深基坑變形報警方法研究

顧琴 張榮寬

摘 要：深基坑開挖導致基坑周圍土體的水平位移和豎向位移，可能會致使周邊建筑出現裂縫，嚴重的會導致周邊建筑失穩，所以在基坑的施工過程中需要密切關注基坑的變形情況。本文提出一種深基坑變形報警方法，建立基坑變形控制指標體系，基于該指標體系設置報警級別并進行報警。指標體系由基坑的累計變形量、變形速率及變形加速度這三項變形控制關鍵指標組成，所述累計變形量和變形速率具有對應的第一報警值、第二報警值和第三報警值，所述變形加速度具有對應的第四報警值。該報警方法可以及時準確地評價基坑的安全狀態，提高基坑施工的安全度。

關鍵詞：基坑變形；指標；報警

中圖分類號：U25 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）02-0111-03

Research on Deformation Warning Method of Deep Pit

GU Qin ZHANG Rongkuan

（Hehai University，Nanjing Jiangsu 210004）

Abstract： The excavation of deep foundation pit results in the horizontal displacement and vertical displacement of soil around the foundation pit， which may lead to the cracks in the surrounding buildings and lead to the instability of the surrounding buildings. Therefore， it is necessary to pay close attention to the construction of the foundation pit deformation. In this paper， a method of deep foundation pit deformation alarm was put forward， and a control index system of foundation pit deformation is established. Based on the indicator system， the alarm level was set and an alarm was given. The index system consists of the three key indicators of cumulative deformation， deformation rate and deformation acceleration of the foundation pit. The cumulative deformation and deformation rate have corresponding first， second and third alarm values， the deformation acceleration has a corresponding fourth alarm. The alarm method can timely and accurately evaluate the safety status of the foundation pit and improve the safety of foundation pit construction.

Keywords： pit deformation；indicator；alarm

1 背景技術

地鐵是解決大城市交通擁堵問題的重要交通方式之一。地鐵車站的基坑一般具有長、深的特點。處于軟土地區的深基坑，由于周邊建筑較多且距離較近，控制基坑變形至關重要。目前國內多個規范[1-4]已對基坑變形給出了明確的報警值，一般有累計報警值和速率報警值。設計文件也參考相應規范，給出了嚴格的報警值，其初衷是為了更好地控制變形量。當現場變形值超過報警值時，設計文件會標明加強監測，必要時進行注漿加固。深圳地區建筑深基坑[5]對支護結構水平位移控制值規定如表1所示。

湖北省地方標準《基坑工程技術規程》中規定[6]，對于基坑監測項目的監控報警值，如設計有要求時，以設計要求為依據，如設計無具體要求時，可按如下變形量控制：重要等級為一級的基坑，邊坡土體、支護結構水平位移（最大值）監控報警值為30mm；重要等級為二級的基坑，邊坡土體、支護結構水平位移（最大值）監控報警值為60mm。《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》將開挖深度大于15m的基坑均作為一級基坑[7]，對照表1可知，基坑等級越高，控制變形越嚴，控制值越小。而實際是基坑開挖深度愈深，則變形相對愈大，于是形成了一對矛盾，因此在實際工程中基坑變形是很容易達到規范規定的變形累計報警值。目前存在的突出問題是，當基坑變形達到報警值后，如何處理？這是一個非常重要的問題。目前的行業規范及設計文件對基坑變形報警的規定存在如下問題。

①報警值所代表的意思不明確。變形報警值有速率報警值和累計報警值。當現場變形值大于報警值時就應該報警，于是這個“報警值”所表達的意思是“變形比較大，達到報警值”。由于影響基坑變形的因素復雜，純粹報警反映基坑什么狀態不明確。基坑地表變形、圍護結構的深層水平位移的速率報警值2mm/d。軟土基坑在開挖過程中首先是坑內卸荷，必然引起坑內外土壓力的不平衡。于是巖土就有較大的變形增大發展階段，在這個階段中巖土體結構通過變形達到力的重新分布，與基坑安全度關系不大。因此，在這個階段中，軟土變形很容易達到報警值，但不直接表示基坑不安全；這個階段的變形速率很大，達到2～5倍，甚至更大。胡義剛[8]指出基坑變形速率為4～20mm/d，但并未有明顯的事故跡象出現。

