■張 強(qiáng) ZHANG Qiang

0 引言

近年來(lái)，地下空間的開(kāi)發(fā)力度越來(lái)越大，超大深基坑越來(lái)越多，一些學(xué)者做了大量研究工作：黃華對(duì)某實(shí)際項(xiàng)目基坑變形報(bào)警情況及其原因進(jìn)行了介紹與分析[1]；易禮從設(shè)計(jì)角度對(duì)基坑變形數(shù)據(jù)與工況對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行了分析[2]；任家佳等將數(shù)值計(jì)算與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了圍護(hù)設(shè)計(jì)方案的合理性[3]；方銀鋼對(duì)基坑變形因素分析后提出了相應(yīng)的變形控制措施[4]；袁堅(jiān)等對(duì)多分區(qū)基坑進(jìn)行了周邊環(huán)境變形實(shí)測(cè)分析[5]。本文以上海某超大深基坑變形報(bào)警進(jìn)行原因分析，探究如何科學(xué)有效地采取應(yīng)對(duì)措施，對(duì)類似超大深基坑工程施工可起到參考作用。

1 工程概況

1.1 場(chǎng)地概況

本工程位于上海虹橋商務(wù)區(qū)，規(guī)劃總用地面積14953 m2，總建筑面積109065.3 m2，其中：地上建筑面積72910.3 m2，地下建筑面積36155.6 m2；容積率4.8；建筑密度34.1%；綠地率20%。項(xiàng)目由1 棟高層辦公樓和1 棟商業(yè)樓組成，主要空間功能為辦公及配套商業(yè)?；涌偲矫嬉?jiàn)圖1。

圖1 基坑總平面圖

1.2 周邊基本情況

（1）基坑?xùn)|側(cè)唧泵站。由于該泵站的建造年代較早（上世紀(jì)60 年代建造），因此，自身抵抗施工影響的客觀條件較差，但重要性較高，且距離基坑位置較近，受施工影響的風(fēng)險(xiǎn)較高，故項(xiàng)目部委托有資質(zhì)的檢測(cè)單位在施工前對(duì)水庫(kù)、泵房、連接管道、配電間和西側(cè)圍墻進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)報(bào)告委托相應(yīng)有資質(zhì)的設(shè)計(jì)院、施工單位分別進(jìn)行加固設(shè)計(jì)和加固施工；在基坑施工期間對(duì)唧泵站構(gòu)筑物、管道、變形縫等重要部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。此外，在項(xiàng)目基坑與唧泵站之間增設(shè)一道隔離樁（上部用圍檁梁連成整體）。當(dāng)土方開(kāi)挖至第四層時(shí)，因變形縫累計(jì)變形達(dá)到5 mm 的報(bào)警值；為了進(jìn)一步降低基坑開(kāi)挖、拆撐等作業(yè)的不利影響，項(xiàng)目部通知管理所停用臨近基坑的水庫(kù)，待水庫(kù)變形穩(wěn)定后進(jìn)行第二次修復(fù)等工作，確保后期正常使用。

（2）基坑南側(cè)臨近廠房和住宅。施工期間通過(guò)降噪降塵、基坑監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)措施，減輕施工期間對(duì)其影響，目前整體情況較好，臨近的建筑外墻未出現(xiàn)與項(xiàng)目施工相關(guān)的裂縫。

（3）基坑西南側(cè)變電站。在項(xiàng)目地下結(jié)構(gòu)施工階段，變電站圍墻有裂縫，但其建筑墻體等部位未開(kāi)裂。為推進(jìn)架空線落地工程，國(guó)網(wǎng)公司擬自行拆除重建該站。

（4）西側(cè)加油站。項(xiàng)目開(kāi)工前經(jīng)與加油站母公司協(xié)商，簽訂了對(duì)該加油站的保護(hù)協(xié)議——基坑變形致其圍墻達(dá)到報(bào)警值后通知其停止使用并給予相應(yīng)補(bǔ)償。目前該加油站監(jiān)測(cè)指標(biāo)已達(dá)報(bào)警值，已暫停使用；項(xiàng)目與之相鄰的結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成正負(fù)零值，待經(jīng)過(guò)相關(guān)評(píng)估后恢復(fù)使用。

