武漢某基坑開挖風(fēng)險控制分析

劉 勇，伊麗娟，張君仁

（1.山西大同大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，山西 大同 037003；2.大同煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 大同 037003）

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，地下空間的利用從嘗試階段走向廣泛利用階段，基坑工程的深度不斷加深，規(guī)模不斷增大，加之基坑工程自身隱蔽性、復(fù)雜性、不確定性等特點，使得其在工程建設(shè)中面臨的風(fēng)險也越來越大。深基坑工程在施工過程中一旦出現(xiàn)了事故，往往會造成巨大的經(jīng)濟損失，甚至是人員傷亡，從而對社會產(chǎn)生較大的不良影響[1]。因此，在深基坑工程的施工過程中，降低事故發(fā)生的概率、減小事故產(chǎn)生的損失，成為工程建設(shè)人員必須面對又急需重視的一個課題，風(fēng)險分析及控制為此提供了一條可行的途徑。

1 工程概況

武漢市某住宅樓主體由三棟25 層商住樓及二層整體裙房構(gòu)成，下設(shè)一層整體地下室。地下室面積8 118.9 m2。三棟高層各為點式樓，平面上總體構(gòu)呈“L”形，總高度80 m，建筑總占地面積2 902.7 m2?；?xùn)|西向長約100 m，南北向?qū)捈s96 m，基坑面積約為8 200 m2，±0.0相當于絕對標高21.55 m(黃海高程)。自然地面標高約為19.84～21.00 m。底板墊層底的標高是-5.85 m。基坑周邊絕大部分開挖深度按區(qū)段自然地面標高考慮，開挖深度為5.1～6.65 m。

場地在勘察深度范圍內(nèi)的地層依次為：1 雜填土，2-1 粘土，2-2 淤泥質(zhì)粘土，2-3 粘土夾粉土，3-1 細砂，3-2 粉砂，3-3 細砂，3-3a 粉質(zhì)粘土，3-3b細砂，4-1強風(fēng)化泥巖，4-2 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、礫巖。

場地地下水分上層滯水和下部層間孔隙承壓水。場地原為湖塘，上層滯水賦存在場地表層雜填土層中，地表排水及大氣降水是主要的補給方式，填土層透水性較好，水量有限。在進行詳細工程地質(zhì)勘察工作期間，測得水位埋深0～1.25 m，相當于標高19.19～20.50 m。場地南側(cè)馬路路面標高20.9 m，擬建筑物抗浮防水設(shè)防水位不應(yīng)小于此高程。粘性土層為相對隔水層?？紫冻袎核x存在砂層中，水量豐富，與長江水有密切水利聯(lián)系，呈互補互排關(guān)系，其水位受長江水位控制。勘察期間測得鉆探孔穩(wěn)定水位埋深3.4～5.3 m，相當于標高15.07～16.9 m。

2 基坑開挖風(fēng)險分析

2.1 深基坑事故原因

目前深基坑工程發(fā)生事故的概率具有增大的趨勢，調(diào)查資料顯示，既有技術(shù)的原因，也有人為的原因，可歸結(jié)為施工、設(shè)計、勘察、建設(shè)、監(jiān)理以及監(jiān)測等6個方面，其中施工和設(shè)計是導(dǎo)致基坑工程事故發(fā)生的主要原因，而施工是最主要的原因[2]。因此，施工過程中的風(fēng)險分析和控制就尤為重要。

2.2 基坑施工中存在風(fēng)險分析

利用事故樹法分析基坑開挖的風(fēng)險因素[3-5]，主要包括邊坡失穩(wěn)、變形、涌水涌砂、坑底隆起、基坑周邊地表沉降等[6-8]。風(fēng)險致因邏輯關(guān)系，見圖1。 本工程中，場地水文地質(zhì)和工程地質(zhì)條件復(fù)雜，上部填土、淤泥強度低，易發(fā)生觸變，粘性土強度較高但遇水易軟化，從而易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象，使得本基坑的施工難度加大，在施工過程中要嚴格控制各風(fēng)險因素，尤其是一些高發(fā)風(fēng)險因素[9]。

