深基坑变形报警方法研究

顾琴 张荣宽

摘 要：深基坑开挖导致基坑周围土体的水平位移和竖向位移，可能会致使周边建筑出现裂缝，严重的会导致周边建筑失稳，所以在基坑的施工过程中需要密切关注基坑的变形情况。本文提出一种深基坑变形报警方法，建立基坑变形控制指标体系，基于该指标体系设置报警级别并进行报警。指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成，所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值，所述变形加速度具有对应的第四报警值。该报警方法可以及时准确地评价基坑的安全状态，提高基坑施工的安全度。

关键词：基坑变形；指标；报警

中图分类号：U25 文献标识码：A 文章编号：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 背景技术

地铁是解决大城市交通拥堵问题的重要交通方式之一。地铁车站的基坑一般具有长、深的特点。处于软土地区的深基坑，由于周边建筑较多且距离较近，控制基坑变形至关重要。目前國内多个规范[1-4]已对基坑变形给出了明确的报警值，一般有累计报警值和速率报警值。设计文件也参考相应规范，给出了严格的报警值，其初衷是为了更好地控制变形量。当现场变形值超过报警值时，设计文件会标明加强监测，必要时进行注浆加固。深圳地区建筑深基坑[5]对支护结构水平位移控制值规定如表1所示。

湖北省地方标准《基坑工程技术规程》中规定[6]，对于基坑监测项目的监控报警值，如设计有要求时，以设计要求为依据，如设计无具体要求时，可按如下变形量控制：重要等级为一级的基坑，边坡土体、支护结构水平位移（最大值）监控报警值为30mm；重要等级为二级的基坑，边坡土体、支护结构水平位移（最大值）监控报警值为60mm。《建筑地基基础工程施工质量验收规范》将开挖深度大于15m的基坑均作为一级基坑[7]，对照表1可知，基坑等级越高，控制变形越严，控制值越小。而实际是基坑开挖深度愈深，则变形相对愈大，于是形成了一对矛盾，因此在实际工程中基坑变形是很容易达到规范规定的变形累计报警值。目前存在的突出问题是，当基坑变形达到报警值后，如何处理？这是一个非常重要的问题。目前的行业规范及设计文件对基坑变形报警的规定存在如下问题。

①报警值所代表的意思不明确。变形报警值有速率报警值和累计报警值。当现场变形值大于报警值时就应该报警，于是这个“报警值”所表达的意思是“变形比较大，达到报警值”。由于影响基坑变形的因素复杂，纯粹报警反映基坑什么状态不明确。基坑地表变形、围护结构的深层水平位移的速率报警值2mm/d。软土基坑在开挖过程中首先是坑内卸荷，必然引起坑内外土压力的不平衡。于是岩土就有较大的变形增大发展阶段，在这个阶段中岩土体结构通过变形达到力的重新分布，与基坑安全度关系不大。因此，在这个阶段中，软土变形很容易达到报警值，但不直接表示基坑不安全；这个阶段的变形速率很大，达到2～5倍，甚至更大。胡义刚[8]指出基坑变形速率为4～20mm/d，但并未有明显的事故迹象出现。

②各测项的报警值与结构变形破坏现象关联性不一致。基坑围护结构变形值、地表下沉量达到报警值时，现场不会有明显的变形破坏现象。即使地表下陷，所造成的影响也很小；压线管规定的沉降报警值是10～30mm。《建筑基坑工程监测技术规范》中5.3.7条规定不能用直接点时就用间接点，间接点就是地表点。但报警值是参考地表点还是管线点的要求，规范并没有明确。另外，建筑物沉降报警值为倾斜率0.2%，有资料及现场经验证明，一般建筑物的倾斜率接近0.2%时，就出现开裂现象，从而引起纠纷，造成一定的社会影响。因此，建筑物沉降的报警值已经表明建筑物有破坏现象，而地表沉降的报警值表明还没有破坏现象，这个报警的结果所形成的后果是：一方面许多基坑变形值已经达到规范、设计文件中变形极限值，但由于现场大部分无明显破坏现象，如大于10mm的裂缝、错台、陡坎现象，更无重大事故发生；另一方面，加固措施的实施也存在一定的工程风险，从而大大削弱了报警的基本作用。这种现象并非个别基坑，而是具有一定的普遍性。因此，目前规范中报警值既不利于变形控制，也不利于建筑物的保护。

③报警后设计文件、现有的基坑规范、基坑研究成果中均没有给出具体的，与各测项变形报警值相关的处理方案，更没有说明加固措施实施的内容。目前，工程设计文件中处理措施无非是加强监测、注浆加固。现场施工单位出于注浆施工的风险性，减少次生灾害的可能性，并考虑到现场无明显的灾害特征，因此一般不会采取加固措施，只要求监测单位加强监测。加强监测其实不能作为基坑变形的控制措施，因为通过监测已经发现了问题，并且报警警示了，还需加强监测的意义明显不合理，这是不相信监测结果，无视报警工作，不愿采取有效措施避免事故发生的管理工作。由此可导致玩忽职守、埋下安全隐患，最终酿成重大事故的发生。

总之，目前基坑变形报警方法存在严重缺陷。这种带有严重缺陷的报警工作严重影响了现场工程师对基坑安全性的工程判断，使报警工作形同虚设，导致施工承包单位对报警司空见惯，设计单位无可奈何，建设单位束手无策，监管单位视而不见。

