顧琴 張榮寬

摘 要：深基坑開挖導(dǎo)致基坑周圍土體的水平位移和豎向位移，可能會(huì)致使周邊建筑出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致周邊建筑失穩(wěn)，所以在基坑的施工過程中需要密切關(guān)注基坑的變形情況。本文提出一種深基坑變形報(bào)警方法，建立基坑變形控制指標(biāo)體系，基于該指標(biāo)體系設(shè)置報(bào)警級(jí)別并進(jìn)行報(bào)警。指標(biāo)體系由基坑的累計(jì)變形量、變形速率及變形加速度這三項(xiàng)變形控制關(guān)鍵指標(biāo)組成，所述累計(jì)變形量和變形速率具有對(duì)應(yīng)的第一報(bào)警值、第二報(bào)警值和第三報(bào)警值，所述變形加速度具有對(duì)應(yīng)的第四報(bào)警值。該報(bào)警方法可以及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)基坑的安全狀態(tài)，提高基坑施工的安全度。

關(guān)鍵詞：基坑變形；指標(biāo)；報(bào)警

中圖分類號(hào)：U25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）02-0111-03

Research on Deformation Warning Method of Deep Pit

GU Qin ZHANG Rongkuan

（Hehai University，Nanjing Jiangsu 210004）

Abstract： The excavation of deep foundation pit results in the horizontal displacement and vertical displacement of soil around the foundation pit， which may lead to the cracks in the surrounding buildings and lead to the instability of the surrounding buildings. Therefore， it is necessary to pay close attention to the construction of the foundation pit deformation. In this paper， a method of deep foundation pit deformation alarm was put forward， and a control index system of foundation pit deformation is established. Based on the indicator system， the alarm level was set and an alarm was given. The index system consists of the three key indicators of cumulative deformation， deformation rate and deformation acceleration of the foundation pit. The cumulative deformation and deformation rate have corresponding first， second and third alarm values， the deformation acceleration has a corresponding fourth alarm. The alarm method can timely and accurately evaluate the safety status of the foundation pit and improve the safety of foundation pit construction.

Keywords： pit deformation；indicator；alarm

1 背景技術(shù)

地鐵是解決大城市交通擁堵問題的重要交通方式之一。地鐵車站的基坑一般具有長(zhǎng)、深的特點(diǎn)。處于軟土地區(qū)的深基坑，由于周邊建筑較多且距離較近，控制基坑變形至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)多個(gè)規(guī)范[1-4]已對(duì)基坑變形給出了明確的報(bào)警值，一般有累計(jì)報(bào)警值和速率報(bào)警值。設(shè)計(jì)文件也參考相應(yīng)規(guī)范，給出了嚴(yán)格的報(bào)警值，其初衷是為了更好地控制變形量。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)變形值超過報(bào)警值時(shí)，設(shè)計(jì)文件會(huì)標(biāo)明加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，必要時(shí)進(jìn)行注漿加固。深圳地區(qū)建筑深基坑[5]對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移控制值規(guī)定如表1所示。

湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定[6]，對(duì)于基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)控報(bào)警值，如設(shè)計(jì)有要求時(shí)，以設(shè)計(jì)要求為依據(jù)，如設(shè)計(jì)無具體要求時(shí)，可按如下變形量控制：重要等級(jí)為一級(jí)的基坑，邊坡土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（最大值）監(jiān)控報(bào)警值為30mm；重要等級(jí)為二級(jí)的基坑，邊坡土體、支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移（最大值）監(jiān)控報(bào)警值為60mm?！督ㄖ鼗A(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》將開挖深度大于15m的基坑均作為一級(jí)基坑[7]，對(duì)照表1可知，基坑等級(jí)越高，控制變形越嚴(yán)，控制值越小。而實(shí)際是基坑開挖深度愈深，則變形相對(duì)愈大，于是形成了一對(duì)矛盾，因此在實(shí)際工程中基坑變形是很容易達(dá)到規(guī)范規(guī)定的變形累計(jì)報(bào)警值。目前存在的突出問題是，當(dāng)基坑變形達(dá)到報(bào)警值后，如何處理？這是一個(gè)非常重要的問題。目前的行業(yè)規(guī)范及設(shè)計(jì)文件對(duì)基坑變形報(bào)警的規(guī)定存在如下問題。

