軟土地區(qū)超大深基坑盆式開(kāi)挖的變形控制*

朱緒偉 杜佐龍 卜凡 國(guó) 衣書(shū)磊 景奉強(qiáng)

1. 中建八局第一建設(shè)有限公司 濟(jì)南 250100；2. 中建八局技術(shù)中心 上海 200120

1 工程概況

本案例基坑開(kāi)挖面積約為70 000 m2，基坑普遍開(kāi)挖深度為11.9 m，最大開(kāi)挖深度15.5 m，該基坑開(kāi)挖面積大、深度深，施工影響范圍廣。圍護(hù)設(shè)計(jì)采用鉆孔灌注樁+2 道混凝土內(nèi)支撐的圍護(hù)形式，基坑總延長(zhǎng)約1 270 m，總土方量超80萬(wàn)m3；基坑臨時(shí)支撐與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合，利用中心島主體結(jié)構(gòu)作為支撐體系的一部分，整體采用盆式開(kāi)挖，留設(shè)三級(jí)坡坡體土護(hù)壁?；拥钠矫妗⑵拭娌贾萌鐖D1、圖2所示。

場(chǎng)地自地表至坑底深度范圍內(nèi)所揭露的土層主要由飽和的黏性土、淤泥質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土組成，缺失上海地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層第⑥層硬土層和第⑦層粉砂層，土層分布如圖3所示，基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

圖1 基坑平面示意

圖2 基坑剖面示意

基坑變形發(fā)生持續(xù)報(bào)警時(shí)，中心區(qū)域金鐘路側(cè)土方基本開(kāi)挖完畢（圖中最內(nèi)側(cè)曲線(xiàn)為土方開(kāi)挖坡底邊線(xiàn)），中心島基礎(chǔ)底板完成65%（圖中陰影區(qū)域）當(dāng)時(shí)工況如圖5所示。由于數(shù)日的強(qiáng)降雨，在基坑北側(cè)和南側(cè)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形突然增大，基坑多處位移監(jiān)測(cè)值出現(xiàn)變形速率報(bào)警，周邊路面開(kāi)裂，局部1 道支撐開(kāi)裂。

圖3 土層剖面示意

圖4 基坑監(jiān)測(cè)布置

圖5 基坑變形持續(xù)報(bào)警時(shí)工況

典型監(jiān)測(cè)點(diǎn)為P19（圍護(hù)樁測(cè)斜點(diǎn)），選取地表處（0.00 m）、開(kāi)挖深度一半位置處（深度=6.0 m）和坑底處（深度=11.5 m）處的側(cè)向位移時(shí)間歷程曲線(xiàn)，如圖6所示，3 個(gè)位置處的變形趨勢(shì)基本一致（頂部變形速率稍大）。

圖6 P19監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間-水平位移監(jiān)測(cè)

在經(jīng)歷了6月16日至17日的強(qiáng)降雨后，金鐘路一側(cè)的土體移動(dòng)進(jìn)入劇烈變化區(qū)，土體側(cè)向位移迅速增大，在采取一系列的基坑變形控制措施后，土體變形明顯趨緩，至6月28日，基坑變形基本趨于平穩(wěn)。

2 基坑變形控制措施

2.1 應(yīng)急響應(yīng)

（a）立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，成立應(yīng)急指揮小組， 由設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位領(lǐng)導(dǎo)、監(jiān)理單位領(lǐng)導(dǎo)、施工單位的企業(yè)層面、政府相關(guān)監(jiān)督部門(mén)以及專(zhuān)家顧問(wèn)團(tuán)組成，統(tǒng)一協(xié)調(diào)技術(shù)措施及組織現(xiàn)場(chǎng)施工[1]；

（b）成立應(yīng)急執(zhí)行小組，主要由施工、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)單位的項(xiàng)目管理人員組成，24 h輪班，明確相應(yīng)人員的職責(zé)分工；

（c）立即停止中心島土方開(kāi)挖，馬上召開(kāi)應(yīng)急會(huì)議（6月16日～6月25日，連續(xù)召開(kāi)應(yīng)急會(huì)議10 次，討論制定各項(xiàng)變形控制措施逾20 條）。

2.2 信息化管理

（a）監(jiān)測(cè)單位加密監(jiān)測(cè)頻率，每6 h監(jiān)測(cè)1次，固定時(shí)間上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后直接在電腦上導(dǎo)出，快速便捷，為現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家顧問(wèn)及技術(shù)人員及時(shí)提供數(shù)據(jù)。

（b）為了確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無(wú)誤，另外增加一家第三方監(jiān)測(cè)單位，使得雙方數(shù)據(jù)相互對(duì)比印證，結(jié)果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合，保證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（c）現(xiàn)場(chǎng)施工人員全部信息化指導(dǎo)施工，能在第一時(shí)間直接獲取技術(shù)措施。

2.3 主要措施及實(shí)施效果

（a）土方停止開(kāi)挖，并將所有臨時(shí)邊坡采取厚100 mm C20噴射細(xì)石混凝土，內(nèi)配Φ6.5 mm@200 mm×200 mm鋼筋噴錨護(hù)坡（含水率較大處先灑1 層快干水泥），避免邊坡土體暴露。 噴錨完成后立即覆蓋塑料薄膜和彩條布，防止雨水直接對(duì)坡體沖刷。

（b）已暴露底板墊層全部改為配筋加厚墊層Φ14 mm@200 mm×200 mm（可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有鋼筋調(diào)整），并在12 h內(nèi)澆筑完成。 其中，含水率高的部位滿(mǎn)鋪竹笆2 遍再澆筑，墊層為厚200 mm混凝土。

