軟土深大基坑工程建設(shè)的施工風(fēng)險(xiǎn)及管理預(yù)控研究

黃鑫琢 張浩然 王麗平 雷寬文

中鐵南方投資集團(tuán)有限公司 廣東 深圳 518054

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，城市建設(shè)步伐不斷的加快，開(kāi)發(fā)和利用城市地下空間已成為城市朝著更好更快發(fā)展目標(biāo)前進(jìn)的一條必經(jīng)之路。深大基坑工程作為開(kāi)發(fā)和利用城市地下空間的重要環(huán)節(jié)，正在向“越來(lái)越差”的工程地質(zhì)環(huán)境區(qū)域延伸。在此背景下，大量軟土深大基坑工程正在建設(shè)或已經(jīng)建成。然而，軟土深大基坑工程施工過(guò)程中涉及基坑工程的圍護(hù)和開(kāi)挖問(wèn)題極其復(fù)雜，基坑涌水涌砂、坍塌等風(fēng)險(xiǎn)事故時(shí)有發(fā)生。

我國(guó)軟土大多為淤泥、淤泥質(zhì)土和淤泥質(zhì)粉細(xì)砂，主要分布在東南沿海地區(qū)，含水率較高，孔隙比較大，屬高壓縮性土，抗剪強(qiáng)度低，透水性差，具有高靈敏性、強(qiáng)吸附力、明顯的流變等特性。然而，基坑工程多處于城市繁華區(qū)域，受施工環(huán)境和地質(zhì)條件影響很大，導(dǎo)致基坑工程差異性極大，具有很強(qiáng)的區(qū)域性，軟土深大基坑的施工不僅要保證基坑自身的穩(wěn)定和安全，還要保證周圍建筑物的安全和正常使用。另外，深大基坑工程涉及范圍廣，工程技術(shù)復(fù)雜，事故頻繁，風(fēng)險(xiǎn)性較大，因此在施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并提高和重視工程施工管理過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控。為有效預(yù)控軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，本文根據(jù)深圳、佛山、福州等沿海城市軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理現(xiàn)狀，總結(jié)了一些軟土深大基坑工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的有益措施及施工管理的經(jīng)驗(yàn)，以期為類似軟土深大基坑工程施工的建設(shè)管理提供一定的參考。

2 軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)分析

軟土深大基坑工程安全質(zhì)量問(wèn)題類型很多，事故發(fā)生的原因往往是多方面的，事故的表現(xiàn)形式也具有多樣性。在水土壓力作用下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式不同，破壞形式也有差異。滲流可能引起流土、流砂、突涌，甚至造成破壞。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大及地下水流失而引起周圍建（構(gòu)）筑物及地下管線破壞也屬基坑工程風(fēng)險(xiǎn)事故。依據(jù)軟土深大基坑工程可能導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)事故形式，風(fēng)險(xiǎn)可分為基坑周邊環(huán)境破壞風(fēng)險(xiǎn)、基坑支護(hù)體系破壞風(fēng)險(xiǎn)、土體滲透破壞風(fēng)險(xiǎn)、其他因素的破壞風(fēng)險(xiǎn)等幾類。

風(fēng)險(xiǎn)事故中的各種變形彼此相互關(guān)聯(lián)，在控制某一種變形時(shí)，需同時(shí)考慮與其相互關(guān)聯(lián)的變形的控制。下面針對(duì)不同施工階段軟土深大基坑工程主要風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 軟土加固處理階段

軟土深大基坑開(kāi)挖前一般要對(duì)土體進(jìn)行改良加固，通常采用三軸水泥攪拌樁的方式進(jìn)行加固。水泥攪拌樁施工期可能導(dǎo)致土體產(chǎn)生變形，從而致使周圍建（構(gòu)）筑物及地下管線破壞，在作業(yè)時(shí)也存在機(jī)械傾覆、機(jī)械傷害等風(fēng)險(xiǎn)。另外，若成樁質(zhì)量不符合設(shè)計(jì)要求，將給后續(xù)施工埋下諸多隱患。