（5）項(xiàng)目西北側(cè)代建綠地和項(xiàng)目部辦公地“小白樓”。項(xiàng)目開(kāi)工前相關(guān)部門不考慮保留“小白樓”，基坑開(kāi)挖階段，相關(guān)部門要求對(duì)該建筑進(jìn)行甄別，經(jīng)過(guò)甄別后認(rèn)定該建筑物為需保留的歷史建筑；受圍護(hù)設(shè)計(jì)及基坑施工影響，該建筑物部分部位開(kāi)裂，待基坑變形穩(wěn)定后予以修復(fù)移交。

（6）項(xiàng)目北側(cè)賓館，2020 年期間，該賓館多次因公務(wù)接待需要，要求項(xiàng)目部暫停施工，因此，對(duì)項(xiàng)目工期影響較大。為保證賓館的正常運(yùn)行，施工期間，已經(jīng)委托某市政公司對(duì)市政道路進(jìn)行修復(fù)和維護(hù)。

綜上所述，本項(xiàng)目地處上海市中心區(qū)域，基坑周邊建筑與公共配套密集，若基坑變形過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)面影響。

1.3 地質(zhì)概況

本工程屬古河道沉積區(qū)，土層分布較為穩(wěn)定。在勘察深度（最大深度120 m）范圍內(nèi)揭露的地基土屬第四紀(jì)沉積物，主要由黏性土、粉性土、砂土組成。根據(jù)地基土的成因、年代、結(jié)構(gòu)特征及物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)等綜合分析，最后，將本工程地基劃分為11個(gè)主要工程地質(zhì)層次。

本工程開(kāi)挖深度普遍為15.2 m，根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ 08—37—2012）第12.3.3 條公示計(jì)算：當(dāng)基坑開(kāi)挖深度至15.2 m 時(shí)，從最不利角度考慮，第⑦層粉砂層水頭埋深按4.33 m 計(jì)算，第⑦層粉砂層頂埋深按45.9 m計(jì)算，得出：Pcz/Pwy=1.17＞1.05，因此第⑦層粉砂層的承壓水不存在突涌的可能。同樣第⑨層細(xì)砂層承壓水亦不存在突涌的可能。

本工程基坑安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)西北角（臨公共綠地側(cè)）為二級(jí)，其余為一級(jí)。裙樓開(kāi)挖深度約為15.4 m，主樓下基坑開(kāi)挖深度約為16.6 m/20.4 m。本工程采用800 mm/1000 mm 厚地下連續(xù)墻兩墻合一圍護(hù)結(jié)構(gòu)，墻長(zhǎng)根據(jù)位置不同由31～35.6 m 不等。地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面如圖2。

圖2 地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面示意圖

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置圖

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括各類管線沉降值、圍護(hù)墻體測(cè)斜、圍護(hù)墻頂水平及豎向位移、周邊房屋沉降值，其中圍護(hù)墻體測(cè)斜、圍護(hù)墻頂水平及豎向位移等監(jiān)測(cè)最重要；具體基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖3。

圖3 基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

本工程于2019年9月10日開(kāi)工?；娱_(kāi)挖深度普遍為15.2 m，分四層開(kāi)挖。自2020 年6 月4 日開(kāi)挖第二層土方，至2020 年10 月6 日第四層土方開(kāi)挖結(jié)束，歷時(shí)4 個(gè)月。施工工況見(jiàn)表1。

表1 基坑施工工況表

自2020 年6 月4 日開(kāi)挖第二層土方開(kāi)始，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示基坑各項(xiàng)變形開(kāi)始加快發(fā)展。對(duì)此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于2020 年9 月4 日開(kāi)始，采取了若干應(yīng)急搶險(xiǎn)措施。監(jiān)測(cè)所得關(guān)鍵指標(biāo)，圍護(hù)墻體測(cè)斜變化速率由采取應(yīng)急搶險(xiǎn)措施前的月均4.71 mm/d 降至月均2.78 mm/d，低于圍護(hù)墻體測(cè)斜日變量警戒值。至2020 年10 月6 日第四層土方開(kāi)挖結(jié)束時(shí)，基坑變形速率已放緩，基本可以判定險(xiǎn)情結(jié)束。圍護(hù)墻體測(cè)斜在數(shù)個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化見(jiàn)圖4。