②各測項的報警值與結構變形破壞現象關聯性不一致。基坑圍護結構變形值、地表下沉量達到報警值時，現場不會有明顯的變形破壞現象。即使地表下陷，所造成的影響也很小；壓線管規定的沉降報警值是10～30mm。《建筑基坑工程監測技術規范》中5.3.7條規定不能用直接點時就用間接點，間接點就是地表點。但報警值是參考地表點還是管線點的要求，規范并沒有明確。另外，建筑物沉降報警值為傾斜率0.2%，有資料及現場經驗證明，一般建筑物的傾斜率接近0.2%時，就出現開裂現象，從而引起糾紛，造成一定的社會影響。因此，建筑物沉降的報警值已經表明建筑物有破壞現象，而地表沉降的報警值表明還沒有破壞現象，這個報警的結果所形成的后果是：一方面許多基坑變形值已經達到規范、設計文件中變形極限值，但由于現場大部分無明顯破壞現象，如大于10mm的裂縫、錯臺、陡坎現象，更無重大事故發生；另一方面，加固措施的實施也存在一定的工程風險，從而大大削弱了報警的基本作用。這種現象并非個別基坑，而是具有一定的普遍性。因此，目前規范中報警值既不利于變形控制，也不利于建筑物的保護。

③報警后設計文件、現有的基坑規范、基坑研究成果中均沒有給出具體的，與各測項變形報警值相關的處理方案，更沒有說明加固措施實施的內容。目前，工程設計文件中處理措施無非是加強監測、注漿加固。現場施工單位出于注漿施工的風險性，減少次生災害的可能性，并考慮到現場無明顯的災害特征，因此一般不會采取加固措施，只要求監測單位加強監測。加強監測其實不能作為基坑變形的控制措施，因為通過監測已經發現了問題，并且報警警示了，還需加強監測的意義明顯不合理，這是不相信監測結果，無視報警工作，不愿采取有效措施避免事故發生的管理工作。由此可導致玩忽職守、埋下安全隱患，最終釀成重大事故的發生。

總之，目前基坑變形報警方法存在嚴重缺陷。這種帶有嚴重缺陷的報警工作嚴重影響了現場工程師對基坑安全性的工程判斷，使報警工作形同虛設，導致施工承包單位對報警司空見慣，設計單位無可奈何，建設單位束手無策，監管單位視而不見。

為了克服現有技術存在的不足，本文研究了一種深基坑變形報警方法。

2 預警方案設計

2.1 變形控制指標體系建立

巖土體是典型的黏彈塑性體，具有明顯的流變性，其應力、應變狀態隨時間的變化而變化。在荷載作用下，巖土體變形發展有三個階段：第一階段是變形速率（[?ε?t]）隨時間而呈下降趨勢，此階段屬于穩定階段，變形加速度為負值；第二階段是變形速率不變，即[?ε?t=常數]，這一段是直線，說明此階段變形加速度為零；第三階段變形速率隨時間而呈上升趨勢，隨后破壞，說明此階段變形加速度為正值。根據巖土體變形規律，分析基坑變形的產生、發展與破壞過程可知，某一荷載作用下的基坑變形的產生、發展遵從巖土體變形規律。因此，所有基坑變形均有時間效應，同時作為空間實體的巖土體受邊界約束的影響而產生空間效應。根據這一特性，建立了基坑安全度的變形控制指標體系，即累計變形量、變形速率及變形加速度3種變形控制關鍵指標。

2.2 報警系統設置

為解決上述技術問題，本論文基于指標體系設置報警級別并進行報警，所述累計變形量和變形速率具有對應的第一報警值、第二報警值和第三報警值，所述變形加速度具有對應的第四報警值。基坑變形的報警四級為：藍色報警、黃色報警、橙色報警及紅色報警。當累計變形量及變形速率均達到對應的第一報警值時，啟動藍色報警，表示該處變形累計變形量較大，或者變形速率較大，該藍色報警用于第一提醒，提醒設計者分析原因，確定現場變形情況是否與設計狀態一致，如果不一致，需要變更設計，防止以后出現更為嚴重的報警。

