吳 雋

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模不斷增大，這將導(dǎo)致城市土地資源日趨緊張。因此，地下空間的開發(fā)和利用變得越來越重要。地下空間的開發(fā)和利用將面臨深基坑支護(hù)難度大、地下空間施工環(huán)境復(fù)雜、須對周邊道路管線及建筑物實(shí)施保護(hù)等問題。珠三角地區(qū)大范圍處于軟土地區(qū)，土層含水量高、強(qiáng)度低，基坑開挖時(shí)易產(chǎn)生蠕變和剪切破壞，加上部分區(qū)域土層含有夾砂層，易產(chǎn)生流砂、管涌等問題。

深基坑工程常應(yīng)用于城市密集建筑群中，施工中需嚴(yán)格保護(hù)主干道路、鄰近建筑物和地下管線等。因此，進(jìn)行深基坑施工需嚴(yán)格做好相關(guān)施工保障措施，否則極易在施工過程中產(chǎn)生險(xiǎn)情。

雖然目前進(jìn)行深基坑施工的有效手段越來越多[1]，但在實(shí)際施工中還是會(huì)遇到許多突發(fā)狀況。

近年來深基坑事故頻發(fā)[2-3]，給人民的生產(chǎn)生活帶來了極大的不利影響。因此，本文研究了深基坑工程施工過程中開裂變形險(xiǎn)情發(fā)生的原因和險(xiǎn)情發(fā)生后采取的應(yīng)對措施，這對實(shí)現(xiàn)施工過程中深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定及險(xiǎn)情預(yù)防等具有十分重要的指導(dǎo)作用和參考價(jià)值。本文將以地質(zhì)條件差、周邊環(huán)境復(fù)雜的某大型深基坑工程險(xiǎn)情事件及處理措施為例，分享相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)。

1 基坑概況

1.1結(jié)構(gòu)概況

本基坑面積約為2.5萬 m2，基坑開挖深度為15.80 m，基坑支護(hù)周長為930 m。本基坑安全等級為一級，基坑重要性系數(shù)為1.1，鄰近地鐵一側(cè)環(huán)境等級為一級，其余位置基坑環(huán)境等級為二級。支護(hù)結(jié)構(gòu)采用“灌注樁＋內(nèi)支撐”形式。灌注樁直徑為1 200～1 400 mm，入巖深度不小于2 m。

1.2地質(zhì)水文概況

根據(jù)本工程地勘報(bào)告，了解到地質(zhì)分布情況如下：回填素土厚度約3 m，淤泥質(zhì)土厚度約40 m?；娱_挖深度約15.8 m，開挖深度范圍內(nèi)的土層包括黏性素填土和淤泥質(zhì)土。其物理性質(zhì)為①層黏性素填土：灰黃色，濕-很濕，松散，由粉質(zhì)黏土組成，含少量砂及碎石塊，填埋時(shí)間小于5年。②層淤泥質(zhì)土：深灰色，流塑，具臭味，含少量腐殖質(zhì)，局部含較多粉細(xì)砂及貝殼屑，局部為淤泥，有機(jī)質(zhì)含量1%～4%。

地下水位較淺，初見水位埋深0.8～2.9 m（黃海高程2.10～3.75 m）。地下水環(huán)境類型屬Ⅱ類，地層滲透性類別屬A類。通過采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)判別法進(jìn)行判別，判別結(jié)果表明場地的液化等級屬“嚴(yán)重”。

1.3周邊環(huán)境

本基坑北側(cè)為雙向8車道主干道（正在進(jìn)行綜合管廊施工）；西側(cè)為一期標(biāo)段正在施工主樓，地下室已施工完成，一、二期地下室共用一堵墻；南側(cè)為已投入使用的主干道；東側(cè)為正在施工的地鐵站，如圖1所示。

圖1 基坑周邊環(huán)境平面

2 基坑險(xiǎn)情及應(yīng)急搶險(xiǎn)

2.1基坑險(xiǎn)情描述

由于場地范圍內(nèi)地基土質(zhì)非常差、支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理以及在場地開挖后遭遇較大強(qiáng)降雨，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完畢后，基坑開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，但裂縫寬度仍處于可控范圍內(nèi)，現(xiàn)場繼續(xù)進(jìn)行土方開挖。