①報(bào)警值所代表的意思不明確。變形報(bào)警值有速率報(bào)警值和累計(jì)報(bào)警值。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)變形值大于報(bào)警值時(shí)就應(yīng)該報(bào)警，于是這個(gè)“報(bào)警值”所表達(dá)的意思是“變形比較大，達(dá)到報(bào)警值”。由于影響基坑變形的因素復(fù)雜，純粹報(bào)警反映基坑什么狀態(tài)不明確?；拥乇碜冃?、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深層水平位移的速率報(bào)警值2mm/d。軟土基坑在開挖過程中首先是坑內(nèi)卸荷，必然引起坑內(nèi)外土壓力的不平衡。于是巖土就有較大的變形增大發(fā)展階段，在這個(gè)階段中巖土體結(jié)構(gòu)通過變形達(dá)到力的重新分布，與基坑安全度關(guān)系不大。因此，在這個(gè)階段中，軟土變形很容易達(dá)到報(bào)警值，但不直接表示基坑不安全；這個(gè)階段的變形速率很大，達(dá)到2～5倍，甚至更大。胡義剛[8]指出基坑變形速率為4～20mm/d，但并未有明顯的事故跡象出現(xiàn)。

②各測(cè)項(xiàng)的報(bào)警值與結(jié)構(gòu)變形破壞現(xiàn)象關(guān)聯(lián)性不一致?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)變形值、地表下沉量達(dá)到報(bào)警值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不會(huì)有明顯的變形破壞現(xiàn)象。即使地表下陷，所造成的影響也很?。粔壕€管規(guī)定的沉降報(bào)警值是10～30mm?！督ㄖ庸こ瘫O(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中5.3.7條規(guī)定不能用直接點(diǎn)時(shí)就用間接點(diǎn)，間接點(diǎn)就是地表點(diǎn)。但報(bào)警值是參考地表點(diǎn)還是管線點(diǎn)的要求，規(guī)范并沒有明確。另外，建筑物沉降報(bào)警值為傾斜率0.2%，有資料及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)證明，一般建筑物的傾斜率接近0.2%時(shí)，就出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，從而引起糾紛，造成一定的社會(huì)影響。因此，建筑物沉降的報(bào)警值已經(jīng)表明建筑物有破壞現(xiàn)象，而地表沉降的報(bào)警值表明還沒有破壞現(xiàn)象，這個(gè)報(bào)警的結(jié)果所形成的后果是：一方面許多基坑變形值已經(jīng)達(dá)到規(guī)范、設(shè)計(jì)文件中變形極限值，但由于現(xiàn)場(chǎng)大部分無明顯破壞現(xiàn)象，如大于10mm的裂縫、錯(cuò)臺(tái)、陡坎現(xiàn)象，更無重大事故發(fā)生；另一方面，加固措施的實(shí)施也存在一定的工程風(fēng)險(xiǎn)，從而大大削弱了報(bào)警的基本作用。這種現(xiàn)象并非個(gè)別基坑，而是具有一定的普遍性。因此，目前規(guī)范中報(bào)警值既不利于變形控制，也不利于建筑物的保護(hù)。

③報(bào)警后設(shè)計(jì)文件、現(xiàn)有的基坑規(guī)范、基坑研究成果中均沒有給出具體的，與各測(cè)項(xiàng)變形報(bào)警值相關(guān)的處理方案，更沒有說明加固措施實(shí)施的內(nèi)容。目前，工程設(shè)計(jì)文件中處理措施無非是加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、注漿加固?，F(xiàn)場(chǎng)施工單位出于注漿施工的風(fēng)險(xiǎn)性，減少次生災(zāi)害的可能性，并考慮到現(xiàn)場(chǎng)無明顯的災(zāi)害特征，因此一般不會(huì)采取加固措施，只要求監(jiān)測(cè)單位加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。加強(qiáng)監(jiān)測(cè)其實(shí)不能作為基坑變形的控制措施，因?yàn)橥ㄟ^監(jiān)測(cè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了問題，并且報(bào)警警示了，還需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的意義明顯不合理，這是不相信監(jiān)測(cè)結(jié)果，無視報(bào)警工作，不愿采取有效措施避免事故發(fā)生的管理工作。由此可導(dǎo)致玩忽職守、埋下安全隱患，最終釀成重大事故的發(fā)生。

