深基坑工程的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素分析及預(yù)控措施

王 軍

（1.上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會(huì)科學(xué)技術(shù)委員會(huì)辦公室， 上海 200032；2.上海建瓴工程咨詢(xún)有限公司， 上海 200032）

0 引 言

近年來(lái)，上海地區(qū)的基坑工程呈現(xiàn)出“深、大、緊、近”的特點(diǎn)，即：開(kāi)挖深度深，面積大，緊鄰用地紅線，近臨房屋、管線、地鐵等基礎(chǔ)設(shè)施。加之上海地區(qū)深厚軟土地層條件，使得深基坑工程成為建設(shè)工程中的高風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域。雖然深基坑工程引發(fā)的重大安全事故得到了有效的遏制，基坑工程本身的安全性得到了較好保證，但是由深基坑施工而引發(fā)的周邊環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件卻頻發(fā)。房屋沉降、傾斜、開(kāi)裂、斷水、斷電、馬路沉陷等，給周邊市民的正常生活和出行帶來(lái)了不便，甚至造成財(cái)產(chǎn)損失，產(chǎn)生了較大的社會(huì)影響，甚至引發(fā)社會(huì)穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)事件。因此，針對(duì)深基坑工程環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件，全面分析深基坑工程各階段環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素，采取針對(duì)性預(yù)控措施，降低周邊環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)，成為深基坑建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等各方高度重視的問(wèn)題。

1 深基坑工程環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件及風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 對(duì)周邊建筑物的影響

深基坑工程對(duì)周邊建筑物影響的風(fēng)險(xiǎn)事件通常為整體沉降、傾斜或開(kāi)裂。建筑物發(fā)生整體沉降雖然對(duì)于結(jié)構(gòu)沒(méi)有太大的破壞，但會(huì)影響其使用功能，且一旦遇到暴雨天氣，極有可能會(huì)造成屋內(nèi)積水。建筑物發(fā)生傾斜或開(kāi)裂致使建筑物遭受破壞，嚴(yán)重的情況下造成危房甚至建筑的報(bào)廢，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失。如果居住建筑、學(xué)校建筑發(fā)生整體沉降、傾斜或開(kāi)裂，需要疏散居民和學(xué)生，會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)影響，甚至可能由此引發(fā)社會(huì)穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)事件。由深基坑工程導(dǎo)致周邊建筑物損壞的風(fēng)險(xiǎn)事件案例很多，不僅造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，而且容易造成極惡劣的社會(huì)影響。

1.2 對(duì)周邊管線及地鐵的影響

深基坑工程對(duì)周邊管線影響的風(fēng)險(xiǎn)事件主要是“五大”管線的損壞和斷裂。“五大”管線指的是給水、排水、煤氣、電信和電力管線，肩負(fù)著城市給水、排水、供氣、供電、通訊等重要工作。深基坑施工時(shí)若措施不當(dāng)，施工引起管道的附加縱向拉應(yīng)力超過(guò)管體的縱向強(qiáng)度時(shí)，會(huì)使管道發(fā)生開(kāi)裂、斷裂，引發(fā)泄露、滲漏，造成質(zhì)量安全事故。例如：給水管可能引發(fā)供水中斷和路面塌陷，污水管可能會(huì)出現(xiàn)環(huán)境污染，煤氣管道還可能出現(xiàn)爆炸等事故。類(lèi)似的事故并不鮮見(jiàn)。

此外，深基坑工程造成的鄰近地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)裂縫、錯(cuò)臺(tái)、滲漏、管片變形等風(fēng)險(xiǎn)事件也有發(fā)生，影響了地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。嚴(yán)重情況下需停運(yùn)地鐵交通進(jìn)行加固和修復(fù)，社會(huì)影響巨大。對(duì)越江隧道、駁岸、防汛墻、共同溝等的影響風(fēng)險(xiǎn)事件也時(shí)有發(fā)生。

