水补充。当基坑与邻近建筑物距离较近时,根据工程地质条件、水文地质条件和相邻建筑物的基础形式,综合采用截水帷幕,合理布置井位以调整降水曲线和结合回灌等三项技术是防止相邻建筑物沉降的有效技术措施,降水设计时应谨慎考虑。另外,在基坑降水和变形观测之前,一定要对基坑周边建筑物的变形现状认真调查。例如墙体有无裂缝,墙面有无裂缝,如有裂缝要进行拍照,量出裂缝的大小并逐条等级,并让户主签字认可,以免降水之后引起不必要的麻烦。
3 总结
基础施工对相邻建筑物的影响是一个复杂的过程,本文仅仅只是根据作者的经验从宏观上进行了一些描述。但该问题也是工程施工中无法避免的问题,如果处理不当往往造成群众纠纷。所以,从理论上认真研究周围建筑物的沉降机理,在设计时充分考虑各种影响因素,严格控制施工过程当中的质量问题,是保护相邻建筑物的根本。同时,管理上也要做好检测和监测,和周围业主事先达成协议,出现事故的房屋应及时进行鉴定,杜绝人员伤亡。
参 考 文 献
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