圖4 基坑圍護(hù)體深層水平位移（測(cè)斜）特征變化曲線圖

3 基坑變形原因分析及應(yīng)對(duì)措施

3.1 基坑變形原因分析

1776 年，Coulomb 提出了經(jīng)典的庫(kù)倫理論，根據(jù)不同墻面對(duì)應(yīng)的墻后土楔體處于極限平衡狀態(tài)時(shí)的受力平衡條件，假定破裂面形狀，依據(jù)極限狀態(tài)下破裂棱體的靜力平衡條件來(lái)確定土壓力[6]。當(dāng)基坑開(kāi)挖時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)荷載發(fā)生卸載，圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到土方接觸壓力即被動(dòng)土壓力的作用而產(chǎn)生向基坑內(nèi)變形的趨勢(shì)，當(dāng)位移產(chǎn)生后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的靜止土壓力逐步減小，逐步向主動(dòng)土壓力狀態(tài)發(fā)展。在二三層土方開(kāi)挖過(guò)程中，基坑變形增長(zhǎng)較快，特別是圍護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。對(duì)于基坑變形超出預(yù)警值的現(xiàn)象，判斷主要為以下幾點(diǎn)原因：①現(xiàn)場(chǎng)支撐、底板澆筑施工工期滯后，時(shí)空效應(yīng)導(dǎo)致基坑變形超過(guò)預(yù)期；②變形較大部位可能受車輛、施工堆載影響；③總包對(duì)分包單位缺乏有效管控，分包單位管理不善以及勞務(wù)人員配置嚴(yán)重不足。

3.2 基坑變形應(yīng)對(duì)措施

召開(kāi)基坑安全專家評(píng)審會(huì)議后，制定了如下四條應(yīng)急安全措施。

（1）若存在工程界面不清晰互相推諉的情況，所有專業(yè)分包單位無(wú)法或拒絕或進(jìn)度滯后的施工內(nèi)容均由總包單位負(fù)責(zé)施工。（2）盡快在已開(kāi)挖但還未形成墊層的區(qū)域?qū)嵤┯信浣顗|層，規(guī)格為（HRB400）10@150 單層雙向，鋼筋保護(hù)層控制在30～40 mm，將墊層混凝土強(qiáng)度標(biāo)號(hào)提高至C30，厚度為200 mm，采用預(yù)鋪反黏防水材料以減少工序時(shí)間。

（3）合理安排施工次序，要求已開(kāi)挖區(qū)域底板同時(shí)介入施工，底板流水作業(yè)未形成之前，未開(kāi)挖土方區(qū)域暫緩作業(yè)（采用中心盆式開(kāi)挖）。

（4）必要時(shí)24 h 作業(yè)，對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊保護(hù)對(duì)象采取應(yīng)急措施。盡快完成墊層施工以及底板澆筑施工，確保基坑及周邊環(huán)境安全。

在2020 年9 月4 日采取應(yīng)急安全措施后，圍護(hù)墻體測(cè)斜變化速率明顯減小，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 采取應(yīng)急措施前后圍護(hù)墻體測(cè)斜變化速率對(duì)比表

4 結(jié)論

由于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度滯后于計(jì)劃施工進(jìn)度，基坑變形超出預(yù)警值，采取了加快施工進(jìn)度、暫緩?fù)练介_(kāi)挖、提高墊層級(jí)配與設(shè)置配筋墊層等應(yīng)急措施后，基坑變形得到了有效控制?？煽偨Y(jié)出控制超大深基坑變形的要點(diǎn)包括：設(shè)計(jì)階段宜嚴(yán)格把控基坑安全等級(jí)與環(huán)境保護(hù)等級(jí)，本工程變形過(guò)大最早發(fā)生在基坑薄弱的臨公共綠地側(cè)；施工過(guò)程中，應(yīng)合理安排土方開(kāi)挖與支撐澆筑及時(shí)工序搭接，以減少基坑暴露時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

本工程為類似超大深基坑工程施工提供了幾點(diǎn)啟示：首先，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮超大深基坑變形的各類不利因素，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，減小其變形發(fā)展；其次，土方開(kāi)挖施工過(guò)程中，應(yīng)增加監(jiān)測(cè)頻率，保證監(jiān)測(cè)與施工間嚴(yán)密的聯(lián)動(dòng)，及時(shí)有效控制變形；此外，除應(yīng)編寫專門的基坑變形應(yīng)急搶險(xiǎn)預(yù)案外，還應(yīng)提前做好應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)、人員與物資的準(zhǔn)備，盡快采取有效措施控制基坑變形發(fā)展。