吳 剛，楊志浩

（中國能源建設集團江蘇省電力設計院有限公司，江蘇 南京 211102）

0 引言

隨著我國城市建設步伐的不斷加快，土地資源供應與城市發(fā)展需求之間矛盾越來越突出，新建工程向地下方向垂直發(fā)展已成為未來城市發(fā)展的趨勢［1－2］。隨著交通、電力、民建等領域深基坑工程規(guī)模不斷擴大，深基坑工程施工面臨艱巨的挑戰(zhàn)，特別是在沿江、沿海等軟土地區(qū)，地質環(huán)境極其敏感脆弱，施工建設難度劇增，基坑事故頻發(fā)［3－5］。目前，相關研究局限于設計時通過數(shù)值模擬手段，進行基坑變形分析，以期優(yōu)化深基坑設計方案［6－7］，或基坑事故發(fā)生后開展基坑大變形破壞分析［8］。關于深基坑開挖過程中超大變形險情的相關研究尚屬空白。

本文以長江下游軟土地區(qū)某深基坑為研究對象，基坑尺寸140 m（長） ×20．1 m（寬） ×15．5 m（深） ，基坑采用1 000 mm@800 mm 咬合樁+1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐的圍護結構，通過分析基坑開挖期間出現(xiàn)的圍護結構超大變形和周邊較大地表沉降等發(fā)展變化規(guī)律，總結基坑大變形誘因，提出應急處置方案，并持續(xù)開展基坑監(jiān)測，驗證基坑處置效果，實現(xiàn)監(jiān)測動態(tài)指導施工。

1 工程概況

1．1 地層條件

依托長江下游地區(qū)某綜合型交通和電力樞紐地下構筑物深基坑，根據(jù)地勘報告，擬建場屬長江漫灘地貌?；娱_挖深度范圍主要土層為①－1雜填土、②－1b2－3粉質黏土、②－2b3－4淤泥質粉質黏土、②－3b2－3粉質黏土、②－2c2－3粉質黏土、③－1b1－2粉質黏土及③－2b2粉質黏土，如圖1 所示。

圖1 基坑土層分布圖

1．2 基坑支護與監(jiān)測方案

本站為地下二層框架結構，基坑深度約15．5 m，圍護結構采用1 000 mm@800 mm 鉆孔咬合樁，插入比為0．7 ～0． 82； 豎向設置四道支撐，第一道為800 mm ×800 mm 混凝土支撐，支撐水平間距為9 m，其余為609 mm×16 mm 鋼支撐，支撐水平間距為3 m。對坑內(nèi)潛水采用管井降水輔以明溝排水方式處理； 基坑標準段圍護剖面如圖2 所示。

圖2 基坑標準段圍護結構示意圖

基坑監(jiān)測項目包括圍護結構側向位移、圍護樁樁頂位移、支撐軸力、坑外水位、坑外地表沉降、管線沉降、周邊建筑物沉降等，本文著重分析圍護結構水平位移及坑外土體沉降。圍護樁體水平位移測點布設于圍護樁體內(nèi)，測點水平間距約10 m； 坑外土體沉降測點沿基坑周邊2 倍～3 倍開挖深度布置，各斷面水平間距15 m，斷面地表監(jiān)測點與基坑的距離為2 m，5 m，5 m，10 m，10 m，部分監(jiān)測點布置如圖3 所示，樁體變形和沉降變形控制值均為40 mm。

圖3 基坑部分監(jiān)測點布置圖

2 基坑超大變形預警分析

2．1 基坑開挖全過程主要監(jiān)測信息分析

圖4 為位于同一斷面的ZQT08 和ZQT32 測點處樁體水平位移曲線。由該圖可以看出，樁體水平位移呈現(xiàn)出中間大、兩頭小的“弓形”變形形態(tài)，基本符合Clough［9］提出的組合變形模式。兩測點最終水平變形均超控制值的430%。

圖4 圍護結構側向位移

基坑8 個地表監(jiān)測斷面的地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖5所示，數(shù)據(jù)顯示地表沉降槽呈兩端小、中間大的形態(tài)，符合“凹槽形”變形特征［10］。從圖5 可以看出，基坑沉降包絡曲線包含區(qū)域大，明顯超出Hsieh 和Ou［11］提出的沉降預測曲線。根據(jù)施工監(jiān)測方案，基坑周邊地表沉降監(jiān)測范圍為（2 m ～2．5 m） 基坑深度。然而監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示實際基坑開挖的影響范圍遠超過2 倍基坑深度。

圖5 地表沉降影響范圍

2．2 超大變形預警

基坑采用豎向分層、橫向分段的施工方式進行施工，按原施工計劃基坑橫向分為6 個施工段，豎向分為4 層開挖。基坑從5 月開始開挖，至8 月初，變形都較為穩(wěn)定，個別監(jiān)測點超過預警值。到8 月中下旬，第五施工段出現(xiàn)大變形預警，此時本基坑土方開挖已完成設計開挖土方總量的87%；第二道鋼支撐架設至16 軸，第三道鋼支撐架設至14 軸，第四道鋼支撐架設至13 軸。具體施工進度，如圖6 所示。

圖6 一期基坑8 月中下旬施工進度示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，8 月20 日，樁體測點ZQT08和ZQT32 累計側向變形分別達到了150 mm 和130 mm，近3 d 側向位移變化速率均超過10 mm/d，最大變化速率達15 mm/d； 地表測點DB34 －03 和DB09 －03 累計沉降分別達到了120 mm 和90 mm，近3 d 沉降量變化速率均超過5 mm/d，最大變化速率達10 mm/d。由此判定基坑處于不穩(wěn)定狀態(tài)，基坑整體發(fā)生超大變形。

