復(fù)雜環(huán)境條件下深基坑實施過程風(fēng)險管控與技術(shù)措施

夏則愛

上海市建工設(shè)計研究總院有限公司 上海 200235

近年來，隨著我國經(jīng)濟水平的大幅提升，建筑行業(yè)得到蓬勃發(fā)展，持續(xù)增加的高層建筑和地下工程往往面臨著深基坑的施工。然而深基坑施工過程技術(shù)復(fù)雜，涉及范圍廣，不可避免地受到自然及人為因素的影響而出現(xiàn)施工風(fēng)險。

特別是復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑施工，更加需要對其施工風(fēng)險進行充分分析，采取科學(xué)合理的針對性技術(shù)方案和管理措施，最大程度地減小深基坑施工中的安全風(fēng)險，避免發(fā)生嚴重的施工事故。

在上海市虹口區(qū)江灣鎮(zhèn)街道HK0014-06號地塊新建項目的建設(shè)過程中，項目基坑開挖深度達15.9 m，建設(shè)環(huán)境極其復(fù)雜，周邊緊鄰老式住宅小區(qū)，東側(cè)緊鄰軌道交通3號線和淞滬鐵路。

在設(shè)計及施工各階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施，通過嚴密組織與精細化管理，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析情況，及時采取相應(yīng)的變形控制措施；并加強信息技術(shù)手段的利用，進行基坑施工模擬及變形趨勢曲線自動分析，全面提升深基坑施工風(fēng)險應(yīng)對能力，進而保證基坑工程的施工質(zhì)量及安全。

1 工程概況

1.1 項目基本概況

上海市虹口區(qū)江灣鎮(zhèn)街道HK0014-06號地塊新建項目為EPC項目，位于虹口區(qū)江灣鎮(zhèn)356街坊，屬于虹口區(qū)江灣鎮(zhèn)中心位置，旨在為業(yè)主打造一座集現(xiàn)代商業(yè)、辦公于一體的商辦綜合體。

項目規(guī)劃用地面積約10 270 m2，總建筑面積約53 000 m2，其中地上建筑面積約29 000 m2，地下建筑面積約24 000 m2。地上建筑由1棟13層辦公樓附帶5層裙房和1棟3層商業(yè)樓組成，建筑高度為57.65 m。地下共有3層，其中地下1層為商業(yè)，地下2層、3層為停車庫（圖1）。

圖1 項目效果圖

項目建筑容積率為2.5，綠化率為20%，為二星綠建標準建筑。項目實施裝配式建筑，單體預(yù)制裝配率不低于40%。建筑地面標高高于鄰近市政道路中心線標高0.30 m以上，±0 m標高相當(dāng)于絕對高程＋4.60 m；場地自然地面平均絕對高程為＋3.90 m。

1.2 項目基坑概況

項目基坑面積7 650 m2，基坑周長約360 m（東西向長86.6 m，南北向長116.0 m），開挖深度15.9 m（集水井、電梯井落深1.5～3.0 m）；基坑采用順作法施工，圍護結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻與地下結(jié)構(gòu)外墻結(jié)合采用“復(fù)合墻形式”，靠近軌道交通3號線的東側(cè)地下連續(xù)墻厚度為1 000 mm，其余三側(cè)厚度為800 mm，地下連續(xù)墻深31.5～36.0 m；豎向設(shè)置3道鋼筋混凝土支撐，支撐信息如表1所示。

表1 3道鋼筋混凝土支撐具體信息

基坑安全等級為一級，環(huán)境保護等級為一級；由于同時處于軌道交通3號線和淞滬鐵路的安全保護范圍內(nèi)，應(yīng)軌道交通和鐵路保護要求，基坑劃分為南北兩個分區(qū)，其中南側(cè)（1區(qū)）面積為3 750 m2，北側(cè)（2區(qū)）面積為3 900 m2（圖2）。

圖2 項目基坑平面與立面

基坑主要依靠地下連續(xù)墻進行自防水，地下連續(xù)墻防水等級為P8級；基坑開挖范圍以淤泥質(zhì)軟弱土層為主，含水量高、滲透系數(shù)差，基坑局部采用高壓旋噴樁加固。

1.3 地質(zhì)及水文條件

工程場地位于長江三角洲沖積平原上，地貌類型屬濱海平原，場地地勢平坦，在本次勘探深度內(nèi)均為第四系土層，根據(jù)收集的資料及本次勘察成果，本場地處于古河道分布區(qū)，其中⑥、⑦層土缺失。工程場地的地基土根據(jù)成因及性質(zhì)劃分為7個工程地質(zhì)層及分屬不同地質(zhì)層的亞層，其分布情況自上而下為：①雜填土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③2黏質(zhì)粉土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1黏土、⑤2砂質(zhì)粉土、⑤3粉質(zhì)黏土、⑧1粉質(zhì)黏土、⑧2粉質(zhì)黏土夾黏質(zhì)粉土。

