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深基坑施工過(guò)程中會(huì)存在多種風(fēng)險(xiǎn)，包括滲流破壞、支撐失穩(wěn)、坑內(nèi)滑坡、踢腳破壞、坑底隆起、承壓水突涌等[1-3]。為了將深基坑風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受范圍之內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控便成為必不可少的措施。

目前，深基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)基本是以其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定[4-5]，在施工過(guò)程中，需通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能得出深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和等級(jí)。為了能夠更直觀、明確地判定施工過(guò)程中深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，本文依據(jù)基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值劃分其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并采用數(shù)值模擬方法，對(duì)若干施工工況下的深基坑受力變形情況進(jìn)行分析；再根據(jù)已劃定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，確定各個(gè)施工工況下深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。本研究為不同條件下，深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的確定，提供了一種新的參考方法。

1 基于監(jiān)測(cè)報(bào)警值的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》GB 50497—2009要求，基坑變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目一般包括圍護(hù)墻頂部水平位移、圍護(hù)墻頂部豎向位移、深層水平位移、坑底隆起（回彈）、土體分層豎向位移、周邊地表豎向位移等。不同安全等級(jí)的基坑對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求不同，而3 種安全級(jí)別的基坑均有監(jiān)測(cè)要求的項(xiàng)目為圍護(hù)墻頂部的水平和豎向位移，可見(jiàn)該項(xiàng)目在基坑監(jiān)測(cè)中具有代表性意義。因此，本文在進(jìn)行深基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分時(shí)，把圍護(hù)墻頂部的水平位移和豎向位移的報(bào)警值作為參考值。深基坑是安全等級(jí)為一級(jí)的基坑，上海地區(qū)的深基坑一般采用地下連續(xù)墻的圍護(hù)形式，以《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》 GB 50497—2009中一級(jí)基坑地下連續(xù)墻頂部的水平位移和豎向位移的監(jiān)測(cè)報(bào)警值為準(zhǔn)。同時(shí)，在實(shí)際工程當(dāng)中，會(huì)采用報(bào)警值的70%～80%，作為監(jiān)測(cè)的預(yù)警值。

基坑變形過(guò)大，往往會(huì)引發(fā)基坑事故，基坑變形程度不同，代表其處于不同的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，因此，可根據(jù)基坑變形大小來(lái)劃分基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在對(duì)某項(xiàng)工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，一般將工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為5級(jí)，與之相對(duì)應(yīng)的還包括風(fēng)險(xiǎn)描述和風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則[6]。本次風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分是以深基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值為依據(jù)，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》 GB 50497—2009和《基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程》 DG/TJ 08—61—2010對(duì)深基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值的要求，本文建立了4級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，各等級(jí)對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)描述和風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則見(jiàn)表1。其中，結(jié)合工程實(shí)際情況，采用70%的監(jiān)測(cè)報(bào)警值作為一、二風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（4級(jí)）、風(fēng)險(xiǎn)描述及接受準(zhǔn)則

在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定過(guò)程中，若有一項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目達(dá)到相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)描述的水平，則深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)就被判定為該風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并采取相應(yīng)措施，降低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 數(shù)值模擬分析各工況下深基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

引起深基坑事故的風(fēng)險(xiǎn)因素有很多，如超挖、堆載、降水不到位、土方開(kāi)挖過(guò)快、支撐架設(shè)不及時(shí)、止水結(jié)構(gòu)破損等[2]。各因素嚴(yán)重程度不同，會(huì)引起基坑發(fā)生不同程度的變形。為了更直觀地判定各種風(fēng)險(xiǎn)因素作用下，深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)等級(jí)，本文以上海國(guó)際金融中心項(xiàng)目為例，建立數(shù)值模型，分析不同工況下深基坑的變形情況，再根據(jù)表2中劃分的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，確定深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.1 工程概況和數(shù)值模型建立

上海國(guó)際金融中心項(xiàng)目位于上海市竹林路（規(guī)劃中）以東，張家浜河以北，楊高南路以西，北側(cè)緊鄰竹園商貿(mào)區(qū)2-16地塊，基坑面積約為48 860 m2，周長(zhǎng)約為950 m，開(kāi)挖深度為26.6～28.8 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，基坑工程安全等級(jí)為一級(jí)。基坑北側(cè)有楊高南路雨水泵站且位于1 倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，按上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》DG/TJ 08—61—2010規(guī)定，北側(cè)楊高南路雨水泵站區(qū)域基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)；基坑普遍區(qū)域基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級(jí)為二級(jí)。