總之，目前基坑變形報(bào)警方法存在嚴(yán)重缺陷。這種帶有嚴(yán)重缺陷的報(bào)警工作嚴(yán)重影響了現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)基坑安全性的工程判斷，使報(bào)警工作形同虛設(shè)，導(dǎo)致施工承包單位對(duì)報(bào)警司空見慣，設(shè)計(jì)單位無可奈何，建設(shè)單位束手無策，監(jiān)管單位視而不見。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本文研究了一種深基坑變形報(bào)警方法。

2 預(yù)警方案設(shè)計(jì)

2.1 變形控制指標(biāo)體系建立

巖土體是典型的黏彈塑性體，具有明顯的流變性，其應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)隨時(shí)間的變化而變化。在荷載作用下，巖土體變形發(fā)展有三個(gè)階段：第一階段是變形速率（[?ε?t]）隨時(shí)間而呈下降趨勢(shì)，此階段屬于穩(wěn)定階段，變形加速度為負(fù)值；第二階段是變形速率不變，即[?ε?t=常數(shù)]，這一段是直線，說明此階段變形加速度為零；第三階段變形速率隨時(shí)間而呈上升趨勢(shì)，隨后破壞，說明此階段變形加速度為正值。根據(jù)巖土體變形規(guī)律，分析基坑變形的產(chǎn)生、發(fā)展與破壞過程可知，某一荷載作用下的基坑變形的產(chǎn)生、發(fā)展遵從巖土體變形規(guī)律。因此，所有基坑變形均有時(shí)間效應(yīng)，同時(shí)作為空間實(shí)體的巖土體受邊界約束的影響而產(chǎn)生空間效應(yīng)。根據(jù)這一特性，建立了基坑安全度的變形控制指標(biāo)體系，即累計(jì)變形量、變形速率及變形加速度3種變形控制關(guān)鍵指標(biāo)。

2.2 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)置

為解決上述技術(shù)問題，本論文基于指標(biāo)體系設(shè)置報(bào)警級(jí)別并進(jìn)行報(bào)警，所述累計(jì)變形量和變形速率具有對(duì)應(yīng)的第一報(bào)警值、第二報(bào)警值和第三報(bào)警值，所述變形加速度具有對(duì)應(yīng)的第四報(bào)警值?；幼冃蔚膱?bào)警四級(jí)為：藍(lán)色報(bào)警、黃色報(bào)警、橙色報(bào)警及紅色報(bào)警。當(dāng)累計(jì)變形量及變形速率均達(dá)到對(duì)應(yīng)的第一報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)藍(lán)色報(bào)警，表示該處變形累計(jì)變形量較大，或者變形速率較大，該藍(lán)色報(bào)警用于第一提醒，提醒設(shè)計(jì)者分析原因，確定現(xiàn)場(chǎng)變形情況是否與設(shè)計(jì)狀態(tài)一致，如果不一致，需要變更設(shè)計(jì)，防止以后出現(xiàn)更為嚴(yán)重的報(bào)警。

當(dāng)累計(jì)變形量及變形速率均達(dá)到對(duì)應(yīng)的第一報(bào)警值時(shí)，或者累計(jì)變形量、變形速率單項(xiàng)達(dá)到對(duì)應(yīng)的第二報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)黃色報(bào)警，表示該處變形累計(jì)變形量及變形速率較大，對(duì)基坑安全產(chǎn)生威脅，局部出現(xiàn)了小于1mm的細(xì)小裂縫、錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象，該黃色報(bào)警用于警告工程各方事故即將發(fā)生，要求工程各方及時(shí)安排險(xiǎn)情出現(xiàn)前的補(bǔ)救工作。

當(dāng)累計(jì)變形量及變形速率均達(dá)到對(duì)應(yīng)的第二報(bào)警值時(shí)，或者累計(jì)變形量、變形速率單項(xiàng)達(dá)到對(duì)應(yīng)的第三報(bào)警值時(shí)，加速度未達(dá)到報(bào)警值，啟動(dòng)橙色報(bào)警，表示該處變形累計(jì)變形量及變形速率較大，對(duì)基坑安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅，出現(xiàn)了局部明顯的、大于10mm的裂縫、錯(cuò)臺(tái)、陡坎現(xiàn)象。該橙色報(bào)警是工程失穩(wěn)前的特征，用于要求局部停止施工，進(jìn)行局部搶險(xiǎn)工作。

