歐陽明

（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司 湖北武漢 430000）

0 引言

深基坑施工過程中存在許多風(fēng)險(xiǎn)，包括滲流破壞、支護(hù)失穩(wěn)、基坑內(nèi)滑坡、踢腳破壞、底部隆起、承壓水突然涌出等。在可接受的范圍內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控成為必不可少的措施。

目前，深基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級已基本根據(jù)其監(jiān)測數(shù)據(jù)確定，并結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。在施工過程中，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以獲得深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和水平。為了更直觀，更清晰地判斷深基坑在施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)狀況，根據(jù)基坑監(jiān)測報(bào)警值對風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行分類，并采用數(shù)值模擬方法對深基坑的應(yīng)力和變形進(jìn)行分析。基坑在幾種施工條件下根據(jù)定義的風(fēng)險(xiǎn)等級，確定每種施工條件下深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。該研究為確定不同條件下深基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)水平提供了一種新的參考方法。

1 基于監(jiān)測報(bào)警值的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)等級劃分

安全等級不同的基坑對各種監(jiān)控項(xiàng)目的要求也不同，而對這三個安全等級都具有監(jiān)控要求的項(xiàng)目是圍墻頂部的水平和垂直位移，這表明該項(xiàng)目在圍巖中具有代表性。因此，在劃分深基坑風(fēng)險(xiǎn)等級時(shí)，以墻頂水平位移和垂直位移的報(bào)警值作為參考值?；拥纳罨邮前踩?，上海地區(qū)的深基坑一般采取圍護(hù)地下連續(xù)墻的形式，達(dá)到地下連續(xù)基坑中建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB 50497—2009）的水平。墻體頂部水平位移和垂直位移監(jiān)控報(bào)警值。同時(shí)，在實(shí)際項(xiàng)目中，報(bào)警值為70%～80%。

基坑變形太大往往會導(dǎo)致基坑事故，基坑變形程度不同代表不同的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。所以說，依據(jù)基坑的變形大小來劃分基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級。在項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評估過程中，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)級別分為5個級別，同時(shí)還包括風(fēng)險(xiǎn)描述和風(fēng)險(xiǎn)接受標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)險(xiǎn)等級基于深基坑監(jiān)測報(bào)警值，根據(jù)建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)（GB 50497—2009）以及（DG/T J08-61—2010）根據(jù)基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)范對深基坑監(jiān)測報(bào)警值的要求，建立了4級風(fēng)險(xiǎn)等級，相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)描述等級和風(fēng)險(xiǎn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，將監(jiān)測報(bào)警值70%作為分類標(biāo)準(zhǔn)的第一，第二風(fēng)險(xiǎn)等級。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級、風(fēng)險(xiǎn)描述及接受準(zhǔn)則

2 深基坑工程概述

2.1 深基坑工程內(nèi)容

（1）巖土工程勘察。確定巖土參數(shù)和地下水文參數(shù)。測量周圍的建筑物，地下管道和埋藏的材料。

（2）信封結(jié)構(gòu)。包括邊坡開挖，水泥土攪拌樁，地下連續(xù)墻，土釘墻和錨固。深基坑支護(hù)形式應(yīng)根據(jù)地下水文條件，巖土地質(zhì)條件和工程特點(diǎn)綜合確定。

（3）保護(hù)周圍環(huán)境和地下管線。首先，應(yīng)調(diào)查地下管線的地下管線，采取保護(hù)措施，并注意施工對周圍環(huán)境和建筑物的影響。

（4）后期監(jiān)控程序。根據(jù)深基坑的不同情況，選擇不同的監(jiān)測方案，并通過計(jì)算機(jī)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，以保證施工的順利進(jìn)行。

2.2 深基坑工程特點(diǎn)

2.2.1 環(huán)境性

深基坑工程不僅與水文地質(zhì)條件有關(guān)，而且與深基坑和周圍建筑物的位置有關(guān)。如果有必要控制支撐并保持結(jié)構(gòu)變形，則必須調(diào)查場地周圍的環(huán)境，尤其是要保護(hù)的地下地下管線和建筑物，這些區(qū)域必須與施工現(xiàn)場保持一定距離。相反，如果深基坑的周圍區(qū)域相對開放并且不需要特殊保護(hù)的建筑物，則深基坑的設(shè)計(jì)需要深基坑的穩(wěn)定性控制設(shè)計(jì)。因此，必須明確調(diào)查深基坑的周圍環(huán)境。

2.2.2 理論性

深基坑土變形的關(guān)鍵因素是土壓力，不能通過土壓力公式簡單計(jì)算土的復(fù)雜性和多樣性，對于深基坑的安全變形和穩(wěn)定性，這是不確定的。一方面，由于土壤的復(fù)雜性和多樣性，土壤抗剪強(qiáng)度的變化，作用時(shí)間的不確定性以及深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，土壤壓力不理想。另一方面，支撐結(jié)構(gòu)不僅具有自身的穩(wěn)定性，而且還涉及滲透率和滲流的概念，這就需要將土力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)，流體力學(xué)和其他力學(xué)結(jié)合起來，以實(shí)現(xiàn)其理論的多樣性。因此，深基坑的理論計(jì)算有待于進(jìn)一步完善。