因此，降低上述環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)，減少風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，詳細(xì)分析引起環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的因素是關(guān)鍵，必須采取有針對(duì)性的預(yù)控措施。一般來(lái)講，環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件往往伴隨著工程質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)事件而發(fā)生。根據(jù)筆者多年的參與深基坑工程咨詢(xún)?cè)u(píng)審和安全質(zhì)量事故處理的經(jīng)驗(yàn)，除了施工階段的風(fēng)險(xiǎn)因素，在規(guī)劃階段、勘察階段、方案設(shè)計(jì)階段也存在引起風(fēng)險(xiǎn)事件的因素。深基坑環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素貫穿于規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)和施工各個(gè)階段。

2 常見(jiàn)的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素

2.1 規(guī)劃方案階段的風(fēng)險(xiǎn)因素

為了追求地下空間開(kāi)發(fā)的利益最大化，在規(guī)劃方案階段，往往對(duì)深基坑實(shí)施過(guò)程中對(duì)周邊建筑物、管線和市政基礎(chǔ)設(shè)施的影響風(fēng)險(xiǎn)重視不足，對(duì)可能受影響對(duì)象的保護(hù)要求和影響承受能力，缺少必要的分析和研究。致使地下室結(jié)構(gòu)外邊線與用地紅線距離非常接近甚至小于規(guī)劃允許的最小值，開(kāi)發(fā)深度也較大，基坑距離保護(hù)對(duì)象的距離則更近，甚至有時(shí)連圍護(hù)結(jié)構(gòu)的布置和施工機(jī)械的操作都存在困難。增加了設(shè)計(jì)和施工的難度，深基坑實(shí)施過(guò)程中對(duì)周邊建筑物的影響風(fēng)險(xiǎn)不言而喻。

2.2 勘察和環(huán)境調(diào)查階段的風(fēng)險(xiǎn)因素

2.2.1 地下障礙物探摸不準(zhǔn)

工程建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常碰到場(chǎng)地中有廢棄的工程樁、地下室等情況。若前期勘察沒(méi)有準(zhǔn)確探摸，待圍護(hù)樁(墻)實(shí)施遇到時(shí)再行清除，清障引起的土體擾動(dòng)往往會(huì)引發(fā)周邊被保護(hù)對(duì)象的沉降、傾斜等，甚至超過(guò)開(kāi)挖造成的影響。例如上海市靜安區(qū)某基坑工程設(shè)計(jì)采用地下連續(xù)墻圍護(hù)。周邊鄰近有地鐵區(qū)間隧道及老舊的多層居民房屋。地下連續(xù)墻施工至東側(cè)遇有 7 根長(zhǎng)約 31 m 的廢棄灌注樁與其位置重疊。不得已采取拔樁方式處理，導(dǎo)致鄰近居民房屋在短期內(nèi)發(fā)生了較明顯變形，房屋多處墻體產(chǎn)生貫穿裂縫，結(jié)構(gòu)損壞，多處存在危險(xiǎn)點(diǎn)。

2.2.2 周邊環(huán)境條件調(diào)查不深

根據(jù) DGJ/TJ 08—61—2010《上海市基坑工程技術(shù)規(guī)程》要求，“根據(jù)基坑周邊環(huán)境對(duì)附加變形的承受能力確定基坑的變形控制標(biāo)準(zhǔn)”。當(dāng)基坑周邊環(huán)境條件沒(méi)有明確的變形控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，方可參照規(guī)程提供的指標(biāo)確定基坑變形控制指標(biāo)。實(shí)際上，設(shè)計(jì)往往在沒(méi)有掌握保護(hù)對(duì)象詳細(xì)的調(diào)查資料或檢測(cè)資料的情況下，按照規(guī)程提供的環(huán)境保護(hù)等級(jí)進(jìn)行變性控制，忽略了建筑物既有的沉降和傾斜情況。此外，實(shí)際上前期相鄰工程施工已經(jīng)對(duì)鄰近地下管線產(chǎn)生了較大的影響。由于不掌握情況，在實(shí)際施工時(shí)，雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和管線控制變形滿(mǎn)足預(yù)先估計(jì)，而周邊管線卻產(chǎn)生了開(kāi)裂、滲漏等現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。