2.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段

軟土深大基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁等，成槽或成孔施工時(shí)均可能引發(fā)周邊土體水平方向變形及豎向沉降。因設(shè)計(jì)漏算地面堆土、行駛機(jī)械、運(yùn)輸車輛、堆放材料等附加荷載，或施工失當(dāng)，也會(huì)造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)向基坑內(nèi)側(cè)產(chǎn)生位移，從而導(dǎo)致墻（樁）后地面沉降、附近房屋開(kāi)裂、管線損壞等風(fēng)險(xiǎn)事故。施工時(shí)，若發(fā)生槽（孔）壁坍塌、墻（樁）體夾泥、槽段墻體接頭處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致灌注樁與截水旋噴樁間結(jié)合不嚴(yán)密、鉆孔咬合樁咬合不佳等風(fēng)險(xiǎn)情況。軟土深大基坑開(kāi)挖時(shí)易產(chǎn)生土體流變現(xiàn)象，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，坑底易產(chǎn)生回彈隆起，墻體接頭處、樁間易產(chǎn)生流砂、涌水、突泥等風(fēng)險(xiǎn)事故，遇承壓水甚至還可能產(chǎn)生突涌危險(xiǎn)。

2.3 基坑降排水階段

基坑降排水階段，由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量及截水帷幕未進(jìn)入隔水層等問(wèn)題，地下水會(huì)產(chǎn)生自坑外向坑內(nèi)的繞流。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)降水產(chǎn)生壓力差后，墻（樁）又可能會(huì)發(fā)生側(cè)移，從而引發(fā)坑外地面和建（構(gòu)）筑物的沉降。

2.4 基坑土方開(kāi)挖階段

軟土深大基坑開(kāi)挖時(shí)，坑內(nèi)開(kāi)挖卸荷，造成坑內(nèi)外壓力差，在支撐安裝不及時(shí)、土方開(kāi)挖方案不合理、坑外荷載過(guò)大及開(kāi)挖時(shí)坑內(nèi)土體流變等因素的作用下，墻（樁）可能會(huì)產(chǎn)生水平位移，從而導(dǎo)致地表下沉、臨近建（構(gòu)）筑物沉降變形。此外，開(kāi)挖方案不合理還會(huì)導(dǎo)致坑內(nèi)土體滑移?？拥椎鼗休d力不足、墻（樁）插入深度小、墻（樁）踢腳、坑底開(kāi)挖減載土體回彈、地下水自坑外向坑內(nèi)的繞流及基坑地下水、承壓水的上揚(yáng)壓力等，也易引發(fā)基坑底部隆起，從而致使基坑周邊環(huán)境、基坑支護(hù)體系等產(chǎn)生破環(huán)風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 基坑使用階段

當(dāng)基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)坑底標(biāo)高進(jìn)入基坑使用階段后，坑邊堆土堆料、坑外動(dòng)荷載，墻（樁）間滲漏、坑外堵漏注漿壓力過(guò)大及土體流變等因素，也易帶來(lái)地表下沉、臨近建（構(gòu)）筑物變形等風(fēng)險(xiǎn)。

2.6 支撐拆除階段及地下水位恢復(fù)階段

違背設(shè)計(jì)提前拆除支撐、不按設(shè)計(jì)要求換撐、主體結(jié)構(gòu)外墻與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間回填土不密實(shí)等，均可能引發(fā)圍護(hù)墻（樁）產(chǎn)生水平位移，從而導(dǎo)致地表下沉、臨近建（構(gòu)）筑物沉降變形等風(fēng)險(xiǎn)事故。另外，若在主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度還未達(dá)到停止抽降承壓水的條件時(shí)停止抽降承壓水，可能導(dǎo)致基坑底板上浮，增大坑底隆起量，對(duì)工程樁造成不利影響。當(dāng)基坑停止降水時(shí)，若已施工的地下結(jié)構(gòu)的重量小于地下水的浮力，也可能會(huì)引發(fā)地下結(jié)構(gòu)的上浮風(fēng)險(xiǎn)。

