復雜環境條件下深基坑實施過程風險管控與技術措施

夏則愛

上海市建工設計研究總院有限公司 上海 200235

近年來，隨著我國經濟水平的大幅提升，建筑行業得到蓬勃發展，持續增加的高層建筑和地下工程往往面臨著深基坑的施工。然而深基坑施工過程技術復雜，涉及范圍廣，不可避免地受到自然及人為因素的影響而出現施工風險。

特別是復雜環境條件下的深基坑施工，更加需要對其施工風險進行充分分析，采取科學合理的針對性技術方案和管理措施，最大程度地減小深基坑施工中的安全風險，避免發生嚴重的施工事故。

在上海市虹口區江灣鎮街道HK0014-06號地塊新建項目的建設過程中，項目基坑開挖深度達15.9 m，建設環境極其復雜，周邊緊鄰老式住宅小區，東側緊鄰軌道交通3號線和淞滬鐵路。

在設計及施工各階段采取相應的技術措施，通過嚴密組織與精細化管理，根據監測數據分析情況，及時采取相應的變形控制措施；并加強信息技術手段的利用，進行基坑施工模擬及變形趨勢曲線自動分析，全面提升深基坑施工風險應對能力，進而保證基坑工程的施工質量及安全。

1 工程概況

1.1 項目基本概況

上海市虹口區江灣鎮街道HK0014-06號地塊新建項目為EPC項目，位于虹口區江灣鎮356街坊，屬于虹口區江灣鎮中心位置，旨在為業主打造一座集現代商業、辦公于一體的商辦綜合體。

項目規劃用地面積約10 270 m2，總建筑面積約53 000 m2，其中地上建筑面積約29 000 m2，地下建筑面積約24 000 m2。地上建筑由1棟13層辦公樓附帶5層裙房和1棟3層商業樓組成，建筑高度為57.65 m。地下共有3層，其中地下1層為商業，地下2層、3層為停車庫（圖1）。

圖1 項目效果圖

項目建筑容積率為2.5，綠化率為20%，為二星綠建標準建筑。項目實施裝配式建筑，單體預制裝配率不低于40%。建筑地面標高高于鄰近市政道路中心線標高0.30 m以上，±0 m標高相當于絕對高程＋4.60 m；場地自然地面平均絕對高程為＋3.90 m。

1.2 項目基坑概況

項目基坑面積7 650 m2，基坑周長約360 m（東西向長86.6 m，南北向長116.0 m），開挖深度15.9 m（集水井、電梯井落深1.5～3.0 m）；基坑采用順作法施工，圍護結構采用地下連續墻，地下連續墻與地下結構外墻結合采用“復合墻形式”，靠近軌道交通3號線的東側地下連續墻厚度為1 000 mm，其余三側厚度為800 mm，地下連續墻深31.5～36.0 m；豎向設置3道鋼筋混凝土支撐，支撐信息如表1所示。

表1 3道鋼筋混凝土支撐具體信息

基坑安全等級為一級，環境保護等級為一級；由于同時處于軌道交通3號線和淞滬鐵路的安全保護范圍內，應軌道交通和鐵路保護要求，基坑劃分為南北兩個分區，其中南側（1區）面積為3 750 m2，北側（2區）面積為3 900 m2（圖2）。

圖2 項目基坑平面與立面

基坑主要依靠地下連續墻進行自防水，地下連續墻防水等級為P8級；基坑開挖范圍以淤泥質軟弱土層為主，含水量高、滲透系數差，基坑局部采用高壓旋噴樁加固。

1.3 地質及水文條件

工程場地位于長江三角洲沖積平原上，地貌類型屬濱海平原，場地地勢平坦，在本次勘探深度內均為第四系土層，根據收集的資料及本次勘察成果，本場地處于古河道分布區，其中⑥、⑦層土缺失。工程場地的地基土根據成因及性質劃分為7個工程地質層及分屬不同地質層的亞層，其分布情況自上而下為：①雜填土、③1淤泥質粉質黏土、③2黏質粉土、③1淤泥質粉質黏土、④淤泥質黏土、⑤1黏土、⑤2砂質粉土、⑤3粉質黏土、⑧1粉質黏土、⑧2粉質黏土夾黏質粉土。