2.3 方案設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)因素

2.3.1 應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)條件的措施不力

上海地區(qū)廣泛存在著較厚的砂性土和粉性土。尤其是吳淞江故道區(qū)域，普遍存在②3層砂性土層。其滲透性強(qiáng)，對(duì)圍護(hù)樁(墻)的成樁質(zhì)量有較大的影響，極易發(fā)生鉆孔坍塌和槽壁坍塌情況。如果設(shè)計(jì)未采取針對(duì)性的確保成樁質(zhì)量的措施，當(dāng)開(kāi)挖深度范圍內(nèi)存在砂性、粉性較重的土層時(shí)，發(fā)生圍護(hù)滲漏的概率就會(huì)非常高，甚至引發(fā)流砂、管涌，威脅周邊環(huán)境安全。

2.3.2 對(duì)“時(shí)空效應(yīng)”的重視不夠

基坑工程時(shí)空效應(yīng)雖然在規(guī)范中未有明確的定量化要求，但鄰近地鐵的深大基坑工程的實(shí)踐證明，將大基坑在鄰近地鐵區(qū)域劃分為小基坑，加快施工速度，對(duì)控制地鐵隧道的變形有很好的效果。由于受制于工程費(fèi)用和和工期要求，也沒(méi)有明確的強(qiáng)制要求，深基坑設(shè)計(jì)往往寧可損壞后修復(fù)、賠償，也不愿分區(qū)圍護(hù)的情況較多，導(dǎo)致深大基坑因施工時(shí)間長(zhǎng)、坑底隆起大等對(duì)周邊建筑和管線產(chǎn)生了較大影響。

2.3.3 對(duì)施工的可操作性考慮不足

設(shè)計(jì)往往從圍護(hù)結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，按最終狀態(tài)考慮，忽視深基坑施工過(guò)程中的操作性問(wèn)題。對(duì)是否有利于挖土、是否有利于及時(shí)施加支撐、是否有利于快速形成墊層等往往考慮不足。認(rèn)為這是施工的問(wèn)題，致使施工無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)提出的“嚴(yán)禁超挖、快速支撐、不得大面積暴露”的要求，引發(fā)圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，造成對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。例如上海市長(zhǎng)寧區(qū)某基坑面積約 15 757 m2，開(kāi)挖深度約 20 m；坑內(nèi)沿豎向設(shè) 4 道鋼筋混凝土水平支撐，東西兩側(cè)增加上、下豎向斜撐。由于向下的豎向斜撐既不利于挖土也不利于及時(shí)架設(shè)，施工時(shí)間長(zhǎng)且開(kāi)槽相當(dāng)于超挖，因此對(duì)周邊產(chǎn)生了非常大的影響且影響范圍超過(guò)預(yù)期。東側(cè)居民住宅最大沉降34.6 mm，房屋裂縫、裂紋有明顯發(fā)展，周邊水管、煤氣管也發(fā)生過(guò)爆裂現(xiàn)象。

2.3.4 對(duì)施工過(guò)程產(chǎn)生的變形估計(jì)不足

設(shè)計(jì)階段根據(jù)一些計(jì)算分析手段得到的對(duì)環(huán)境影響的預(yù)估經(jīng)驗(yàn)值，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制提出了一些要求。由于沒(méi)有考慮建筑物是否已經(jīng)存在沉降、傾斜和裂縫情況，提出的建筑物變形控制標(biāo)準(zhǔn)往往比實(shí)際承受能力大；而根據(jù)上海地區(qū)深基坑工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)提出的圍護(hù)變形控制標(biāo)準(zhǔn)往往比實(shí)際產(chǎn)生的變形小。兩者疊加，常常發(fā)生周邊建筑物傾斜、結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的情況，嚴(yán)重的則產(chǎn)生了危險(xiǎn)點(diǎn)。