为了克服现有技术存在的不足，本文研究了一种深基坑变形报警方法。

2 预警方案设计

2.1 变形控制指标体系建立

岩土体是典型的黏弹塑性体，具有明显的流变性，其应力、应变状态随时间的变化而变化。在荷载作用下，岩土体变形发展有三个阶段：第一阶段是变形速率（[?ε?t]）随时间而呈下降趋势，此阶段属于稳定阶段，变形加速度为负值；第二阶段是变形速率不变，即[?ε?t=常数]，这一段是直线，说明此阶段变形加速度为零；第三阶段变形速率随时间而呈上升趋势，随后破坏，说明此阶段变形加速度为正值。根据岩土体变形规律，分析基坑变形的产生、发展与破坏过程可知，某一荷载作用下的基坑变形的产生、发展遵从岩土体变形规律。因此，所有基坑变形均有时间效应，同时作为空间实体的岩土体受边界约束的影响而产生空间效应。根据这一特性，建立了基坑安全度的变形控制指标体系，即累计变形量、变形速率及变形加速度3种变形控制关键指标。

2.2 报警系统设置

为解决上述技术问题，本论文基于指标体系设置报警级别并进行报警，所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值，所述变形加速度具有对应的第四报警值。基坑变形的报警四级为：蓝色报警、黄色报警、橙色报警及红色报警。当累计变形量及变形速率均达到对应的第一报警值时，启动蓝色报警，表示该处变形累计变形量较大，或者变形速率较大，该蓝色报警用于第一提醒，提醒设计者分析原因，确定现场变形情况是否与设计状态一致，如果不一致，需要变更设计，防止以后出现更为严重的报警。

当累计变形量及变形速率均达到对应的第一报警值时，或者累计变形量、变形速率单项达到对应的第二报警值时，启动黄色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率较大，对基坑安全产生威胁，局部出现了小于1mm的细小裂缝、错台等现象，该黄色报警用于警告工程各方事故即将发生，要求工程各方及时安排险情出现前的补救工作。

当累计变形量及变形速率均达到对应的第二报警值时，或者累计变形量、变形速率单项达到对应的第三报警值时，加速度未达到报警值，启动橙色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率较大，对基坑安全产生严重威胁，出现了局部明显的、大于10mm的裂缝、错台、陡坎现象。该橙色报警是工程失稳前的特征，用于要求局部停止施工，进行局部抢险工作。

在橙色报警基础上，当变形加速度达到对应的第四报警值时，启动红色报警，表示基坑大范围处于滑动状态，事故已经发生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作业，调集机械、车辆、人员迅速进入抢险、救护状态。

蓝色报警只是起到了工程危险的提醒作用，黄色报警具有警示作用，橙色报警起到了告诫作用，红色报警起到了对事故的通报作用。具体地，在每次报警后，如采取措施消除了变形所引起的工程灾害的可能性，使危险源恢复至初始状态后，则消除此项报警，变形归零处理，重新计算以后的变形量。如果变形速率在减小，则表明岩土体变形处于第一阶段的变形状态，属于安全可控的稳定状态。虽然岩土体处于稳定状态，但周边环境，如管线、建筑物如果未进行应力释放，状态恢复至初始状态，仍处于危险状态。

3 工程实例分析

杭州地铁事故基坑，长107.5m，宽21m，开挖深度15.7～16.3m。设计采用800mm厚地下连续墙四道ф609钢管支撑的围护方案，地下连续墙深度为31.5～34.5m。基坑西侧紧邻风情大道，交通繁忙，重载车辆多，道路下有较多市政管线（包括上下水、污水、雨水、煤气、电力、电信等）穿过，东侧有一河道。

根据已有资料可知，2008年11月15日发生事故前最大沉降为316mm，超过规范报警值9～12倍，早已发出过蓝色报警。“据媒体报道，就在常州地铁塌陷事故发生前一个月，曾有人发现施工路段的路面出现裂缝”，表明黄色报警在前一个也发出过；“事发前，工地工友也發现基坑围护墙面出现一道明显的裂痕，有10米多长，宽度能伸进去一只手”，表明此时局部破坏，出现大于10mm的裂缝，橙色报警也应该发出，此时已经出现了局部破坏；最后当事故发生时，位移速率必然增大，位移加速度较大，红色报警发出，表明事故发生。

根据已有资料可知，11月1日CX49（北端头井东侧地连墙）测斜管18m深处最大位移达43.7mm。大于报警值，也应发出蓝色报警。2008年11月13日CX45号测斜管最大变形数据达65mm，超过报警值40mm，达到报警值的1.6倍。此报警系统涵盖了事故的整体过程，报警处理要求具体，从而可大大提高基坑的安全度。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑工程监测技术规范：GB 50497—2009[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2]上海市市政工程管理局.上海地铁基坑工程施工规程[Z].2000.

[3]上海岩土工程勘察设计研究院有限公司.上海市工程建设规范——基坑工程施工监测规程[Z].2006.

[4]中华人民共和国建设部.城市轨道交通工程测量规范：GB 50308—2008[S].北京：中国建筑工业出版社，2008.

[5]深圳市住房和建设局.深圳地区建筑深基坑支护技术规范：SJG 05—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

[6]湖北省住房与城乡建设厅.基坑工程技术规程：DB42/T 159—2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[7]中华人民共和国建设部.建筑地基基础工程施工质量验收规范：GB 50202—2002[S].北京：中国计划出版社，2002.

[8]胡义刚.深基坑工程支护桩水平位移监测报警阈值研究[D].武汉：武汉理工大学，2014.