2.2 數(shù)值模型的建立

根據(jù)工地現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和土層物理力學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用PLAXIS2D軟件建立有限元模型，模擬在不同超挖和堆載情況下基坑圍護(hù)墻頂部的水平位移量和豎向位移量。超挖和地面堆載情況下的數(shù)值模擬模型分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 不同超挖量情況下圍護(hù)墻變形分析的數(shù)值模擬模型

圖2 不同地面堆載情況下圍護(hù)墻變形分析的數(shù)值模擬模型

通過(guò)數(shù)值模擬得出，超挖量分別為基坑深度的0、2%、4%、6%、8%、10%，和地面堆載分別為0 kPa、10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa、50 kPa時(shí)的圍護(hù)墻變形量，結(jié)合表2確定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定不同超挖和堆載情況下基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，建立較為直觀的現(xiàn)場(chǎng)施工狀況與基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)系。

2.3 不同風(fēng)險(xiǎn)因素作用下基坑的變形分析

本次數(shù)值模擬分析主要考慮超挖和堆載對(duì)深基坑變形的影響，分別對(duì)不同超挖量和不同堆載的基坑進(jìn)行了變形分析（主要為圍護(hù)墻頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰疲?，?shù)值分析結(jié)果分別如表2、表3和圖3、圖4所示。

表2 不同超挖情況下深基坑圍護(hù)墻的變形

表3 不同堆載情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

由表2和圖3可以看出，不同超挖工況下，圍護(hù)墻頂部發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)墻頂部的水平位移量較之豎向位移更接近報(bào)警值，更能反映基坑此時(shí)處于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的狀態(tài)。因此，不同超挖工況下，將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的一個(gè)指標(biāo)。將表2中數(shù)值模擬所得的圍護(hù)墻頂水平位移量與表1相結(jié)合，可得不同超挖工況下基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)情況（見(jiàn)表4）。

圖3 不同超挖情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

圖4 不同堆載情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

表4 不同超挖工況下基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

由表4可知，當(dāng)基坑超挖量不超過(guò)6%時(shí)，基坑基本處于2級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)狀態(tài)；當(dāng)超挖量超過(guò)6%之后，基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升為3級(jí)。按風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則要求，3級(jí)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)是不希望發(fā)生的，因此在施工過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)超挖情況進(jìn)行控制，超挖量應(yīng)不允許超過(guò)6%。

再由表3和圖4可以看出，不同地面堆載情況下，圍護(hù)墻頂部也發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移，而且其水平位移量較之豎向位移更接近報(bào)警值。因此，不同地面堆載工況下，也將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的一個(gè)指標(biāo)。將表3中數(shù)值模擬所得的圍護(hù)墻頂水平位移量與表1相結(jié)合，可得不同超挖工況下基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)情況（見(jiàn)表5）。

由表5可知，當(dāng)基坑周邊的地面堆載到達(dá)10 kPa時(shí)，基坑即處于3級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)狀態(tài)；當(dāng)?shù)孛娑演d超過(guò)40 kPa時(shí)，基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)上升至4級(jí)，為不可接受等級(jí)，應(yīng)立即采取控制措施。因此，在施工過(guò)程中，基坑周邊地面堆載應(yīng)不超過(guò)10 kPa；若基坑周邊確需堆載材料時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，保證基坑安全。

表5 不同地面堆載工況下基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

3 結(jié)語(yǔ)

（a）基坑變形監(jiān)測(cè)包括多個(gè)項(xiàng)目，其中，3 種安全級(jí)別的基坑均有對(duì)圍護(hù)墻頂部水平和豎向位移監(jiān)測(cè)的要求，說(shuō)明2 個(gè)項(xiàng)目在基坑監(jiān)測(cè)中具有代表性意義，因此，將其作為基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分時(shí)的參考值。

（b）不同超挖和堆載情況下，圍護(hù)墻頂部均發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移。而在超挖和堆載2 種工況中，圍護(hù)墻頂部的水平位移變化均比豎向位移更接近基坑變形報(bào)警值，因此，分析中將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的指標(biāo)。

（c）結(jié)合數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可得，當(dāng)超挖量達(dá)到6%和地面堆載達(dá)到10 kPa時(shí)，基坑風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為3 級(jí)。由表2風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)描述可知，施工過(guò)程中是不希望基坑出現(xiàn)三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的，因此，施工中應(yīng)不允許超挖量超過(guò)6%，地面堆載不允許超過(guò)10 kPa；如出現(xiàn)超挖量超過(guò)6%，或者地面堆載超過(guò)10 kPa時(shí)，應(yīng)采取措施保證基坑安全。

根據(jù)相關(guān)專家的施工經(jīng)驗(yàn)可知，本方法評(píng)估結(jié)果可為深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和控制提供參考依據(jù)。