大型深基坑變形分析及綜合控制技術

深圳市建筑工務署 深圳 518006

深基坑的穩定性研究和支護技術日趨成熟，行業規范和標準逐步完善[1-3]，但由于諸多因素的影響，深基坑位移變形時有發生，甚至于超出設計警告值，使得工程建設處于被動局面。根據深圳某工地的深基坑變形引起的災害預警，根據機制分析，采取了應急對策和長效措施等綜合技術，成功控制了深基坑的變形，為工程的順利開展消除了隱患。

1 工程概況

背景工程位于深圳市濱海大道北面，白石路東側，工程主體為44 層的外筒鋼結構加內筒鋼筋混凝土剪力墻結構，高度202 m。場地大致呈正方形，原為深圳灣后海海域，后經填海而成。地面標高4.00～6.00 m，場地南側距離濱海大道十余米，西側和北側分別與其他在建項目基坑相通，東側緊鄰一市政道路?；娱_挖深度16 m，周長270 m，其中基坑中間布置有一個低于基坑坑底標高4 m的內坑（電梯基坑）。安全等級為一級，設計使用期限為12 個月，屬于大型深基坑。

1.1 工程地質條件

地質報告揭示基坑深度范圍內土層構成為：①人工雜填土，厚4.7～7.8 m，主要為黏土、石英質砂混碎塊石、混凝土塊、磚塊等建筑垃圾及少量生活垃圾等；②第四系全新統海積層，厚0.5～2.4 m，淤泥呈灰黑、黑色含少量機質，局部含少量石英砂巖；③第四系全新統沖洪積層，厚1.5～3.0 m，礫砂主要成分為石英質，混少量黏性土；④第四系中更新統殘積層，厚16～46 m，礫質黏性土，褐黃、灰白、褐紅等色，由粗粒花崗巖風化殘積而成，含20%～30%的石英砂礫，稍濕-濕，可-硬塑，遇水浸泡易軟化，局部夾有強化巖塊。場地內地下水有兩種類型：一是松散土層空隙水，二是基巖裂隙水。

1.2 基坑支護方案

根據工程地質和水文地質條件，結合場地周邊環境，本工程主要采取排樁與預應力錨索支護體系。樁間距2.0 m，支護樁徑1.2 m，成孔方式為沖孔灌注樁；錨索3 道，長度約20～26 m，錨固體強度為30 MPa。錨索長度分別有23 m、24 m、26 m，設計承載力分別為500 kN、500 kN、350 kN。

1.3 水位控制對策

采用樁間旋噴樁止水帷幕與西側北側在建工程止水帷幕形成全封閉止水體系。三重管旋噴樁止水帷幕有效直徑1.1 m，抗壓強度不小于1 MPa，樁端入基坑底不小于2 m；明溝排水排出地表水及坑內積水，臺風暴雨期間，有組織地表排水，安排足夠排水設備對匯集的地表水進行抽排疏導，避免大量地表水匯入坑內。

2 基坑變形警報與變形分析

2.1 基坑變形警報

基坑支護工程于2011年5月份完工后進入服務期，項目開展基坑內的樁基工程施工。建設完成的基坑安全經歷了深圳的第一個雨季年度。根據設計要求，基坑超期使用前應進行安全評估，加強了位移變形監測。2012年7月，臺風“韋森特”襲擊深圳，連續數日暴雨，基坑西南側出現超過警報值40 mm的較大變形。

2012年7月22日對基坑進行加密監測。監測數據表明，各項監測數據變化量有增大的趨勢（圖1、圖2）。在現場巡視過程中發現基坑西南方位的圍墻上有寬約15 mm的裂縫豎向貫穿整個圍墻。

圖1 坡頂沉降變化曲線

圖2 坡頂水平位移曲線

2012年7月25日上午對本項目進行加密監測。監測成果數據表明：本次觀測位移量最大為22.22 mm（W6），最大變化速率7.41 mm/d；沉降最大變化量為－5.13 mm，最大變化速率為－1.71 mm/d。各項監測數據變化量在本次加密過程中有明顯的增大趨勢。其中位移監測點W6位移速率達到了7.41 mm/d，累計變化量達到43.13 mm，已經超過設計預警值40 mm。在現場巡視過程當中發現，平行于基坑西南方坡頂位置的裂縫有明顯的增長和增大現象，裂縫最寬處達到了7～8 mm，長度達到25 m左右。位于基坑西南側位移監測點W6附近處有一條平行于基坑長約21.6 m、最寬處達5 mm的裂縫，且連續幾天有明顯的增長和增大現象，錨索及錨桿孔隙一直在出水，第1排和第2排錨索由西往東數第20條和第7條有漏水現象且水量較大。

