復(fù)雜環(huán)境下深基坑安全因素分析及應(yīng)用★

潘 明 根

(1.上海久岸置業(yè)有限公司，上海 200031; 2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心，上海 200433)

1 工程概況

1.1 工程簡介

本項(xiàng)目位于上海市徐匯區(qū)，項(xiàng)目由于地鐵建設(shè)需要，將東側(cè)Ⅰ區(qū)地下部分作為地鐵車站出入口，共設(shè)3個(gè)出口，先行施工并投入使用。后期本項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，需要面臨對車站的保護(hù)，以及地鐵車站出入口大量客流的安全防護(hù)。

本工程基坑面積約7 800 m2，分為兩個(gè)區(qū)域，其中基坑面積約2 050 m2的地下兩層結(jié)構(gòu)為地鐵代建區(qū)域。目前已施工完畢，且已投入運(yùn)營。本次建設(shè)區(qū)域?yàn)棰騾^(qū)，共設(shè)置3層地下室結(jié)構(gòu)，今后地下2層區(qū)域與地鐵站廳層連通，基坑普遍區(qū)開挖深度15.4 m。

1.2 周邊環(huán)境

本基坑?xùn)|側(cè)與地鐵站廳結(jié)構(gòu)銜接，Ⅱ區(qū)地下室距離地鐵隧道下行線外邊線最近約34.6 m，處于地鐵保護(hù)50 m范圍界限內(nèi)。

基坑南、西、北三側(cè)均為居民住宅，均采用淺基礎(chǔ)形式，地下室外墻距離用地紅線約6 m～12 m。

2 地下工程施工安全因素分析

2.1 深基坑施工安全因素

從深基坑施工角度，本工程存在以下安全風(fēng)險(xiǎn)因素：

1)地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。本工程開挖范圍內(nèi)存在厚度達(dá)到12 m的軟弱土層，土強(qiáng)度低，易擾動，在基坑開挖時(shí)易產(chǎn)生變形。另外間歇存在③夾層，該層易滲水，并可能產(chǎn)生流砂現(xiàn)象，對于基坑施工較為不利。

2)與車站共墻的風(fēng)險(xiǎn)。a.圍護(hù)搭接不良產(chǎn)生滲漏及涌土。Ⅰ期已完成地下室施工，經(jīng)資料比對及與施工人員深入了解，部分資料與竣工圖有一定差別，尤其是Ⅰ期地墻接頭未甩出，新老地墻銜接位置無法有效搭接，容易出現(xiàn)滲漏及涌土現(xiàn)象。b.共墻段配筋不足產(chǎn)生破壞。Ⅱ期借用Ⅰ期分隔墻作為圍護(hù)墻，但該墻體僅0.8 m厚，而Ⅰ期及Ⅱ期除分隔墻外其余墻體厚度均達(dá)到1 m厚，工況上的不同及受力模式的不同很容易造成共墻段配筋不足。

3)長時(shí)間停工風(fēng)險(xiǎn)。本工程處于居民區(qū)，居民對于工程的施工有著較強(qiáng)的反感心理，在對外關(guān)系處理不當(dāng)時(shí)，極易引發(fā)停工風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)樁體被上拔的瞬間，樁體因周圍射流與底緣之間出現(xiàn)空隙，空隙無法及時(shí)補(bǔ)氣，此時(shí)易產(chǎn)生負(fù)壓，會使樁體底緣處的水壓力脈動性增強(qiáng)，產(chǎn)生下吸力。樁底下吸力參照《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 74—95）中，閘門底緣部分的平均下吸強(qiáng)度20 kN/m2計(jì)算，則樁底下吸力P為4 kN。

另外，工程建設(shè)期處于上海進(jìn)博會召開之際，在此期間也存在停工風(fēng)險(xiǎn)。但深基坑停工極易引發(fā)自身及周邊安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 周邊環(huán)境安全因素

1)地鐵車站、隧道區(qū)間變形風(fēng)險(xiǎn)。地鐵車站,尤其是隧道對于變形極為敏感，車站與隧道軟硬接口極易變形，隧道管片與管片之間由于差異沉降引發(fā)的錯臺也容易引起隧道滲漏，管片自身的豎向壓縮及橫向變形也容易造成管片碎裂。

2)周邊房屋沉降變形風(fēng)險(xiǎn)。本工程周邊有多幢淺基礎(chǔ)居民樓，淺基礎(chǔ)對于變形較為敏感，不均勻沉降下容易產(chǎn)生開裂，影響居民正常生活，在西側(cè)部分房屋傾斜度已達(dá)到0.7%，接近傾斜變形極限。

3)地鐵出入口人流安全風(fēng)險(xiǎn)。本項(xiàng)目被車站及房屋包圍，僅有的出入口需要經(jīng)過地鐵車站，此處共設(shè)置3個(gè)出入口，大量施工機(jī)械的進(jìn)出影響人流安全，后期上蓋項(xiàng)目需要直接在車站上部進(jìn)行結(jié)構(gòu)制作及安裝，出入口直接暴露于施工范圍內(nèi)，嚴(yán)重影響進(jìn)出車站人員安全，如何防范車站進(jìn)出人員的安全成為本項(xiàng)目的最大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

3 對策及應(yīng)急措施

3.1 已建結(jié)構(gòu)實(shí)地探查及分析

1)地墻接口實(shí)地探查。已建結(jié)構(gòu)地墻接口位置未甩接頭，實(shí)際施工時(shí)地墻也有外放距離，這就需要實(shí)地探摸地墻位置，了解真實(shí)位置，考慮機(jī)械施工操作距離，在空隙位置設(shè)置1根圍護(hù)樁擋土，并采用MJS進(jìn)行止水，防止涌土及滲漏風(fēng)險(xiǎn)。