（c）全面采取人海戰(zhàn)術(shù)，組織24 h施工底板防水、管樁灌芯、鋼筋綁扎等各工序，最短時(shí)間內(nèi)完成已暴露區(qū)底板結(jié)構(gòu)（從墊層澆筑完成至基礎(chǔ)底板混凝土澆筑完成，每個(gè)區(qū)域平均7 d時(shí)間）。鋼筋支架使用鋼管替代。

（d）晝夜場(chǎng)內(nèi)外裂縫封堵，直接灌注干粉砂漿或者快干水泥（雨天原因），然后灌注瀝青。

（e）靠近基坑側(cè)半幅路面全面封閉，禁止車(chē)輛行駛，減少動(dòng)荷載的影響。

（f）三級(jí)坡下方有電梯井位置，坡腳位置打松木樁，樁長(zhǎng)6 m，樁徑15 cm，分2 排樁施工，前后排間距1 m，每排樁間距0.5 m。前后樁錯(cuò)開(kāi)成折線(xiàn)形布置，樁頂露出土面60 cm，木樁施工完成后使用50 mm×100 mm方木將所有木樁頂部連接，使得局部形成四級(jí)坡區(qū)域，邊坡穩(wěn)定得到保證。

（g）基坑三級(jí)坡坡底設(shè)置底板傳力帶，將三級(jí)坡與已經(jīng)施工完成中心島基礎(chǔ)大底板直接連接，使得三級(jí)坡蠕動(dòng)及下滑得到控制。

（h）基坑南側(cè)變形最大2#棧橋兩側(cè)，在此對(duì)應(yīng)位置底板上做厚600 mm鋼筋混凝土擋砂墻，進(jìn)行砂壩堆載，堆載高度至二級(jí)坡坡頂，穩(wěn)住整個(gè)基坑南側(cè)的變形（圖7、圖8）。

圖7 棧橋示意

圖8 加固示意

（i）在北翟路圍護(hù)樁外側(cè)增設(shè)13口坑外降水井，井距15 m，井深12 m，采用Φ273 mm鋼管，成孔Φ650 mm。降水水位控制在孔口以下8 m位置，以減小基坑堆載從而緩解基坑變形。

（j）增設(shè)鋼斜撐，鋼斜撐基礎(chǔ)完成，連續(xù)3 d測(cè)斜數(shù)據(jù)，超過(guò)6 mm時(shí)立即安裝。

（k）支撐梁裂縫集中位置，在支撐梁上增設(shè)加強(qiáng)板以增加整體剛度，防止支撐受剪破壞。

（l）使用28a#槽鋼對(duì)支撐、棧橋鋼格構(gòu)立柱樁全數(shù)進(jìn)行剪刀撐焊接加固；增強(qiáng)支撐系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

（m）基坑邊所有上水管改為明管，以防變形過(guò)大水管爆裂。

（n）一級(jí)坡坡頂全部采用配筋混凝土硬化（Φ4 mm冷拔絲成品網(wǎng)片），厚度100 mm，防止坡頂水分滲入到土體內(nèi)，降低土體含水率。

3 結(jié)語(yǔ)

（a）城市深基坑工程是一項(xiàng)重大風(fēng)險(xiǎn)源工程，基坑風(fēng)險(xiǎn)在設(shè)計(jì)這塊所占比例較大，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要，必須重視“臨界設(shè)計(jì)”所導(dǎo)致的施工風(fēng)險(xiǎn)[7]。本案例利用裙邊堆土作支護(hù)的盆式開(kāi)挖方式，在中心島施工階段，由于未能形成支撐系統(tǒng)而基坑變形極大，加上軟土受雨水等外界因素干擾大，土體自身穩(wěn)定性不易保證，加劇了基坑變形的發(fā)展。

（b）強(qiáng)化深基坑評(píng)審：建質(zhì)[2009]87號(hào)文《危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理辦法》中將基坑支護(hù)與降水工程在七大類(lèi)工程中排第一位，同時(shí)要求實(shí)施前編制切實(shí)可行的各專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)方案，其中應(yīng)急預(yù)案必須引起高度重視。

（c）由于基坑工程是一個(gè)整體，因此，建設(shè)單位在考慮發(fā)包模式時(shí)，不宜將工程樁、圍護(hù)施工、基坑降水、土方開(kāi)挖等分項(xiàng)工程分別發(fā)包，整體發(fā)包顯然對(duì)工程安全更有利。

（d）復(fù)雜條件下的深基坑工程，尤其是周邊分布有重要管線(xiàn)和地鐵以及處于鬧市區(qū)的深基坑工程，必須針對(duì)深基坑的安全風(fēng)險(xiǎn)源，制定相應(yīng)完善的應(yīng)急預(yù)案和搶險(xiǎn)物資的準(zhǔn)備，以備不時(shí)之需。

（e）信息化施工是復(fù)雜條件下的深基坑施工中必不可少的環(huán)節(jié)，當(dāng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、管線(xiàn)位移的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)警時(shí)，應(yīng)立即加大監(jiān)測(cè)頻率并組織設(shè)計(jì)、施工技術(shù)人員進(jìn)行研究和分析，做到信息的實(shí)時(shí)收集—整理—分析—遞交—反饋—處置。

在本案例中，應(yīng)急預(yù)案的可行性以及應(yīng)急物資的儲(chǔ)備到位在變形控制關(guān)鍵階段得到了有力的保障，信息化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是判定施工措施效果和決定下一步施工方法的重要依據(jù)，也是本案例在基坑持續(xù)變形能夠獲得成功的關(guān)鍵因素。