圖1 基坑開挖風(fēng)險致因邏輯關(guān)系

3 基坑施工的風(fēng)險預(yù)警與控制

3.1 設(shè)計方案及施工順序

本工程中，對于基坑的大部分開挖深度較淺，只有5.10 m 左右，且存在一定的放坡空間，采用“復(fù)合噴錨支護”的方式，即邊坡采用噴錨網(wǎng)支護，底部采用漿噴樁改良土質(zhì)并加固坡腳。對于開挖較深的局部地段，采用“樁錨支護”的方式，并輔以漿噴樁的加固措施。在基坑底部存在的深厚淤泥，有可能在開挖過程中影響到工程樁的安全，所以采用較大范圍的封底措施。具體采用“三管高壓旋噴樁”進行封底。

本基坑的支護工作主要包括支護樁、支護樁的冠梁、漿噴樁、三管高壓旋噴樁、噴錨網(wǎng)和錨桿等6個方面內(nèi)容，其施工順序如下：

（1）在工程樁施工的同時，施工支護樁、漿噴樁和三管高壓旋噴樁。由于本基坑面積較大，施工單位合理安排施工順序和施工場地，支護樁、漿噴樁和三管高壓旋噴樁不屬于關(guān)鍵線路上的關(guān)鍵工作，不另外占用施工時間。

（2）支護樁施工完畢，馬上掏挖溝槽，施工支護樁的冠梁。

（3）支護樁和冠梁、漿噴樁和三管高壓旋噴樁的施工均與工程樁同時進行，不另占用工期，并有足夠的養(yǎng)護時間。

（4）工程樁施工完畢后進行基坑開挖，在進行“分區(qū)分層”開挖的同時，施工噴錨網(wǎng)和錨桿。開挖和噴錨形成流水作業(yè)，保證在基坑開挖完畢三天內(nèi)完成支護施工。

3.2 基坑開挖

3.2.1 開挖原則

本基坑底部有深厚淤泥，為了保證基坑在開挖過程中的安全，嚴格按以下原則進行開挖：

（1）開挖前，支護樁必須保證28 天的養(yǎng)護期，漿噴樁必須保證60 天的養(yǎng)護期，三管高壓旋噴樁必須保證60天的養(yǎng)護期。

（2）采用“分層、分區(qū)”的開挖原則，也就是先開挖中間的大承臺，后開挖周邊的單樁承臺。

（3）根據(jù)“分層分區(qū)”的開挖原則，先開挖全場地表2.0 m 左右，此時可以施工周邊的噴錨網(wǎng)或土釘墻。

（4）分兩層開挖中間的三個大承臺，周邊單樁承臺上的土體形成斜坡盡量保留，作用是反壓坡腳，盡可能地減少深層滑移的發(fā)生。

（5）開挖完三個大承臺后，驗樁、支模板、扎鋼筋、澆筑大承臺的混凝土。

（6）開挖周邊的單樁承臺和兩樁承臺，施工周邊的噴錨網(wǎng)等支護工作，同時土建單位加快基礎(chǔ)的施工進度。

3.2.2 分層分區(qū)開挖

在基坑開挖的過程中，如果一次開挖深度過大，土壓力的釋放速度過快，那么就很有可能使邊坡的安全受到較大的影響，綜合考慮各因素后，將基坑分三層進行開挖。采用機械開挖，并輔以人工掏挖。第三層開挖為掏挖承臺，采取機械或人工的開挖方式。

基坑開挖層數(shù)及開挖深度，見表1。

根據(jù)支護長度，將整個支護區(qū)段分為東、南、西、北四段，進行分段流水施工作業(yè)。

表1 基坑開挖層數(shù)及開挖深度

3.3 信息化監(jiān)測

由于場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件較差，周邊建筑復(fù)雜，在基坑開挖的施工過程中，采用信息法施工，即采用多種方法手段、多種儀器設(shè)備進行聯(lián)合監(jiān)測，制定監(jiān)測時間表，并嚴格按照該表格實施監(jiān)測工作，發(fā)現(xiàn)異常及時分析并查找原因，同時縮短監(jiān)測周期，增加監(jiān)測的頻率，待異常解除后重新制定監(jiān)測時間表。通過這樣的信息化監(jiān)測，既可以保證該基坑工程在施工過程中的安全性，又可以確保其順利完成，