之后，基坑C點(diǎn)附近第1道支撐梁與冠梁之間裂縫突然明顯加大，裂縫寬度約20 mm，如圖2所示。

圖2 基坑第1道撐C點(diǎn)附近裂縫

同時(shí)，基坑CDE段、FGH段支護(hù)樁在基坑底以上0.8～2.5 m位置出現(xiàn)大量裂縫，最寬裂縫達(dá)25 mm，如圖3所示。

圖3 支護(hù)樁裂縫

9座區(qū)域第2道板撐a點(diǎn)局部開裂，如圖4所示。

圖4 9座a點(diǎn)支撐梁開裂

8座H點(diǎn)附近冠梁開裂，支護(hù)樁也出現(xiàn)豎向裂縫，如圖5所示。

圖5 8座H點(diǎn)冠梁及樁開裂

后續(xù)險(xiǎn)情又有所發(fā)展：

1）在第1、第2道板撐靠近冠梁附近出現(xiàn)明顯裂縫。

2）深基坑周邊地表沉降超過100 mm，最大值達(dá)149 mm，設(shè)計(jì)控制值為30 mm。

3）場地內(nèi)設(shè)置水位監(jiān)測點(diǎn)24個(gè)，7座附近W1—W8監(jiān)測點(diǎn)水位下降均超過6 m；9座設(shè)W9—W16監(jiān)測點(diǎn)，其中有1個(gè)監(jiān)測點(diǎn)下降至超報(bào)警值1 m；8座設(shè)W17—W24監(jiān)測點(diǎn)，其中有2個(gè)測點(diǎn)下降超報(bào)警值1 m；監(jiān)測報(bào)警值為1 m，控制值為1.5 m。

4）支撐結(jié)構(gòu)立柱共設(shè)31個(gè)豎向位移監(jiān)測點(diǎn)，7、9座立柱測點(diǎn)的豎向位移均為向上，并超過控制值30 mm，最大豎向位移41.5 mm；8座立柱也為向上位移，最大位移為13 mm。監(jiān)測位移報(bào)警值為25 mm，控制值為30 mm。

5）基坑C點(diǎn)附近第1道支撐梁與冠梁之間出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，支撐梁的監(jiān)測力均為壓力，第1、第2道撐最大壓力分別為3 856、4 821 kN；隨著時(shí)間推移，有超過60%的第1道支撐梁逐漸出現(xiàn)拉力，而第2道撐受力均為壓力。第1、2道撐報(bào)警控制值分別為5 390、7 700 kN和9 100、13 000 kN。

6）支護(hù)樁上部水平位移測點(diǎn)42個(gè)，位移方向均向坑內(nèi)，最大位移39 mm，有3個(gè)測點(diǎn)超控制值30 mm，有2個(gè)測點(diǎn)超報(bào)警值25 mm；監(jiān)測位移報(bào)警值為25 mm，控制值為30 mm。

7）支護(hù)樁上部水平位移測點(diǎn)26個(gè)，豎向位移均向上，最大位移48.8 mm，有12個(gè)測點(diǎn)超控制值30 mm，有2個(gè)測點(diǎn)超報(bào)警值25 mm；監(jiān)測位移報(bào)警值為25 mm，控制值為30 mm。

2.2應(yīng)急搶險(xiǎn)

從發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情以來，施工現(xiàn)場迅速啟動(dòng)了相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，主要應(yīng)對措施如下：

1）參建各方當(dāng)天就組織召開了險(xiǎn)情分析及應(yīng)對會(huì)，協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)應(yīng)對險(xiǎn)情。

2）根據(jù)以往關(guān)于基坑險(xiǎn)情處理研究[4-5]，基坑底部堆載反壓能夠有效降低土體對結(jié)構(gòu)的土壓力，從而達(dá)到加強(qiáng)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的目的。本案例中采取了該方法對支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。首先暫停險(xiǎn)情區(qū)域土方開挖，并用沙袋、袋裝混凝土堆載在支護(hù)樁底部，對支護(hù)樁進(jìn)行反壓，以穩(wěn)定支護(hù)樁。

3）對已開挖至底板底的9座D點(diǎn)角部迅速采用C30水下混凝土進(jìn)行澆筑，以穩(wěn)定周邊土體及支護(hù)樁。

通過以上應(yīng)急措施，基坑險(xiǎn)情得到了控制，但基坑是否安全、能否繼續(xù)挖土仍需進(jìn)一步研判。

3 主要險(xiǎn)情原因分析

3.1第1道撐C點(diǎn)附近裂縫

當(dāng)C點(diǎn)附近出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，該點(diǎn)附近土方已挖至底板底以上，標(biāo)高約為－9.3 m，支撐梁另一端E點(diǎn)附近由于為出土道路，標(biāo)高約為3.5 m，兩點(diǎn)之間大部分土方已挖至約－8.3 m處。

當(dāng)時(shí)測得該區(qū)域支撐梁為受壓狀態(tài)，壓力最大值為1 200 kN，控制值為7 700 kN；從裂縫分布看，該裂縫沿著支撐梁與冠梁交接邊分布；該處為第1道撐角部，應(yīng)力集中，為薄弱部位，破壞最為嚴(yán)重，往兩邊逐漸減輕。