場地淺部地下水屬潛水類型，主要賦存于淺部地層中的填土、黏性土、粉性土和黏性土層的砂土夾層中。補給來源主要為大氣降水與地表徑流，實測得地下水埋深在地表以下0.90～2.20 m。主要含水層為⑤2砂質粉土層，夾較多薄層粉砂，滲透性相對較好，水平滲透系數一般為2.03×10－4cm/s，屬中等透水層，水位埋深為地面下3.45～4.11 m。主要含水層為⑨1粉砂層，為上海市第二承壓含水層，屬良好含水層，富水性和滲透性好；根據上海地區已有工程的長期水位觀測資料，⑨1層中的承壓水的水位呈年周期性變化，水位埋深的變化幅度一般在3.0～11.0 m。

單獨作戰很難在激烈的市場競爭中有所發展，實行橫向合作，進行連鎖經營是今后農機維修行業主要發展方向，連鎖經營一方面可以充分發揮企業現有的資源和技術力量、規范農機市場，另一方面可以第一時間獲得新的技術，使新技術得到更快速的應用，遇到問題時解決更快，更有利于經驗交流，從而更快提高從業人員的綜合素質。第三可以擴大知名度，形成品牌，贏得市場份額。

1.4 基坑周邊環境

項目周邊環境復雜，東側緊鄰軌道交通3號線和淞滬鐵路?；娱_挖邊線與軌道交通高架橋墩基礎最近距離18.1 m，與鐵路鐵軌邊線最近距離11.1 m。南側為市政道路萬安路，道路下方埋設有供電、配水、雨水等多條市政管線，與基坑最近的管線為供電管線，距離為7.7 m；基坑開挖邊線與萬安路南側小區建筑最近距離為19.6 m。西側鄰近老式居民樓華進公寓和宗教建筑三觀堂，基坑開挖邊線與兩處建筑物最近距離分別為12.0 m和14.2 m。北側為市政道路仁德路，道路下方埋設有供電、雨水、污水等多條市政管線，與基坑最近的管線為供電管線，距離為10.0 m?；娱_挖邊線與仁德路北側小區建筑的最近距離28.5 m（圖3）。

圖3 基坑周邊環境示意

2 在設計階段統籌考慮基坑風險控制措施

在基坑圍護設計階段，充分考慮地質水文條件及周邊環境復雜因素，統籌計劃深基坑實施全過程的風險控制措施。圍護設計采用同濟啟明星FRWS7.2進行驗算，支撐系統采用同濟啟明星BSC4.1進行計算，對基坑整體穩定性、抗傾覆、墻底抗隆起、坑底抗隆起、圍護樁變形及內力、支撐內力及變形等進行精心計算；并通過有限元數值模擬計算分析基坑開挖施工過程對周邊環境的影響，根據有限元計算結果，并結合實際工程經驗，分析判斷基坑開挖對周圍環境的影響程度。

同時，根據本基坑及周邊環境的特殊情況，采取了一些特定的技術措施，更加有利于實現深基坑實施過程的安全控制及周邊環境的保護要求。

1）采用T形幅地下連續墻技術。為考慮針對軌道交通3號線、淞滬鐵路的保護要求，在基坑東側采用T形幅地下連續墻，以增強地下連續墻剛度，從而有效控制基坑變形，確保軌道交通和鐵路的變形控制要求。通過本項目基坑施工實踐，T形幅地下連續墻有效地控制了周邊環境的水平和豎向變形，為軌道交通安全保護區范圍的建設項目探索出一條新的變形控制技術措施。

2）基坑周邊多為6、7層的老公房，房屋建造時間較久，基礎均比較薄弱（大多為條形基礎或筏板基礎），而且與基坑開挖邊線距離較近，特別是西北側的華進公寓，與基坑開挖邊線最近距離僅為12 m。為了控制基坑開挖過程的變形傳遞，在該位置地下連續墻外側先行沉入1排隔離樁（鉆孔灌注樁）。通過本項目實踐，隔離樁有效地控制了變形的傳遞，確保了鄰近老式建筑物的良好狀態（圖4）。