將測量、測試及目測這三種手段結(jié)合起來進行監(jiān)測，首先對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，將受外界因素干擾的及人為操作錯誤等的數(shù)據(jù)剔除掉，然后對剩余的數(shù)據(jù)進行綜合分析，從而提供精準的、可信的、科學(xué)的監(jiān)測數(shù)據(jù)?；庸こ痰谋O(jiān)測項目，見表2。

表2 基坑工程的監(jiān)測項目

在坡頂大約每25 m 設(shè)置1 個水平位移監(jiān)測點，在基坑四周每邊設(shè)置2 個測孔以監(jiān)測深層土體位移，周邊每個建筑物至少設(shè)置2個監(jiān)測點監(jiān)測傾斜和裂縫。

該基坑從 2010年05月14日開工，到 7月底完工。根據(jù)基坑的開挖進度安排，選取5月15日至6月15日的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。根據(jù)6月15日的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，場地東南中部偏南測點C07 累計沉降32.3 mm，6月14日上午10 時至6月15日上午 9 時的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，其變化速率為4.2 mm/d，累積沉降和變化速率都超過了警戒值（累積沉降警戒值為30 mm，速率警戒值為4 mm/d），見圖2。6月13日的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，場地西側(cè)偏南的位置深層土體位移監(jiān)測點T01 累計向基坑內(nèi)偏移的最大值為41.6 mm，變化量最大點發(fā)生在5.0 m處，位移速率為5.1 mm/d，均超過警戒值（土體測斜絕警戒值為40 mm，位移速率警戒值為5 mm/d），見圖3。此外，后方土體向坑內(nèi)有輕微的滑移。

圖2 C07測點5月15日至6月15日土體沉降

圖3 T01測孔5月16日至6月13日土體變形

3.4 基坑變形控制措施及效果

場地以高壓縮性的淤泥質(zhì)粘性土為主，地質(zhì)條件不良。在進行分層開挖的過程中，處于開挖面以下部分的土體不能提供足夠的被動土壓力進行抵抗，隨著基坑內(nèi)土體的持續(xù)開挖，使得變形較大，且未能有效地組織土方開挖。

在對一個多月的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計后，針對個別監(jiān)測點的變形量達到或超過預(yù)警值進行了分析，在后續(xù)的施工過程中，為了能夠有效地減小變形量，需嚴格按照施工組織的方案實施土方開挖并及時支護；并采取一系列的處理措施，如增加預(yù)加設(shè)計軸力值、縮短監(jiān)測周期，增加監(jiān)測次數(shù)，將監(jiān)測信息及時有效的進行反饋等，有效地控制了基坑的變形，使其變形的累計值控制在43 mm，累計沉降值控制在50.8 mm。本基坑出現(xiàn)的深層輕微滑移，及時采取了在主動區(qū)挖土卸載并在坡腳施工杉木樁的措施，使其得以有效控制，沒有進一步擴大。同時在施工過程中及時進行原材料的復(fù)驗、施工工藝和工序完整流暢，以保證其施工質(zhì)量。

4 結(jié)論與建議

（1）造成基坑工程事故的最主要原因是施工和設(shè)計。

（2）長江中下游地區(qū)場地多為淤泥、淤泥質(zhì)土等土質(zhì)較差的軟土，在基坑開挖的施工過程中，往往會產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)、變形、涌水涌砂、坑底隆起、基坑周邊地表沉陷等風(fēng)險。

（3）通過對武漢案例基坑工程的分析，針對基坑變形過大、深層輕微滑移風(fēng)險，采用一系列及時有效的處理措施，使其得以有效控制。