場地淺部地下水屬潛水類型，主要賦存于淺部地層中的填土、黏性土、粉性土和黏性土層的砂土夾層中。補給來源主要為大氣降水與地表徑流，實測得地下水埋深在地表以下0.90～2.20 m。主要含水層為⑤2砂質(zhì)粉土層，夾較多薄層粉砂，滲透性相對較好，水平滲透系數(shù)一般為2.03×10－4cm/s，屬中等透水層，水位埋深為地面下3.45～4.11 m。主要含水層為⑨1粉砂層，為上海市第二承壓含水層，屬良好含水層，富水性和滲透性好；根據(jù)上海地區(qū)已有工程的長期水位觀測資料，⑨1層中的承壓水的水位呈年周期性變化，水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m。

單獨作戰(zhàn)很難在激烈的市場競爭中有所發(fā)展，實行橫向合作，進行連鎖經(jīng)營是今后農(nóng)機維修行業(yè)主要發(fā)展方向，連鎖經(jīng)營一方面可以充分發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有的資源和技術(shù)力量、規(guī)范農(nóng)機市場，另一方面可以第一時間獲得新的技術(shù)，使新技術(shù)得到更快速的應(yīng)用，遇到問題時解決更快，更有利于經(jīng)驗交流，從而更快提高從業(yè)人員的綜合素質(zhì)。第三可以擴大知名度，形成品牌，贏得市場份額。

1.4 基坑周邊環(huán)境

項目周邊環(huán)境復(fù)雜，東側(cè)緊鄰軌道交通3號線和淞滬鐵路?；娱_挖邊線與軌道交通高架橋墩基礎(chǔ)最近距離18.1 m，與鐵路鐵軌邊線最近距離11.1 m。南側(cè)為市政道路萬安路，道路下方埋設(shè)有供電、配水、雨水等多條市政管線，與基坑最近的管線為供電管線，距離為7.7 m；基坑開挖邊線與萬安路南側(cè)小區(qū)建筑最近距離為19.6 m。西側(cè)鄰近老式居民樓華進公寓和宗教建筑三觀堂，基坑開挖邊線與兩處建筑物最近距離分別為12.0 m和14.2 m。北側(cè)為市政道路仁德路，道路下方埋設(shè)有供電、雨水、污水等多條市政管線，與基坑最近的管線為供電管線，距離為10.0 m?；娱_挖邊線與仁德路北側(cè)小區(qū)建筑的最近距離28.5 m（圖3）。

圖3 基坑周邊環(huán)境示意

2 在設(shè)計階段統(tǒng)籌考慮基坑風(fēng)險控制措施

在基坑圍護設(shè)計階段，充分考慮地質(zhì)水文條件及周邊環(huán)境復(fù)雜因素，統(tǒng)籌計劃深基坑實施全過程的風(fēng)險控制措施。圍護設(shè)計采用同濟啟明星FRWS7.2進行驗算，支撐系統(tǒng)采用同濟啟明星BSC4.1進行計算，對基坑整體穩(wěn)定性、抗傾覆、墻底抗隆起、坑底抗隆起、圍護樁變形及內(nèi)力、支撐內(nèi)力及變形等進行精心計算；并通過有限元數(shù)值模擬計算分析基坑開挖施工過程對周邊環(huán)境的影響，根據(jù)有限元計算結(jié)果，并結(jié)合實際工程經(jīng)驗，分析判斷基坑開挖對周圍環(huán)境的影響程度。

同時，根據(jù)本基坑及周邊環(huán)境的特殊情況，采取了一些特定的技術(shù)措施，更加有利于實現(xiàn)深基坑實施過程的安全控制及周邊環(huán)境的保護要求。

1）采用T形幅地下連續(xù)墻技術(shù)。為考慮針對軌道交通3號線、淞滬鐵路的保護要求，在基坑?xùn)|側(cè)采用T形幅地下連續(xù)墻，以增強地下連續(xù)墻剛度，從而有效控制基坑變形，確保軌道交通和鐵路的變形控制要求。通過本項目基坑施工實踐，T形幅地下連續(xù)墻有效地控制了周邊環(huán)境的水平和豎向變形，為軌道交通安全保護區(qū)范圍的建設(shè)項目探索出一條新的變形控制技術(shù)措施。

2）基坑周邊多為6、7層的老公房，房屋建造時間較久，基礎(chǔ)均比較薄弱（大多為條形基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)），而且與基坑開挖邊線距離較近，特別是西北側(cè)的華進公寓，與基坑開挖邊線最近距離僅為12 m。為了控制基坑開挖過程的變形傳遞，在該位置地下連續(xù)墻外側(cè)先行沉入1排隔離樁（鉆孔灌注樁）。通過本項目實踐，隔離樁有效地控制了變形的傳遞，確保了鄰近老式建筑物的良好狀態(tài)（圖4）。

圖4 T形幅地下連續(xù)墻和隔離樁平面布置

3）研究采取特殊技術(shù)措施，在地下1層、地下2層先后設(shè)置鋼管斜拋撐，以控制中隔墻及基坑變形，實現(xiàn)1區(qū)B2板完成后提前開展2區(qū)基坑開挖的施工，在控制基坑風(fēng)險的基礎(chǔ)上進行1區(qū)、2區(qū)兩個分區(qū)的交叉施工。通過以上施工措施，既較好地控制了基坑變形趨勢，又在較大程度上加快了基坑施工進度，基坑施工風(fēng)險得到很好的控制。