3 軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)

3.1 軟土加固技術(shù)措施

軟土深大基坑開(kāi)挖前一般要對(duì)土體進(jìn)行改良加固，坑內(nèi)采用抽條加固，地面至基坑底部采取弱加固，基底以下3～5m采取強(qiáng)加固。為保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，導(dǎo)墻兩側(cè)亦需要加固。加固形式通常采用攪拌樁、旋噴樁等成樁工藝作為軟土加固措施，使用水泥作為固化材料對(duì)土體進(jìn)行處理，以達(dá)到改善土體物理力學(xué)指標(biāo)的目的，提高土體的抗剪強(qiáng)度，增強(qiáng)土體抵抗變形的能力，既可有效抑制圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形也可增強(qiáng)基坑底抗隆起變形的能力，還可作為墻（樁）間止水措施。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量控制技術(shù)措施

軟土深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常采用地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁等形式，其施工質(zhì)量會(huì)對(duì)工程整體質(zhì)量和安全產(chǎn)生直接的影響。因此，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，也是軟土深基坑施工期風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵。對(duì)于地下連續(xù)墻，應(yīng)將成槽施工、泥漿制備、槽段接頭施工、鋼筋籠吊裝等作為關(guān)鍵控制項(xiàng)目；對(duì)于鉆孔灌注樁，應(yīng)將成樁施工質(zhì)量及外側(cè)截水帷幕施工質(zhì)量作為關(guān)鍵控制項(xiàng)目；對(duì)于鉆孔咬合樁，應(yīng)將樁孔定位及成樁質(zhì)量作為關(guān)鍵控制項(xiàng)目。

3.3 降水措施

據(jù)深圳、福州及佛山等地區(qū)軟土深大基坑的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，采用真空井點(diǎn)降水效果較佳，其控制要點(diǎn)：

（1）真空井點(diǎn)降水應(yīng)在基坑開(kāi)挖前15-30天或更早進(jìn)行，以保證有效降低開(kāi)挖土體中的含水量，確?；娱_(kāi)挖施工的順利進(jìn)行。

（2）根據(jù)開(kāi)挖進(jìn)度，井內(nèi)水位應(yīng)控制在基坑開(kāi)挖面以下一定深度內(nèi)，在真空疏干井正式抽水前，監(jiān)測(cè)單位應(yīng)及早施工坑外潛水位觀測(cè)孔。一般情況下，真空井點(diǎn)基本保持24 小時(shí)連續(xù)抽水，出現(xiàn)降水異常時(shí)，根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

（3）真空井點(diǎn)降水宜采用超級(jí)壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)。超級(jí)壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)為集送氣系統(tǒng)與真空抽水系統(tǒng)為一體的不間斷式抽水系統(tǒng)，其中每3～5口井可配備1臺(tái)真空泵，預(yù)抽水期間真空管路的真空度大于-0.06MPa。

3.4 注漿技術(shù)

注漿技術(shù)在基坑風(fēng)險(xiǎn)控制中有如下兩方面的應(yīng)用：

（1）用于止水防滲、堵漏。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻（樁）間出現(xiàn)局部漏水現(xiàn)象時(shí)，為了防止周圍地基水土流失，應(yīng)馬上采用注漿技術(shù)進(jìn)行處理；坑底突涌在回填反壓后采用注漿技術(shù)亦可得到有效抑制。

（2）用于提高基坑周邊環(huán)境抵抗變形能力的保護(hù)性加固措施。該應(yīng)用又有注漿預(yù)加固及跟蹤注漿加固之分。注漿預(yù)加固一般在保護(hù)建（構(gòu)）筑物的側(cè)面和底部設(shè)置注漿管，在基坑開(kāi)挖前對(duì)其土體主動(dòng)進(jìn)行注漿加固。跟蹤注漿加固則是在基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)鄰近建（構(gòu)）筑物變形超過(guò)容許值的現(xiàn)象時(shí)對(duì)建筑物進(jìn)行的注漿加固處理。其可根據(jù)變形發(fā)展情況，實(shí)時(shí)調(diào)整注漿位置和注漿量，有效控制保護(hù)對(duì)象的變形。但需要注意的是，注漿所產(chǎn)生的壓力會(huì)給基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)帶來(lái)一定的影響，所以在注漿時(shí)應(yīng)注意控制注漿壓力及注漿進(jìn)度，以防對(duì)基坑支護(hù)帶來(lái)新的危害。