2.4 施工階段的風(fēng)險(xiǎn)因素

施工階段的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件與施工安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)事件相伴而生。因此，此階段的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)因素也就是質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)因素。對(duì)此，上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑工程施工質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)管理指南》中有詳細(xì)的闡述，例如風(fēng)險(xiǎn)事件包括：分槽段壁面大量土體坍方、墻體接頭縫夾泥與滲漏、鋼支撐失穩(wěn)、承壓水突涌、土體大面積滑坡、基坑底部出現(xiàn)流砂現(xiàn)象、基坑底部土體隆起、清障措施不到位等。同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施也給出了明確的建議。關(guān)于施工階段的風(fēng)險(xiǎn)事件案例眾多，在這里不作一一詳述。

3 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施

3.1 綜合統(tǒng)籌規(guī)劃地下空間開(kāi)發(fā)利用規(guī)模

在項(xiàng)目規(guī)劃階段，對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)利用，除了項(xiàng)目自身的功能需求和地下空間的有效利用外，尚應(yīng)結(jié)合周邊的環(huán)境條件、現(xiàn)有工程技術(shù)水平、社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)等因素，綜合考慮地下空間的開(kāi)發(fā)深度和面積。對(duì)于重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，包括軌道交通、越江隧道、電力隧道、共同溝等，應(yīng)征詢(xún)相關(guān)權(quán)屬單位的意見(jiàn)，明確保護(hù)要求；對(duì)于周邊建筑，尤其是居民區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等敏感建筑，可結(jié)合社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定深基坑與周邊環(huán)境的距離及鄰近保護(hù)對(duì)象一側(cè)的開(kāi)挖深度，進(jìn)而為后期設(shè)計(jì)和施工降低風(fēng)險(xiǎn)創(chuàng)造條件。

3.2 開(kāi)展深入細(xì)致的環(huán)境調(diào)查和評(píng)估

在工程的前期階段，對(duì)周邊房屋、管線和市政基礎(chǔ)設(shè)施開(kāi)展深入細(xì)致的調(diào)查，并對(duì)保護(hù)對(duì)象的現(xiàn)狀情況進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于調(diào)查范圍，應(yīng)結(jié)合深基坑工程的開(kāi)挖面積和深度確定。一般要求在開(kāi)挖深度的 2～3 倍的范圍；對(duì)于開(kāi)挖面積大、深度深的基坑宜擴(kuò)大到 4 倍于開(kāi)挖深度的范圍。對(duì)于調(diào)查內(nèi)容和深度，除了位置、基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)形式、相互關(guān)系外，對(duì)重要性程度、鄰近區(qū)域先期的建筑活動(dòng)等，要依據(jù)基坑的環(huán)境保護(hù)等級(jí)及周邊房屋、設(shè)施的重要程度而有所側(cè)重，但至少應(yīng)對(duì)周邊房屋已有的沉降、傾斜和裂縫情況進(jìn)行調(diào)查和檢測(cè)。根據(jù)《深基坑工程技術(shù)規(guī)程》要求，對(duì)于優(yōu)秀歷史建筑，尚應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)和鑒定。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位和保護(hù)對(duì)象的權(quán)屬單位應(yīng)共同對(duì)被保護(hù)對(duì)象承受基坑影響的能力進(jìn)行評(píng)估。必要時(shí)可邀請(qǐng)相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)家參與評(píng)估，進(jìn)而為工程設(shè)計(jì)人員確定深基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)，以及是否采取相應(yīng)的保護(hù)措施提供依據(jù)。

此外，在前期階段，應(yīng)調(diào)查清楚鄰近區(qū)域是否存在多個(gè)基坑工程，協(xié)調(diào)相互的施工順序和各自需要采取的工程技術(shù)措施。避免先施工的基坑完全不考慮后者，后者也不考慮前期已有的影響，而導(dǎo)致后續(xù)深基坑的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)增大、矛盾增加的情況發(fā)生。