在橙色報(bào)警基礎(chǔ)上，當(dāng)變形加速度達(dá)到對(duì)應(yīng)的第四報(bào)警值時(shí)，啟動(dòng)紅色報(bào)警，表示基坑大范圍處于滑動(dòng)狀態(tài)，事故已經(jīng)發(fā)生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作業(yè)，調(diào)集機(jī)械、車輛、人員迅速進(jìn)入搶險(xiǎn)、救護(hù)狀態(tài)。

藍(lán)色報(bào)警只是起到了工程危險(xiǎn)的提醒作用，黃色報(bào)警具有警示作用，橙色報(bào)警起到了告誡作用，紅色報(bào)警起到了對(duì)事故的通報(bào)作用。具體地，在每次報(bào)警后，如采取措施消除了變形所引起的工程災(zāi)害的可能性，使危險(xiǎn)源恢復(fù)至初始狀態(tài)后，則消除此項(xiàng)報(bào)警，變形歸零處理，重新計(jì)算以后的變形量。如果變形速率在減小，則表明巖土體變形處于第一階段的變形狀態(tài)，屬于安全可控的穩(wěn)定狀態(tài)。雖然巖土體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但周邊環(huán)境，如管線、建筑物如果未進(jìn)行應(yīng)力釋放，狀態(tài)恢復(fù)至初始狀態(tài)，仍處于危險(xiǎn)狀態(tài)。

3 工程實(shí)例分析

杭州地鐵事故基坑，長(zhǎng)107.5m，寬21m，開挖深度15.7～16.3m。設(shè)計(jì)采用800mm厚地下連續(xù)墻四道ф609鋼管支撐的圍護(hù)方案，地下連續(xù)墻深度為31.5～34.5m?；游鱾?cè)緊鄰風(fēng)情大道，交通繁忙，重載車輛多，道路下有較多市政管線（包括上下水、污水、雨水、煤氣、電力、電信等）穿過，東側(cè)有一河道。

根據(jù)已有資料可知，2008年11月15日發(fā)生事故前最大沉降為316mm，超過規(guī)范報(bào)警值9～12倍，早已發(fā)出過藍(lán)色報(bào)警。“據(jù)媒體報(bào)道，就在常州地鐵塌陷事故發(fā)生前一個(gè)月，曾有人發(fā)現(xiàn)施工路段的路面出現(xiàn)裂縫”，表明黃色報(bào)警在前一個(gè)也發(fā)出過；“事發(fā)前，工地工友也發(fā)現(xiàn)基坑圍護(hù)墻面出現(xiàn)一道明顯的裂痕，有10米多長(zhǎng)，寬度能伸進(jìn)去一只手”，表明此時(shí)局部破壞，出現(xiàn)大于10mm的裂縫，橙色報(bào)警也應(yīng)該發(fā)出，此時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了局部破壞；最后當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，位移速率必然增大，位移加速度較大，紅色報(bào)警發(fā)出，表明事故發(fā)生。

根據(jù)已有資料可知，11月1日CX49（北端頭井東側(cè)地連墻）測(cè)斜管18m深處最大位移達(dá)43.7mm。大于報(bào)警值，也應(yīng)發(fā)出藍(lán)色報(bào)警。2008年11月13日CX45號(hào)測(cè)斜管最大變形數(shù)據(jù)達(dá)65mm，超過報(bào)警值40mm，達(dá)到報(bào)警值的1.6倍。此報(bào)警系統(tǒng)涵蓋了事故的整體過程，報(bào)警處理要求具體，從而可大大提高基坑的安全度。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：GB 50497—2009[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2]上海市市政工程管理局.上海地鐵基坑工程施工規(guī)程[Z].2000.

[3]上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.上海市工程建設(shè)規(guī)范——基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程[Z].2006.

[4]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范：GB 50308—2008[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008.

[5]深圳市住房和建設(shè)局.深圳地區(qū)建筑深基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范：SJG 05—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[6]湖北省住房與城鄉(xiāng)建設(shè)廳.基坑工程技術(shù)規(guī)程：DB42/T 159—2012[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[7]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范：GB 50202—2002[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2002.

[8]胡義剛.深基坑工程支護(hù)樁水平位移監(jiān)測(cè)報(bào)警閾值研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2014.