軟土地區超大深基坑盆式開挖的變形控制*

朱緒偉 杜佐龍 卜凡 國 衣書磊 景奉強

1. 中建八局第一建設有限公司 濟南 250100；2. 中建八局技術中心 上海 200120

1 工程概況

本案例基坑開挖面積約為70 000 m2，基坑普遍開挖深度為11.9 m，最大開挖深度15.5 m，該基坑開挖面積大、深度深，施工影響范圍廣。圍護設計采用鉆孔灌注樁+2 道混凝土內支撐的圍護形式，基坑總延長約1 270 m，總土方量超80萬m3；基坑臨時支撐與主體結構相結合，利用中心島主體結構作為支撐體系的一部分，整體采用盆式開挖，留設三級坡坡體土護壁。基坑的平面、剖面布置如圖1、圖2所示。

場地自地表至坑底深度范圍內所揭露的土層主要由飽和的黏性土、淤泥質黏土和粉質黏土組成，缺失上海地區標準層第⑥層硬土層和第⑦層粉砂層，土層分布如圖3所示，基坑監測點布置如圖4所示。

圖1 基坑平面示意

圖2 基坑剖面示意

基坑變形發生持續報警時，中心區域金鐘路側土方基本開挖完畢（圖中最內側曲線為土方開挖坡底邊線），中心島基礎底板完成65%（圖中陰影區域）當時工況如圖5所示。由于數日的強降雨，在基坑北側和南側，圍護結構變形突然增大，基坑多處位移監測值出現變形速率報警，周邊路面開裂，局部1 道支撐開裂。

圖3 土層剖面示意

圖4 基坑監測布置

圖5 基坑變形持續報警時工況

典型監測點為P19（圍護樁測斜點），選取地表處（0.00 m）、開挖深度一半位置處（深度=6.0 m）和坑底處（深度=11.5 m）處的側向位移時間歷程曲線，如圖6所示，3 個位置處的變形趨勢基本一致（頂部變形速率稍大）。

圖6 P19監測點時間-水平位移監測

在經歷了6月16日至17日的強降雨后，金鐘路一側的土體移動進入劇烈變化區，土體側向位移迅速增大，在采取一系列的基坑變形控制措施后，土體變形明顯趨緩，至6月28日，基坑變形基本趨于平穩。

2 基坑變形控制措施

2.1 應急響應

（a）立即啟動應急預案，成立應急指揮小組， 由設計單位、建設單位領導、監理單位領導、施工單位的企業層面、政府相關監督部門以及專家顧問團組成，統一協調技術措施及組織現場施工[1]；

（b）成立應急執行小組，主要由施工、監理、監測單位的項目管理人員組成，24 h輪班，明確相應人員的職責分工；

（c）立即停止中心島土方開挖，馬上召開應急會議（6月16日～6月25日，連續召開應急會議10 次，討論制定各項變形控制措施逾20 條）。

2.2 信息化管理

（a）監測單位加密監測頻率，每6 h監測1次，固定時間上報監測數據，數據采集完成后直接在電腦上導出，快速便捷，為現場專家顧問及技術人員及時提供數據。

（b）為了確保監測數據的準確無誤，另外增加一家第三方監測單位，使得雙方數據相互對比印證，結果監測數據吻合，保證了監測數據的準確性。

（c）現場施工人員全部信息化指導施工，能在第一時間直接獲取技術措施。

2.3 主要措施及實施效果

（a）土方停止開挖，并將所有臨時邊坡采取厚100 mm C20噴射細石混凝土，內配Φ6.5 mm@200 mm×200 mm鋼筋噴錨護坡（含水率較大處先灑1 層快干水泥），避免邊坡土體暴露。 噴錨完成后立即覆蓋塑料薄膜和彩條布，防止雨水直接對坡體沖刷。

（b）已暴露底板墊層全部改為配筋加厚墊層Φ14 mm@200 mm×200 mm（可根據現場現有鋼筋調整），并在12 h內澆筑完成。 其中，含水率高的部位滿鋪竹笆2 遍再澆筑，墊層為厚200 mm混凝土。