3 數(shù)值模擬分析各工況下深基坑的風(fēng)險(xiǎn)等級

開挖深基孔的方法也會影響深基孔的變形，例如，基臺的安裝時(shí)間，無基臺的深基孔的暴露時(shí)間，懸臂開挖深度，基臺結(jié)構(gòu)和基臺的構(gòu)造順序。這些因素在地面承載力較低的軟土地區(qū)尤為突出。由于基臺的施工過程和預(yù)應(yīng)力的大小可以有效地控制深基坑的變形，因此必須注意基臺的及時(shí)安裝和基臺模板的澆鑄。

深基坑位于高水位地區(qū)。降水過程將導(dǎo)致土壤水分流失，孔隙水壓力消散，土壤壓力升高，土壤中孔隙的壓實(shí)以及深基坑表面的土壤沉降。深基坑脫水后，深基坑外的支護(hù)結(jié)構(gòu)和土層將有相應(yīng)的水平位移和沉降。

隨著深坑的開挖，深坑內(nèi)外的土壤應(yīng)力發(fā)生變化，土壤中的氣壓不斷消失，土壤壓力不斷升高，最終達(dá)到凝固固結(jié)狀態(tài)。在此過程中，土壤變化成為深坑變形。

深坑事故有許多危險(xiǎn)因素，例如過度鉆探，堆放，降水不足，土壤超負(fù)荷，支撐基座的安裝以及止水結(jié)構(gòu)的損壞。凹坑變形的程度取決于每個因素的嚴(yán)重程度。為了更直觀地確定各種風(fēng)險(xiǎn)因素作用下深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀況，以上海國際金融中心項(xiàng)目為例，建立數(shù)值模型，分析深基坑在不同工作狀態(tài)下的變形，然后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)級別確定深基坑的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

3.1 工程概況和數(shù)值模型建立

上海國際金融中心項(xiàng)目位于上海市朱林路以東（規(guī)劃中），張家派河以北，楊高南路以西。它毗鄰北部的竹園商業(yè)區(qū)2-16地塊?；用娣e約48860m2，周長約950m，開挖深度為26.6~28.8m。在基坑北部，有楊高南路雨水抽水站，位于基坑開挖深度的1倍范圍內(nèi)。根據(jù)上海標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DG/T J08-61—2010）的規(guī)定，北部洋高南路雨水泵站區(qū)域基坑工程的環(huán)保等級為1級，基坑一般區(qū)域基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級為二級。

3.2 數(shù)值模擬結(jié)果分析

根據(jù)工地現(xiàn)場實(shí)際情況和土層物理力學(xué)性質(zhì)，運(yùn)用PLAXIS2D軟件建立有限元模型，模擬在不同超挖和堆載情況下基坑圍護(hù)墻頂部的水平位移量和豎向位移量。

通過數(shù)值模擬得出，超挖量分別為基坑深度的0、2%、4%、6%、8%、10%，和地面堆載分別為 0kPa，10kPa，20kPa，30kPa，40kPa，50kPa

時(shí)的圍護(hù)墻變形量，通過參照表2中建立的風(fēng)險(xiǎn)等級分類標(biāo)準(zhǔn)，建立了不同類型的超開挖和堆放荷載的基坑風(fēng)險(xiǎn)等級，并建立了現(xiàn)場施工狀態(tài)與基坑風(fēng)險(xiǎn)等級之間的相對直觀的關(guān)系。

3.3 不同風(fēng)險(xiǎn)因素作用下基坑的變形分析

在此數(shù)值模擬中，我們分析了超開挖和堆積對深基坑變形的影響。在具有不同超采量和不同層數(shù)的地下室中進(jìn)行變形分析（主要為圍護(hù)墻頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰疲?，?shù)值分析結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

由圖1和圖2可以看出，不同超挖工況下，圍護(hù)墻頂部發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移。同時(shí)，通過對比數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)墻頂部的水平位移量較之豎向位移更接近報(bào)警值，更能反映基坑此時(shí)處于風(fēng)險(xiǎn)等級較高的狀態(tài)。

4 結(jié)論

（1）基坑的變形觀測包括很多項(xiàng)目，基坑的所有三個安全等級都需要觀測圍欄頂部的水平和垂直位移，這兩個項(xiàng)目在基礎(chǔ)中具有代表性。因此，它被用作基本礦坑風(fēng)險(xiǎn)分類的參考值。

圖1 不同超挖情況下深基地坑圍護(hù)墻的變形

圖2 不同堆載情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

（2）當(dāng)超限和過載不同時(shí)，圍欄頂部在一定程度上發(fā)生了水平位移和垂直位移。擋土墻頂部的水平位移比垂直位移更接近坑的變形預(yù)警值。因此，在分析中，以擋土墻頂部的水平位移為指標(biāo)來判斷礦坑風(fēng)險(xiǎn)等級。

（3）根據(jù)數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，當(dāng)土壤覆蓋率達(dá)到6%，地面荷載達(dá)到10kPa時(shí)，該坑的風(fēng)險(xiǎn)等級為3級。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級的描述，在第三個施工期間不會在坑中發(fā)生任何風(fēng)險(xiǎn)。因此，過度開挖量不應(yīng)超過6%，地面荷載不應(yīng)超過10kPa。如果過大的開挖量超過6%或地面荷載超過10kPa，則應(yīng)采取措施以確?；拥陌踩?。根據(jù)相關(guān)專家的施工經(jīng)驗(yàn)，該方法的評價(jià)結(jié)果可為深井建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)防范提供參考。