2．3 超大變形誘因分析

根據(jù)基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)和現(xiàn)場施工情況，對基坑超大變形誘因進行分析。主要影響因素包含以下3 點：

1） 地質因素。

根據(jù)地勘報告，基坑上部處于②－2b3－4淤泥質粉質黏土層，該層土強度低、靈敏度高，對基坑變形影響較大?；拥谖宥翁幱冖冢?b3－4淤泥質粉質黏土層平均厚度7 m以上的位置，易出現(xiàn)圍護結構及地表超大變形，且第三道及第四道支撐完全處于淤泥質粉質黏土層中。由圖4 可知，第五段基坑開挖時，圍護結構最大水平位移出現(xiàn)于第三道和第四道支撐之間。因此地質條件對基坑的變形影響不容忽視。

2） 長期降雨。

7 月和8 月基坑所處地區(qū)降雨頻繁，一方面，長期降雨導致土體有效應力降低，土體參數(shù)弱化，抗剪強度降低，土體出現(xiàn)大變形趨勢；另一方面，受降雨影響，基坑施工停滯時間長，基坑超挖后，現(xiàn)場未能及時架撐，基坑暴露時間長，土體的蠕變作用加深，從而導致圍護結構及地表出現(xiàn)超大變形。

3） 成樁質量不佳。

基坑圍護結構選用鉆孔咬合樁，因第五到第六施工段淤泥質黏土層較厚，在咬合樁灌注混凝土的過程中，混凝土侵入樁體范圍外的土體，樁體充盈系數(shù)增大，“鼓肚”現(xiàn)象明顯，局部需鑿除侵限部分混凝土以滿足設計限界，削弱了咬合樁的整體剛度，咬合樁支護作用減弱。

3 應急處置方案

3．1 應急處置措施

1） 附加臨時支撐。

基坑超大變形發(fā)生后，施工方立即停止了土方開挖作業(yè)，緊急采取基坑圍護體系加固措施。針對第五段樁體變形最大部位（13 軸～14 軸） 的第三、四道鋼支撐處，附加臨時支撐，將鋼支撐水平間距由原方案的3 m 改為現(xiàn)方案的1．5 m，如圖7 所示。由于后續(xù)施工段測點已產(chǎn)生較大變形，且后續(xù)施工段的淤泥質粉質黏土層厚度仍然較大，因此后續(xù)施工段的第三、四道鋼支撐的水平間距均調整為1．5 m。

圖7 附加鋼支撐示意圖

2） 開槽支撐，先撐后挖。

為保證后續(xù)施工段的施工，在后續(xù)施工中嚴抓施工規(guī)范，嚴格執(zhí)行開槽支撐、先撐后挖、絕不超挖的方案，采用長臂挖機和小挖機進行后續(xù)的土方開挖。

3） 優(yōu)化施工段劃分。

原方案第四、第五施工段結構長度分別為25．3 m 和26 m。為加快分段封底速度，將原2 個較大施工段重新劃分為3 個較小的施工段，如圖8 所示。

圖8 施工段優(yōu)化劃分示意圖

3．2 應急處置效果

采取應急處置措施后，圍護結構側移變形速率如圖9 所示，從圖9 中可以看出，ZQT32 和ZQT08 測點水平位移速率明顯放緩，最終兩測點水平位移均控制在了200 mm 以內(nèi)。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯的波動，表明該基坑軟土地基靈敏度高，受擾動后極易發(fā)生變形。

圖9 圍護結構側移變形速率

由圖10 可知，在采取合理應急處置措施后，圍護結構最大側向位移值如圖10 所示，可以看出后續(xù)第六和第七段基坑開挖時的變形速率均控制在控制值以內(nèi)，最終圍護結構水平位移均控制在1．3%H以內(nèi)，有效控制了第五施工段超大變形對后續(xù)開挖的影響。

圖10 圍護結構最大側向位移值

4 結論

1） 施工監(jiān)測是基坑施工安全的重要保障，應當充分發(fā)揮施工監(jiān)控對工程設計驗證及修正作用。完整的施工監(jiān)測資料是基坑工程地質條件和支護形式在施工過程中的真實反映，是各種復雜因素影響下基坑系統(tǒng)的綜合體現(xiàn)。

2） 本基坑處于軟土地區(qū)，歷經(jīng)幾十年難遇的超強雨季，基坑圍護結構深層水平位移和地表沉降均遠超控制值。在基坑出現(xiàn)過大的變形時，應加強巡視、加密監(jiān)測，并及時采取應急措施，通過即時架設臨時鋼支撐、優(yōu)化施工段劃分等方式，增強基坑支護體系作用、減少基坑暴露時間，有效降低基坑變形速率，增強基坑穩(wěn)定性。

3） 地質因素、外部氣象條件因素及施工因素導致基坑的過大變形不可忽視。從地質條件、外部氣象條件上來看，設計、施工階段應對工程場區(qū)地質條件、外部氣象條件充分掌握，從源頭采取可靠措施以應對；從現(xiàn)場施工情況看，施工中施工質量不達標、超挖、鋼支撐架設不及時等現(xiàn)象屢見不鮮，基坑施工時，必須充分遵循相關的規(guī)范及準則。同時基坑超大變形不是以上單因素的簡單疊加，而是單因素引起的連鎖反應，因此軟土深基坑建設要提高工程質量，必須考慮周全，嚴格把關，將工程風險降至最低。