3 嚴格控制基坑工序安排及施工流程

3.1 精心組織基坑降水分析及井點布置

在基坑正式開挖施工之前，針對第⑤2層開展現(xiàn)場群井抽水試驗，通過抽水試驗定性判定圍護結(jié)構(gòu)（地下連續(xù)墻、三軸止水帷幕）施工對含水層的隔水效果；利用先期完成的坑內(nèi)第⑤2層的抽水井、觀測井，坑外第⑤2層的觀測井，通過群井抽水試驗驗證前期降水設(shè)計的合理性，并根據(jù)抽水試驗結(jié)果調(diào)整后續(xù)施工的減壓深井。

根據(jù)計算分析，基坑共計布井55口。其中疏干井30口，減壓井12口，坑內(nèi)減壓井備用兼觀測井4口，坑外承壓水水位觀測井兼應(yīng)急回灌井9口。

3.2 嚴格控制深基坑開挖施工流程

在基坑開挖過程中，嚴格控制分區(qū)分塊依次開挖，確保先撐后挖；先中間后周邊，控制土壓力有序釋放。做到隨挖隨撐，嚴禁超挖，確保每塊區(qū)域的支撐在開挖后24 h內(nèi)形成。開挖至基底標高后，應(yīng)及時澆筑墊層，快速形成底板，以減少基坑大面積暴露時間，控制基坑的回彈隆起。本基坑按照施工總體計劃，先施工1區(qū)，再施工2區(qū)（圖5）。

圖5 基坑施工流程示意

3.3 認真落實基坑監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析

按照專家評審的基坑監(jiān)測方案布置相應(yīng)的監(jiān)測點，做好基坑圍護結(jié)構(gòu)體系和周邊環(huán)境的監(jiān)測。其中基坑圍護結(jié)構(gòu)體系監(jiān)測包括：圍護墻頂水平、豎向位移監(jiān)測，圍護墻體、土體深層水平位移監(jiān)測，支撐軸力監(jiān)測，坑外水位觀測，立柱豎向位移監(jiān)測。周邊環(huán)境監(jiān)測項目包括：坑外地表豎向位移監(jiān)測，周邊建（構(gòu)）筑物豎向位移監(jiān)測，地鐵高架橋墩豎向位移監(jiān)測，鐵路路基水平、豎向位移監(jiān)測，周邊地下管線水平、豎向位移監(jiān)測，周邊建（構(gòu)）筑物裂縫觀測。

在深基坑施工過程中，認真做好基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析。當(dāng)日變形量達到報警值或累計變形量達到報警值時，立即協(xié)調(diào)并采取相應(yīng)的技術(shù)措施，控制或緩解變形趨勢的發(fā)展。

4 應(yīng)用信息技術(shù)加強基坑風(fēng)險控制

充分應(yīng)用項目BIM模型及基于模型的協(xié)同管理平臺等信息技術(shù)手段，更好地促進深基坑施工過程的安全風(fēng)險管控。

1）應(yīng)用BIM模型進行施工模擬，提前采取風(fēng)險控制措施。應(yīng)用BIM模型進行深基坑施工模擬，不僅有利于優(yōu)化施工組織及施工流程，而且可以提前進行風(fēng)險預(yù)判，并及時采取針對性的風(fēng)險控制技術(shù)措施，以確保深基坑的施工安全。

2）利用基于BIM模型的協(xié)同管理平臺加強監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。將監(jiān)測數(shù)據(jù)導(dǎo)入基于BIM模型的協(xié)同管理平臺，在協(xié)同管理平臺中加強監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，自動生成監(jiān)測數(shù)據(jù)變形趨勢曲線圖。當(dāng)日變形量或累計變形量達到警戒數(shù)值時，立即顯示報警提示，以便及時采取相應(yīng)的技術(shù)控制措施。

5 結(jié)語

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，本項目基坑施工期間周邊環(huán)境變形始終處于可控狀態(tài)，最終監(jiān)測數(shù)據(jù)部分超過報警值，市政管線、小區(qū)建筑、鐵路路基及圍墻等監(jiān)測點最大累計變形量超出報警值10～20 mm；其中基坑圍護深層水平位移部分監(jiān)測點累計變形量超出報警值較大，超出40～60 mm。但重要建（構(gòu)）筑物的變形控制較為理想，軌道交通3號線高架橋墩垂直位移監(jiān)測點最大累計變形量為－6.8 mm。

監(jiān)測結(jié)果表明，項目深基坑在圍護結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖、底板澆筑直至地下結(jié)構(gòu)回筑施工完成期間，變形均處于可控狀態(tài)。針對深基坑施工風(fēng)險進行事先分析，設(shè)計及施工階段采取相應(yīng)的技術(shù)措施；施工過程中加強組織與管控，充分利用信息化管理手段，確?；邮┕わL(fēng)險控制，以及周邊環(huán)境的安全，順利完成了深基坑施工任務(wù)，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。