隨后的監測數據繼續隨時間推移而增大，最大累計位移量達100.12 mm（W6）。

2.2 變形分析

2.2.1 基坑超期服務

基坑設計使用期限為12 個月，樁錨支護的設計參數按基坑的服務時限取值設計。該基坑于2011年5月份完工，至基坑發生超警報變形時，基坑已經超期服務。

2.2.2 地下水對混凝土結構和錨索的銹蝕使承載力大幅喪失

由于地下水和海水有水力聯系，水質對混凝土結構具有微-弱腐蝕性、對混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。至基坑服務期限，對錨索經過抽檢，9 根錨索（占抽檢總數的75%）檢驗抗拔力均不能達到設計抗拔力的1.2 倍，已不能滿足設計要求。其中檢驗抗拔力最低者只能達到125 kN，為設計抗拔力的25%。由于鋼絞線腐蝕嚴重，加載未達到設計抗拔力的1.2 倍之前，有5 根錨索出現錨索桿體拉斷情況，其中錨索桿體拉力最低者（位于南側第3排右3#）只能達到錨索桿體拉力標準值的25%；有4 根錨索桿體抗拉能力在375～500 kN之間，3 根為500 kN，僅達到錨索桿體拉力標準值的48%。在進行檢測加載時，尚有4 根被拉出。在抽檢的錨桿頭過程中，有錨頭松動，夾片缺失、鋼絞線斷絲、錨頭嚴重腐蝕、鋼絞線松散等現象。

2.2.3 臺風暴雨的影響

臺風暴雨首先使得基坑外側土方含水量增大，荷載加大；另一方面，連續暴雨使基坑外側土體部分液化、土粒喪失，水壓增大導致止水帷幕出現大量出水現象，局部出現因土體掏空而坍塌的險情。兩方面雙重作用使已超期服務的基坑不堪重負而產生較大變形。

3 技術對策[4-8]

根據基坑變形特點和上述變形分析，采取應急對策和長期加固相措施結合的方案，達到穩坡目的。

3.1 應急對策

3.1.1 有組織疏排水

在樁間增加長1.5 m、Φ50 mm的PVC泄水管，泄水管中尾端約1.0 m做成花管，花管外包無紡土工布，泄水管水平間距為樁間距，豎向間距為2.0 m，泄水管尾端與地下室外墻之前應保持不小于30 cm的安全距離。樁面掛Φ6 mm鋼筋網@200 mm×200 mm，噴射C20混凝土厚100 mm。

3.1.2 充填掏空區

西南角樁間已塌空的位置，采用砂袋填滿，表面掛Φ6 mm鋼筋網@200 mm×200 mm，噴射C20混凝土厚100 mm。對基坑頂部已塌空的位置，用C15素混凝土填充，素混凝土填充分層填充，西南側回填土部分流空的位置用C15混凝土進行地面硬化，厚200 mm。

3.1.3 卸載加反壓

西南側坑底約30 m堆填土臺進行反壓，土臺尺寸為高4 m、頂寬3 m、放坡坡率1∶1；南側坑頂卸載，沿基坑卸土高2.0 m，寬6.0 m。

3.2 長效措施

長效措施控制基坑變形，基坑補強滿足其服務時限，樁基驗收和地下室尚未開展施工，基坑服務時限尚需延長。因此，在應急對策的基礎上，確?；舆吰碌姆€定性，必須對基坑進行補強加固。

3.2.1 對變形最大區段增加鋼角撐

基坑變形最大測點在西南角，最大位移量超過設計控制值50 mm；最大沉降量超過設計預警值32 mm。在基坑西南角加1 道鋼角撐，角撐分別支撐在相鄰基坑支護樁冠梁和該基坑支護第1道腰梁上（圖3）。鋼管角撐材料采用Q235級鋼，鋼結構連接均采用現場焊接，角撐預加軸力采用2 只千斤頂同時進行，預頂力為180 kN，預加應力時，對支護樁進行變形監測，防止樁產生過大的向外位移造成腰梁的松脫，導致錨索預應力損失。

圖3 鋼角撐支護補強

3.2.2 增加錨索補強

根據實測變形監測的數據，結合基坑發生險情的區域，有針對性地對基坑進行補強設計，對1j-1j剖面，在原第3道錨索上1.5 m處加1 道錨索，錨索間距2.0 m，在原第3道錨索下2.0 m和原第2道錨索上1.5 m處各加1 道錨索，錨索間距4.0 m（圖4）；對2j-2j剖面，在原第3道錨索上1.5 m處和下2.0 m處各加1 道錨索，錨索間距分別為2.0 m和4.0 m（圖5）。對錨頭松動和夾片缺失的錨桿進行重新張拉鎖定。

圖4 1j-1j剖面

3.3 變形控制效果

應急和長效綜合對策同時進行，并在基坑西側增加3 個監測點，南側西部增加1 個監測點加強監測。應急措施完成后，基坑變形已經得到有效控制，9月30日測得的一周來的最大位移速率為0.091 mm/d?；游髂蟼鹊慕菗问┕ね瓿珊?，監測數據已經顯示基坑位移已經得到全面控制?；拥腻^索補強施工于11月份施工完成后，地下室主體工程開展施工，至2013年4月份3 層地下室主體施工完成，基坑一直處于安全穩定狀態，幾乎無變形。主體結構施工到10 層時，基坑回填于2013年7月份完成。

圖5 2j-2j剖面

4 結語

深基坑的安全穩定性對于工程建設至關重要，該基坑的位移變形引起的安全隱患使該項目的施工建設非常被動。本次基坑經過監測報警后的變形機制分析，應急和長效措施，扭轉了工程施工局面，使項目得以順利進展。對于類似項目，首先應充分研究和論證基坑的服務時限，使之滿足工程進展需要；其次要分析基坑穩定性的主控因素，全面考慮其影響因素，如臺風暴雨、地下室的腐蝕性、地質條件和周邊環境的關系等。該基坑的應對措施經驗，取得了良好的社會效益與經濟效益，可為同類工程提供借鑒。