3.3 采取安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的方案

在規(guī)劃確定的地下空間開(kāi)發(fā)條件、主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求以及前期環(huán)境調(diào)查和評(píng)估的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)應(yīng)采取安全可靠、技術(shù)先進(jìn)的方案。一是對(duì)深基坑工程實(shí)施產(chǎn)生的變形應(yīng)有充分的估計(jì)，適當(dāng)提高深基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)，不能以不發(fā)生坍塌事故作為風(fēng)險(xiǎn)防范的標(biāo)準(zhǔn)。例如對(duì)于周邊無(wú)樁基的淺基礎(chǔ)民房、醫(yī)院和學(xué)校建筑等，按重要建筑考慮保護(hù)等級(jí)。二是采取擾動(dòng)小、質(zhì)量得到保證的先進(jìn)的施工工藝和設(shè)備。如在砂性地層中，采用全回轉(zhuǎn) CD 機(jī)施工灌注樁、銑槽機(jī)施工地下連續(xù)墻；變形控制度極高的工程采用伺服式支撐系統(tǒng)等。三是認(rèn)真對(duì)待時(shí)空效應(yīng)。在鄰近保護(hù)對(duì)象一側(cè)，可將深大基坑分區(qū)圍護(hù)成利于快速施工的小基坑。四是采取必要的主動(dòng)保護(hù)措施。如加深隔水帷幕隔斷承壓含水層，在深基坑和保護(hù)對(duì)象之間設(shè)置隔離樁(墻)，事先對(duì)建筑物進(jìn)行樁基加固，施工過(guò)程中重要管線要挖出并做懸吊保護(hù)等。五是設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮施工可操作性和便利性問(wèn)題。六是充分運(yùn)用專(zhuān)家資源，通過(guò)專(zhuān)家在工程實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，為設(shè)計(jì)方案選擇、技術(shù)應(yīng)用和保護(hù)措施等提出意見(jiàn)和建議。

3.4 確保施工質(zhì)量

如前所述，深基坑工程施工過(guò)程的中的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)事件，往往會(huì)導(dǎo)致環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件。因此，針對(duì)可能發(fā)生的安全質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)事件，采取針對(duì)性的預(yù)控措施，也是降低環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控措施。上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《建設(shè)工程施工質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)管理指南》中有詳細(xì)的闡述。例如對(duì)基坑開(kāi)挖過(guò)程中大面積滑坡的風(fēng)險(xiǎn)事件，指南中給出了 6 點(diǎn)預(yù)控措施，即：邊坡的斜率必須依據(jù)邊坡土體的實(shí)際物理力學(xué)指標(biāo)和特性進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算而定；確保降水的實(shí)施質(zhì)量，使水位降至預(yù)定的要求；土體加固嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求實(shí)施；在影響邊坡穩(wěn)定的范圍內(nèi)，不準(zhǔn)進(jìn)行其他施工作業(yè)，避免由于施工作業(yè)而擾動(dòng)邊坡的土體；一般不在影響邊坡穩(wěn)定的范圍內(nèi)堆載棄土；可采取地基加固技術(shù)措施，改良邊坡土質(zhì)。

3.5 準(zhǔn)備針對(duì)性應(yīng)急預(yù)案

任何風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控措施也難以完全避免風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。因此，需要針對(duì)工程特點(diǎn)和周邊環(huán)境特點(diǎn)，根據(jù)事先分析的風(fēng)險(xiǎn)因素和可能的風(fēng)險(xiǎn)事件，準(zhǔn)備針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，以便在風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生時(shí)能及時(shí)啟動(dòng)，來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)事件的進(jìn)一步擴(kuò)展，將風(fēng)險(xiǎn)事件產(chǎn)生的環(huán)境影響降低到最小。

4 結(jié) 語(yǔ)

上海地區(qū)的深基坑工程引發(fā)的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，總體上呈現(xiàn)越來(lái)越突出的趨勢(shì)。通過(guò)深刻認(rèn)識(shí)環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)事件，深入分析規(guī)劃、勘察、設(shè)計(jì)、施工各階段的風(fēng)險(xiǎn)因素，做好各階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取針對(duì)性的預(yù)防控制措施，保證投入。加之技術(shù)的進(jìn)步，深基坑工程引發(fā)的環(huán)境影響風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題將會(huì)得到有效的控制，社會(huì)穩(wěn)定的風(fēng)險(xiǎn)也將降低到最小。

[1]劉國(guó)彬,王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)(第二版)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

[2] DG/TJ 08—61—2010,深基坑工程技術(shù)規(guī)程[S].