基坑开挖引起周边建筑物沉降分析及控制

基坑开挖引起周边建筑物沉降分析及控制

摘要：深圳地铁某地铁车站基坑开挖期间引起周边建筑沉降超限，通过对监测数据的详细分析，引起建筑物沉降的主要原因是基坑施工期间引起建筑物地层失水。通过对建筑物周边进行袖阀管止水帷幕注浆施工，使建筑物沉降得到了控制。

关键词：地下水；建筑物沉降；监测；注浆

中图分类号：x799.1文献标识码：a

一、引言

在深基坑工程施工中，往往不可避免的引起周边环境特别是周边建筑物的沉降。在施工过程中对基坑围护结构和周边环境变形的监测是必不可少的。当监测出现变形较大，存在一定安全风险时，就需要对变形较大原因进行分析。根据对变形分析的结果调整基坑开挖施工的方案工序或采取必要的措施，对变形加以控制，从而保证基坑开挖施工过程中的安全。［1］

二、工程概况

深圳某地铁车站主体基坑全长211.92 m，标准段宽19.1m，深16.5～18.6m。车站为明挖双层岛式标准站，设4个出入口，2个风亭。基坑西南侧怡景花园的桂亮楼、桂星楼、桂明楼、桂月楼为砖混结构，桩基础为8～10米的摩擦桩，连续墙深度为24米，进入强风化混合岩地层，基坑开挖深度为18米。其中桂明楼距离基坑仅有10米，怡景站基坑与怡景花园的平面关系见图1所示：

图1基坑与周边建筑物平面关系

三、工程地质与水文地质

车站范围内上覆第四系人工堆积素填土、冲洪积淤泥质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、粉砂、粗砂、砾砂、坡积粉质粘土、残积砂质粘性土、震旦纪混合岩。车站基坑底板围岩为强风化和全风化岩。

场地内水主要分孔隙水和裂隙水，稳定水位1.6米-3.9米，地下水排泄主要为大气蒸发，补给主要为大气降水。

四、基坑开挖及支护方法

本车站采用宽800mm的地下连续墙加内支撑的围护体系，基坑内降水。地下连续墙嵌固深度约为6.5米，连续墙分幅采用6米标准槽段长度。

基坑标准段设三道支撑，第一道采用609x12钢管支撑，其余各道支撑采用609x16钢管支撑，支撑水平方向按最大3m间距布置。基坑土方开挖采用边支边分段开挖的方式进行开挖，分段长度在20m到30m。开挖方向为从基坑两端头向中间开挖。

五、建筑物沉降及原因分析

随着基坑北端头土方的开挖，车站基坑西侧怡景花园四栋建筑物沉降速率逐渐加大，建筑物累计沉降已明显超过控制值。自2009

年2月7日开始桂月楼建筑物沉日沉降速率由不到-1mm/d增大到

-2.01mm/d，随后沉降速率一直较大，最大沉降速率达到-9.0mm/d，持续较长时间。

四栋建筑物同时出现沉降较大情况，建筑物累计沉降在较短时间

内达到并超过控制值。

从靠近四栋建筑物的两个土体测斜的监测数据来看，基坑开挖引起的周边土体水平位移较小，在建筑物沉降速率较大期间，两个土体测斜分别最大水平位移增大为8.11mm和6.12mm,两处土体水平位移变形均未超过控制值。桩顶水平位移最大不到10mm。同时支撑轴力变化平稳。从监测数据可以明显看出，基坑开挖使用引起起的周边土体变形较小，基坑支撑轴力也没有明显增大。可以认定引起建筑物沉降过大的主要原因不是因为基坑开挖期间围护结构变形引起周边土体损失造成。

分析基坑靠近四栋建筑物一侧的地下水位监测数据来看，在建筑物沉降速率较大期间（2009年2月11日-2009年2月25日），地下水位下降特别明显，该区域水位最大下降达12米，基坑北端头开挖到底部分能见到明显渗水。从地下水位下降和建筑物下沉的对比中可以明显看出，建筑物沉降主要是因为基坑开挖期间引起建筑物周边地下水位下降导致。由于基坑周边土层地下水位降低，土体中的孔隙水压力消散，直接导致土体中有效应力增加，在原有土层中产生新的沉降。

图基坑北侧地下水位变化历时曲线图

六、施工处理方案［2］［3］

上述研究表明，基坑开挖降水引起周边地表及建筑物沉降。为控制怡景花园房屋和周边地表的沉降，防止建筑物因沉降太大而产生开裂深圳破坏的发生，沉降采取袖阀管补偿注浆。（一）袖阀管平

面布置

袖阀管的布置方式采用沿建筑物的纵向2米，距离房屋基础为2米的位置进行布置，袖阀管花管长24米，实管2米为地面止浆段，垂直地面打设，穿透强风化透水层为界。袖阀管布置图见图6所示：图6 袖阀管平面布置图

（二）安设注浆管

根据止水帷幕需求，在下面24米使用花管，上面2米用实管作为止浆段。止浆系统由皮碗式止浆塞、花管、宝塔头和管堵组成，止浆塞必须采用双塞系统。注浆管安设完成后用水泥砂浆封闭钻孔与管壁之间的空隙，封闭高度为1.8米实管段。袖阀管花管如图7所示

图7袖阀管花管大样图

（三）袖阀管注浆

灌浆材料采用水玻璃-水泥浆复合浆材水泥浆凝固时间为1～

2min。根据注浆材料及地质条件，结合类似工程的施工经验，选用表1所示注浆参数，在施工中坚持先试后作的原则，通过试注浆对各项参数进行修正。

表1注浆参数表

1、浆液配置

按设计参数配置好水泥浆和水玻璃

2、注浆

注浆采用kby-50/70型双液注浆泵进行注浆作业，顺序采取由西向东侧间隔注浆。

注浆方式采取后退式分段注浆工艺，每次注浆段长0.4m，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆；

注浆过程中作好注浆工作记录，记录内容包括每个注浆孔的注浆量、注浆压水、注浆工作情况及注浆作业时间等。注浆过程中随时分析和改进注浆作业。

七、注浆施工效果

在对怡景花园房屋周边进行帷幕注浆施工后，基坑开挖过程中，建筑物沉降速率明显减小，注浆对控制房屋沉降起到了预期的作用。

图9怡景花园建筑物典型点沉降历时曲线

八、几点体会［4］［5］

城市地铁车站施工过程中往往会造成基坑周边环境受到影响，必须在施工过程中对建筑物沉降原因及时进行分析并采取积极措施控制沉降进一步发展。

基坑围护结构施工区间产生的震动等情况可能会造成建筑物产生较大沉降，施工前需要对围护结构地质情况和周边建筑物结构及基础情况进行调查，根据具体情况制定相应预案，预防因围护结构施工引起建筑物沉降。

地下连续墙具有较好的抗渗能力，在遇到地质情况特殊，地下水可能会从连续墙的墙底下方渗漏到基坑内，造成基坑外土体的水位