2)共墻段探查分析。共墻段地墻厚度薄，Ⅰ期承受三角形分布的土壓力，而Ⅱ期則承受水平集中荷載，受力模式不同造成配筋量的差別。在經(jīng)過設(shè)計(jì)核算后，在Ⅰ期設(shè)置斜拋撐作為第三個(gè)支點(diǎn)(見圖1)。

Ⅰ期斜拋撐主要作為第一道支撐拆除時(shí)防止圍護(hù)懸臂過高而設(shè)置的臨時(shí)手段，施工質(zhì)量不能與永久結(jié)構(gòu)相比。為此進(jìn)行實(shí)地探查，發(fā)現(xiàn)斜拋撐由于分隔墻變形沉降已產(chǎn)生了較大的破壞，混凝土已碎裂，無法使用，需要重新設(shè)置鋼支撐系統(tǒng)作為支點(diǎn)，在無空間位置采用在地下2層位置設(shè)置鋼支撐支點(diǎn)，保證分隔墻受力處于安全可控范圍內(nèi)。

3.2 周邊環(huán)境安全防范措施

1)地墻槽壁加固防止?jié)B漏風(fēng)險(xiǎn)。地下連續(xù)墻內(nèi)外側(cè)設(shè)置三軸攪拌樁槽壁加固(見圖2)，采用外側(cè)搭接一孔，內(nèi)側(cè)搭接250 mm的方式，水泥摻量為20%,既可以加強(qiáng)地墻成槽質(zhì)量，后期也可作為地墻的一道防水，有效避免了開挖過程中地墻因滲漏引起的周邊環(huán)境變形。

2)基坑內(nèi)部裙邊加固提高土體抗變形能力。在基坑四周采用三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行被動區(qū)加固，采用抽條與裙邊加固結(jié)合的形式，加固與地墻間空隙處用旋噴樁填充處理。有效加強(qiáng)了坑底土體強(qiáng)度，減小坑底軟弱土的側(cè)向變形，防止周邊居民樓的沉降及傾斜。

3)加大棧橋面積加快基坑施工減小變形累計(jì)。本工程位于市中心，場地狹小，需大量使用棧橋體系進(jìn)行車輛回轉(zhuǎn)、加工場地的布置。故將棧橋面積加大(見圖3)，棧橋板厚增至300 mm，重車可直接從出入口行走至基坑棧橋上，避開居民樓區(qū)域，有效減小了周邊房屋沉降。同時(shí)棧橋面積加大，加快了土方開挖及支撐換撐的速度，可減小累計(jì)變形量。

4)居民住宅側(cè)設(shè)置隔離樁減少施工影響。隔斷采用小直徑鉆孔樁的方式，樁底穿過軟弱的淤泥質(zhì)黏土層進(jìn)入⑤1-1層。通過承受施工引起的側(cè)向土壓力和差異沉降引起的摩阻力，減小基坑施工對周邊環(huán)境的影響。

3.3 車站出入口安全防范措施

本工程有3個(gè)出入口，人流密集，基坑階段大型機(jī)械出入，今后在車站出入口上部施工，吊裝施工對下部出入口有較大風(fēng)險(xiǎn)。為此，在車站出入口位置設(shè)置防護(hù)棚(見圖4)，保障人員不受零星墜物打擊。在出入口位置派專員進(jìn)行疏導(dǎo)，防止人流受進(jìn)出機(jī)械影響。此外，選擇人流較少的夜間進(jìn)行混凝土澆筑及大型設(shè)備吊裝，必要時(shí)向地鐵管理部門申請臨時(shí)關(guān)閉部分出口，引導(dǎo)人流安全進(jìn)出。

3.4 長時(shí)間停工風(fēng)險(xiǎn)防控

本基坑在開挖至第二道支撐時(shí)，恰逢進(jìn)博會前夕，是繼續(xù)向下開挖搶第三道支撐還是保持目前第二道支撐位置停工成為了本工程難以抉擇的問題?？紤]到原材料及出土難以控制，造成第三道支撐不能及時(shí)形成支撐體系，對地鐵及周邊房屋產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。在經(jīng)過分析與評估后，認(rèn)為基坑目前停工自身安全不存在風(fēng)險(xiǎn)，且較淺的挖深對于周邊環(huán)境的影響也較小，經(jīng)過多輪分析后最終決定暫時(shí)停工，防范風(fēng)險(xiǎn)。

在停工36 d后，復(fù)工開挖第三段土方時(shí)，重新進(jìn)行了評估，防止長時(shí)間停工導(dǎo)致基坑產(chǎn)生較大變形。最終，歷時(shí)6個(gè)月完成基礎(chǔ)底板的澆筑。

4 結(jié)語

本文通過對深基坑安全因素的分析，采取鋼管斜換撐傳遞荷載，加強(qiáng)評估監(jiān)測及合理的清障措施，確保了臨近地鐵深基坑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，順利完成了基坑的開挖，保證了地鐵的正常運(yùn)行。

深基坑施工應(yīng)對周邊環(huán)境安全因素的分析，針對不同因素引發(fā)的環(huán)境安全問題，通過圍護(hù)體系、挖土方式、客流安全引導(dǎo)、全方位監(jiān)測等措施，杜絕安全事故發(fā)生。