從以上分析可知，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是由于受到挖土量不同的影響，DE邊出土坡道中的土體和支撐結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)為DE邊提供支撐力，從而減小了因主動(dòng)土壓力給支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來的影響。

而DC段受挖土方量影響較大，支護(hù)結(jié)構(gòu)受到了較大主動(dòng)土壓力，從9座支撐梁均受到壓力也可得以驗(yàn)證。而支撐梁與冠梁截面相差較大，可知其剛度相差較大，當(dāng)受到土壓力作用時(shí)，剛度較小的冠梁部位出現(xiàn)裂縫。當(dāng)裂縫發(fā)展到一定程度后，9座區(qū)域的板撐作為一個(gè)整體相應(yīng)地進(jìn)行內(nèi)力重分配，將C點(diǎn)支撐梁的力分配到相鄰板撐上，由此裂縫發(fā)展得以減緩。

3.2第2道撐a點(diǎn)附近裂縫

因材料吊裝需要，在a點(diǎn)附近開設(shè)了一約4 m×8 m的洞口（圖6），致使該處支撐板傳力不連續(xù)，在a點(diǎn)處應(yīng)力集中，支撐梁受壓崩裂。施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)開裂后立即將該處材料洞口用鋼筋混凝土封堵恢復(fù)，此后該處裂縫得以穩(wěn)定，不再發(fā)展。

圖6 開裂點(diǎn)a位置

有研究[6]表明，開洞口將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降，在洞口短邊或轉(zhuǎn)角處出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。為了能夠進(jìn)一步比較板開孔對支撐梁薄弱位置應(yīng)力集中方面的影響，采用Abaqus有限元分析軟件對該部位進(jìn)行模擬分析，得出a點(diǎn)應(yīng)力變化如圖7所示。

圖7 開洞口前后a點(diǎn)位置應(yīng)力

從圖7可知：開洞口后，對結(jié)構(gòu)施加同樣大小荷載時(shí)，a點(diǎn)應(yīng)力最大值為30 195.43 Pa，為不開孔的41.53倍。因此對已建結(jié)構(gòu)板開洞口作為吊料口將大幅度增大薄弱部位的應(yīng)力，降低結(jié)構(gòu)承載能力，從而產(chǎn)生裂縫，影響結(jié)構(gòu)的安全使用。

3.3冠梁H點(diǎn)附近裂縫

當(dāng)挖去8座支撐結(jié)構(gòu)下土方后，內(nèi)支撐受到側(cè)向土體壓應(yīng)力作用增大，而二期地下室已完成（支撐結(jié)構(gòu)剛度較大），支撐FGH截面相對于冠梁截面大得多，因此兩期支撐結(jié)構(gòu)交界處出現(xiàn)薄弱部位（圖8）。在受到壓應(yīng)力時(shí)該處首先出現(xiàn)了裂縫。在此處的灌注柱也發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，導(dǎo)致樁產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)豎向裂縫。

圖8 開裂點(diǎn)H位置

崩裂之后沒有進(jìn)一步發(fā)展，是因?yàn)檎麄€(gè)支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生內(nèi)力重分配，處于暫時(shí)平衡狀態(tài)，需加快底板及主體結(jié)構(gòu)施工。

3.4第1、第2道板撐靠近冠梁裂縫

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的主要原因是冠梁與內(nèi)支撐梁板的剛度相差較大，在受到主動(dòng)土壓力作用下，剛度較小的冠梁會(huì)首先產(chǎn)生裂縫，同時(shí)將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力重分布，之后土壓力由支護(hù)樁和內(nèi)支撐上的板承擔(dān)，結(jié)構(gòu)暫時(shí)趨于穩(wěn)定。

3.5水位下降

水位下降的主要原因是在土壓力作用下，基坑側(cè)壁滲水、流砂嚴(yán)重，未能及時(shí)進(jìn)行有效封堵，造成基坑外側(cè)水位下降嚴(yán)重。

3.6地表下沉

地表下沉主要有3個(gè)原因：基坑外周邊水位下降，原生土體受到支護(hù)樁成形過程中的施工荷載作用而破壞，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降；隨著土方的持續(xù)開挖，場內(nèi)外水頭差不斷增大，導(dǎo)致了地下水夾雜著土體發(fā)生流砂現(xiàn)象；該地區(qū)為沖積平原，且原多為魚塘、水田，土質(zhì)較差，時(shí)間長了出現(xiàn)自然下沉。

3.7支撐結(jié)構(gòu)立柱、圍護(hù)樁向上位移

由于基坑外側(cè)土體下降增大了基坑下部土體的壓應(yīng)力，同時(shí)隨著基坑土方的不斷開挖，水壓力不斷增大，兩者的共同作用導(dǎo)致支護(hù)樁產(chǎn)生了向上的豎向位移。