當累計變形量及變形速率均達到對應的第一報警值時，或者累計變形量、變形速率單項達到對應的第二報警值時，啟動黃色報警，表示該處變形累計變形量及變形速率較大，對基坑安全產生威脅，局部出現了小于1mm的細小裂縫、錯臺等現象，該黃色報警用于警告工程各方事故即將發生，要求工程各方及時安排險情出現前的補救工作。

當累計變形量及變形速率均達到對應的第二報警值時，或者累計變形量、變形速率單項達到對應的第三報警值時，加速度未達到報警值，啟動橙色報警，表示該處變形累計變形量及變形速率較大，對基坑安全產生嚴重威脅，出現了局部明顯的、大于10mm的裂縫、錯臺、陡坎現象。該橙色報警是工程失穩前的特征，用于要求局部停止施工，進行局部搶險工作。

在橙色報警基礎上，當變形加速度達到對應的第四報警值時，啟動紅色報警，表示基坑大范圍處于滑動狀態，事故已經發生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作業，調集機械、車輛、人員迅速進入搶險、救護狀態。

藍色報警只是起到了工程危險的提醒作用，黃色報警具有警示作用，橙色報警起到了告誡作用，紅色報警起到了對事故的通報作用。具體地，在每次報警后，如采取措施消除了變形所引起的工程災害的可能性，使危險源恢復至初始狀態后，則消除此項報警，變形歸零處理，重新計算以后的變形量。如果變形速率在減小，則表明巖土體變形處于第一階段的變形狀態，屬于安全可控的穩定狀態。雖然巖土體處于穩定狀態，但周邊環境，如管線、建筑物如果未進行應力釋放，狀態恢復至初始狀態，仍處于危險狀態。

3 工程實例分析

杭州地鐵事故基坑，長107.5m，寬21m，開挖深度15.7～16.3m。設計采用800mm厚地下連續墻四道ф609鋼管支撐的圍護方案，地下連續墻深度為31.5～34.5m。基坑西側緊鄰風情大道，交通繁忙，重載車輛多，道路下有較多市政管線（包括上下水、污水、雨水、煤氣、電力、電信等）穿過，東側有一河道。

根據已有資料可知，2008年11月15日發生事故前最大沉降為316mm，超過規范報警值9～12倍，早已發出過藍色報警。“據媒體報道，就在常州地鐵塌陷事故發生前一個月，曾有人發現施工路段的路面出現裂縫”，表明黃色報警在前一個也發出過；“事發前，工地工友也發現基坑圍護墻面出現一道明顯的裂痕，有10米多長，寬度能伸進去一只手”，表明此時局部破壞，出現大于10mm的裂縫，橙色報警也應該發出，此時已經出現了局部破壞；最后當事故發生時，位移速率必然增大，位移加速度較大，紅色報警發出，表明事故發生。

根據已有資料可知，11月1日CX49（北端頭井東側地連墻）測斜管18m深處最大位移達43.7mm。大于報警值，也應發出藍色報警。2008年11月13日CX45號測斜管最大變形數據達65mm，超過報警值40mm，達到報警值的1.6倍。此報警系統涵蓋了事故的整體過程，報警處理要求具體，從而可大大提高基坑的安全度。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑工程監測技術規范：GB 50497—2009[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2]上海市市政工程管理局.上海地鐵基坑工程施工規程[Z].2000.

[3]上海巖土工程勘察設計研究院有限公司.上海市工程建設規范——基坑工程施工監測規程[Z].2006.

[4]中華人民共和國建設部.城市軌道交通工程測量規范：GB 50308—2008[S].北京：中國建筑工業出版社，2008.

[5]深圳市住房和建設局.深圳地區建筑深基坑支護技術規范：SJG 05—2011[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

[6]湖北省住房與城鄉建設廳.基坑工程技術規程：DB42/T 159—2012[S].北京：中國建筑工業出版社，2013.

[7]中華人民共和國建設部.建筑地基基礎工程施工質量驗收規范：GB 50202—2002[S].北京：中國計劃出版社，2002.

[8]胡義剛.深基坑工程支護樁水平位移監測報警閾值研究[D].武漢：武漢理工大學，2014.