圖4 T形幅地下連續墻和隔離樁平面布置

3）研究采取特殊技術措施，在地下1層、地下2層先后設置鋼管斜拋撐，以控制中隔墻及基坑變形，實現1區B2板完成后提前開展2區基坑開挖的施工，在控制基坑風險的基礎上進行1區、2區兩個分區的交叉施工。通過以上施工措施，既較好地控制了基坑變形趨勢，又在較大程度上加快了基坑施工進度，基坑施工風險得到很好的控制。

3 嚴格控制基坑工序安排及施工流程

3.1 精心組織基坑降水分析及井點布置

在基坑正式開挖施工之前，針對第⑤2層開展現場群井抽水試驗，通過抽水試驗定性判定圍護結構（地下連續墻、三軸止水帷幕）施工對含水層的隔水效果；利用先期完成的坑內第⑤2層的抽水井、觀測井，坑外第⑤2層的觀測井，通過群井抽水試驗驗證前期降水設計的合理性，并根據抽水試驗結果調整后續施工的減壓深井。

根據計算分析，基坑共計布井55口。其中疏干井30口，減壓井12口，坑內減壓井備用兼觀測井4口，坑外承壓水水位觀測井兼應急回灌井9口。

3.2 嚴格控制深基坑開挖施工流程

在基坑開挖過程中，嚴格控制分區分塊依次開挖，確保先撐后挖；先中間后周邊，控制土壓力有序釋放。做到隨挖隨撐，嚴禁超挖，確保每塊區域的支撐在開挖后24 h內形成。開挖至基底標高后，應及時澆筑墊層，快速形成底板，以減少基坑大面積暴露時間，控制基坑的回彈隆起。本基坑按照施工總體計劃，先施工1區，再施工2區（圖5）。

圖5 基坑施工流程示意

3.3 認真落實基坑監測及數據分析

按照專家評審的基坑監測方案布置相應的監測點，做好基坑圍護結構體系和周邊環境的監測。其中基坑圍護結構體系監測包括：圍護墻頂水平、豎向位移監測，圍護墻體、土體深層水平位移監測，支撐軸力監測，坑外水位觀測，立柱豎向位移監測。周邊環境監測項目包括：坑外地表豎向位移監測，周邊建（構）筑物豎向位移監測，地鐵高架橋墩豎向位移監測，鐵路路基水平、豎向位移監測，周邊地下管線水平、豎向位移監測，周邊建（構）筑物裂縫觀測。

在深基坑施工過程中，認真做好基坑監測數據的分析。當日變形量達到報警值或累計變形量達到報警值時，立即協調并采取相應的技術措施，控制或緩解變形趨勢的發展。

4 應用信息技術加強基坑風險控制

充分應用項目BIM模型及基于模型的協同管理平臺等信息技術手段，更好地促進深基坑施工過程的安全風險管控。

1）應用BIM模型進行施工模擬，提前采取風險控制措施。應用BIM模型進行深基坑施工模擬，不僅有利于優化施工組織及施工流程，而且可以提前進行風險預判，并及時采取針對性的風險控制技術措施，以確保深基坑的施工安全。

2）利用基于BIM模型的協同管理平臺加強監測數據分析。將監測數據導入基于BIM模型的協同管理平臺，在協同管理平臺中加強監測數據分析，自動生成監測數據變形趨勢曲線圖。當日變形量或累計變形量達到警戒數值時，立即顯示報警提示，以便及時采取相應的技術控制措施。

5 結語

根據監測數據，本項目基坑施工期間周邊環境變形始終處于可控狀態，最終監測數據部分超過報警值，市政管線、小區建筑、鐵路路基及圍墻等監測點最大累計變形量超出報警值10～20 mm；其中基坑圍護深層水平位移部分監測點累計變形量超出報警值較大，超出40～60 mm。但重要建（構）筑物的變形控制較為理想，軌道交通3號線高架橋墩垂直位移監測點最大累計變形量為－6.8 mm。

監測結果表明，項目深基坑在圍護結構施工、基坑開挖、底板澆筑直至地下結構回筑施工完成期間，變形均處于可控狀態。針對深基坑施工風險進行事先分析，設計及施工階段采取相應的技術措施；施工過程中加強組織與管控，充分利用信息化管理手段，確?；邮┕わL險控制，以及周邊環境的安全，順利完成了深基坑施工任務，取得了良好的社會和經濟效益。