3.8支撐梁拉壓力

支撐梁一般而言是承受壓力的，因其要支撐基坑外側(cè)土體傳來的主動(dòng)土壓力。

第1道支撐梁出現(xiàn)拉力，主要是因?yàn)橹ёo(hù)樁底部坑內(nèi)土質(zhì)較差，無法承受坑外土體傳來的土壓力，造成支護(hù)樁底部向坑內(nèi)傾斜，支護(hù)樁頂部向坑外傾斜的“踢腳”現(xiàn)象，最終導(dǎo)致支撐梁承受拉力。

3.9支護(hù)樁體裂縫

支護(hù)樁裂縫大多出現(xiàn)在第2道板撐與底板底之間的中下部位，這是因?yàn)榈?道板撐與底板底土體相當(dāng)于支護(hù)樁的支座，支護(hù)樁相當(dāng)于連續(xù)梁，基坑外側(cè)土方梯形壓力作用于支護(hù)樁上，且底板底土體較差，實(shí)際起支座作用的位置應(yīng)在底板底下方，所以支護(hù)樁裂縫會(huì)出現(xiàn)在第2道板撐與底板底之間的中下部位。

4 后險(xiǎn)情應(yīng)對措施

在險(xiǎn)情初期，實(shí)施相應(yīng)的應(yīng)急搶險(xiǎn)措施后，根據(jù)險(xiǎn)情的發(fā)展情況，為確?；拥陌踩瑓⒔ǜ鞣讲扇×艘幌盗械谋Ｕ洗胧?，包括加強(qiáng)監(jiān)測、分區(qū)塊施工、坑外注漿止水和增加基坑拋撐等。

4.1加強(qiáng)監(jiān)測及數(shù)據(jù)處理

調(diào)整和完善監(jiān)測方案，提高監(jiān)測頻率，每天兩測。

5月份出現(xiàn)基坑險(xiǎn)情后，施工現(xiàn)場人員及時(shí)在支護(hù)樁底堆載了沙袋及袋裝水泥，并停止樁周邊的土方開挖。但之前累積的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示基坑周邊地表、管線、水位沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形均較大，持續(xù)超出報(bào)警值和控制值。為此，項(xiàng)目組織專家進(jìn)行研判，專家認(rèn)為采取應(yīng)急措施后基坑數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，變形數(shù)據(jù)可歸零重新累積，但需保留歸零前數(shù)據(jù)，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)從7月23日起歸零重新計(jì)算。

從7月23日起，陸續(xù)開展樁底反壓區(qū)以外的土方開挖及底板澆筑，基坑的監(jiān)測數(shù)據(jù)開始出現(xiàn)較大的變形值，多處監(jiān)測值超出報(bào)警值及控制值，至10月完成鋼拋撐施工后，基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。為此，項(xiàng)目組織專家進(jìn)行研判，并從11月20日起將變形數(shù)據(jù)歸零重新累積。

4.2分區(qū)塊施工

將地下室底板劃分為若干塊，各相鄰分塊間隔施工，即施工某一分塊時(shí)，相鄰兩塊不得施工。

4.3基坑外注漿止水

對滲水嚴(yán)重的基坑側(cè)壁，在基坑外側(cè)引孔高壓注漿，修復(fù)原旋噴樁止水帷幕。

4.4增加基坑拋撐

在基坑支護(hù)樁開裂較嚴(yán)重的8/9座區(qū)域，增加鋼拋撐以加固支護(hù)樁，防止繼續(xù)開裂。

5 結(jié)語

通過上文的論述及分析，對基坑的安全管控需要注意以下幾點(diǎn)：

1）在了解到基坑地質(zhì)條件差（場地開挖范圍內(nèi)含有淤泥質(zhì)土且場地液化等級為“嚴(yán)重”）的條件下，應(yīng)對特殊部位加密勘探，并采取有效的應(yīng)對措施來降低對支護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力。

2）在深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過程中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)突變情況，以免出現(xiàn)應(yīng)力集中，影響支護(hù)結(jié)構(gòu)安全性，需加強(qiáng)基坑支護(hù)的施工質(zhì)量管控。

3）在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫后，采用了反壓堆載和基底封灌等處理措施，有效地阻止了險(xiǎn)情的進(jìn)一步發(fā)展，對軟弱土質(zhì)條件下的深基坑施工和險(xiǎn)情處理具有十分重要的指導(dǎo)作用。

4）險(xiǎn)情穩(wěn)定后，采取了加強(qiáng)監(jiān)測、分區(qū)分塊施工、基坑外注漿止水和增加基坑拋撐等保障措施，進(jìn)一步提高了基坑險(xiǎn)情發(fā)生后的安全保障。在今后深基坑施工前還需做好應(yīng)急預(yù)案，備好應(yīng)急物資，密切監(jiān)測基坑安全并及時(shí)響應(yīng)。