3.5 鋼支撐軸力伺服技術(shù)

鋼支撐軸力伺服技術(shù)采用鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)，是一種集監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)補(bǔ)償控制于一體的基坑支護(hù)技術(shù)。軸力伺服系統(tǒng)的作用是主動(dòng)調(diào)整支撐軸力，減少預(yù)加應(yīng)力的損失，在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，迅速地使基坑內(nèi)外受力達(dá)到平衡，保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，從而達(dá)到控制基坑變形的目的。

4 施工風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急管理措施

4.1 應(yīng)急準(zhǔn)備

軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生往往具有突發(fā)性，及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)，對(duì)控制風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)展具有十分重要的意義，因此提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備很有必要。針對(duì)軟土深大基坑常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)事故類型，為保證發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故后第一時(shí)間能迅速進(jìn)行應(yīng)急搶險(xiǎn)，每個(gè)獨(dú)立基坑工程施工現(xiàn)場(chǎng)均應(yīng)配備常用應(yīng)急物資設(shè)備。

4.2 應(yīng)急措施

（1）基坑變形超過(guò)預(yù)警值時(shí)，應(yīng)停止開(kāi)挖，分析原因，根據(jù)分析結(jié)果制定控制措施。

（2）周邊地表或建筑物變形速率急劇加大，基坑有失穩(wěn)趨勢(shì)時(shí)，宜采取卸載、局部或全部回填反壓，待穩(wěn)定后再進(jìn)行加固處理。

（3）坑底隆起變形過(guò)大時(shí)，應(yīng)采取坑內(nèi)加載反壓、調(diào)整開(kāi)挖分區(qū)、實(shí)行分部開(kāi)挖、及時(shí)澆筑快硬混凝土墊層等措施。

（4）坑外地下水位下降速率過(guò)快引起周邊建(構(gòu))筑物與地下管線沉降速率超過(guò)警戒值，應(yīng)調(diào)整抽水速度，減緩地下水位下降速度或采用回灌措施。

（5）圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水、流土?xí)r，可采用坑內(nèi)引流、封堵或坑外快速注漿的方式進(jìn)行堵漏。情況嚴(yán)重時(shí)應(yīng)立即回填，再進(jìn)行處理。

（6）開(kāi)挖底面出現(xiàn)流砂、管涌時(shí)，應(yīng)立即停止挖土施工，并根據(jù)情況分別采取相應(yīng)措施。

（7）坑底突涌時(shí)，應(yīng)查明突涌原因，采取針對(duì)性措施進(jìn)行處理。

5 結(jié)論

為了提高軟土深大基坑工程施工的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控水平，對(duì)軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)分析，并提出了風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵技術(shù)及風(fēng)險(xiǎn)事故應(yīng)急管理措施，得到了如下結(jié)論：

（1）軟土深大基坑工程是復(fù)雜、變化的系統(tǒng)工程，在不同的施工階段都存在較高的施工風(fēng)險(xiǎn)。

（2）軟土深大基坑工程地下水的危害不容忽視，大部分風(fēng)險(xiǎn)事故都直接或間接與地下水有關(guān)，有必要加深對(duì)地下水滲流規(guī)律的研究，加強(qiáng)對(duì)地下水的管理。

（3）應(yīng)急管理在軟土深大基坑工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控中很有必要，應(yīng)提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備，制定各類風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)處置方案，一旦發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事故，能立即實(shí)施有效搶險(xiǎn)。

（4）強(qiáng)化系統(tǒng)思維，從技術(shù)管理兩方面強(qiáng)化預(yù)控措施，是可以實(shí)現(xiàn)軟土深大基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)控的。