（c）全面采取人海戰術，組織24 h施工底板防水、管樁灌芯、鋼筋綁扎等各工序，最短時間內完成已暴露區底板結構（從墊層澆筑完成至基礎底板混凝土澆筑完成，每個區域平均7 d時間）。鋼筋支架使用鋼管替代。

（d）晝夜場內外裂縫封堵，直接灌注干粉砂漿或者快干水泥（雨天原因），然后灌注瀝青。

（e）靠近基坑側半幅路面全面封閉，禁止車輛行駛，減少動荷載的影響。

（f）三級坡下方有電梯井位置，坡腳位置打松木樁，樁長6 m，樁徑15 cm，分2 排樁施工，前后排間距1 m，每排樁間距0.5 m。前后樁錯開成折線形布置，樁頂露出土面60 cm，木樁施工完成后使用50 mm×100 mm方木將所有木樁頂部連接，使得局部形成四級坡區域，邊坡穩定得到保證。

（g）基坑三級坡坡底設置底板傳力帶，將三級坡與已經施工完成中心島基礎大底板直接連接，使得三級坡蠕動及下滑得到控制。

（h）基坑南側變形最大2#棧橋兩側，在此對應位置底板上做厚600 mm鋼筋混凝土擋砂墻，進行砂壩堆載，堆載高度至二級坡坡頂，穩住整個基坑南側的變形（圖7、圖8）。

圖7 棧橋示意

圖8 加固示意

（i）在北翟路圍護樁外側增設13口坑外降水井，井距15 m，井深12 m，采用Φ273 mm鋼管，成孔Φ650 mm。降水水位控制在孔口以下8 m位置，以減小基坑堆載從而緩解基坑變形。

（j）增設鋼斜撐，鋼斜撐基礎完成，連續3 d測斜數據，超過6 mm時立即安裝。

（k）支撐梁裂縫集中位置，在支撐梁上增設加強板以增加整體剛度，防止支撐受剪破壞。

（l）使用28a#槽鋼對支撐、棧橋鋼格構立柱樁全數進行剪刀撐焊接加固；增強支撐系統的整體穩定性。

（m）基坑邊所有上水管改為明管，以防變形過大水管爆裂。

（n）一級坡坡頂全部采用配筋混凝土硬化（Φ4 mm冷拔絲成品網片），厚度100 mm，防止坡頂水分滲入到土體內，降低土體含水率。

3 結語

（a）城市深基坑工程是一項重大風險源工程，基坑風險在設計這塊所占比例較大，其設計至關重要，必須重視“臨界設計”所導致的施工風險[7]。本案例利用裙邊堆土作支護的盆式開挖方式，在中心島施工階段，由于未能形成支撐系統而基坑變形極大，加上軟土受雨水等外界因素干擾大，土體自身穩定性不易保證，加劇了基坑變形的發展。

（b）強化深基坑評審：建質[2009]87號文《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》中將基坑支護與降水工程在七大類工程中排第一位，同時要求實施前編制切實可行的各專項設計及施工技術方案，其中應急預案必須引起高度重視。

（c）由于基坑工程是一個整體，因此，建設單位在考慮發包模式時，不宜將工程樁、圍護施工、基坑降水、土方開挖等分項工程分別發包，整體發包顯然對工程安全更有利。

（d）復雜條件下的深基坑工程，尤其是周邊分布有重要管線和地鐵以及處于鬧市區的深基坑工程，必須針對深基坑的安全風險源，制定相應完善的應急預案和搶險物資的準備，以備不時之需。

（e）信息化施工是復雜條件下的深基坑施工中必不可少的環節，當基坑圍護結構變形、管線位移的監測數據報警時，應立即加大監測頻率并組織設計、施工技術人員進行研究和分析，做到信息的實時收集—整理—分析—遞交—反饋—處置。

在本案例中，應急預案的可行性以及應急物資的儲備到位在變形控制關鍵階段得到了有力的保障，信息化監測數據的準確性是判定施工措施效果和決定下一步施工方法的重要依據，也是本案例在基坑持續變形能夠獲得成功的關鍵因素。