武汉某基坑开挖风险控制分析

刘 勇，伊丽娟，张君仁

（1.山西大同大学建筑与测绘工程学院，山西 大同 037003；2.大同煤炭职业技术学院，山西 大同 037003）

随着城市现代化建设的发展，地下空间的利用从尝试阶段走向广泛利用阶段，基坑工程的深度不断加深，规模不断增大，加之基坑工程自身隐蔽性、复杂性、不确定性等特点，使得其在工程建设中面临的风险也越来越大。深基坑工程在施工过程中一旦出现了事故，往往会造成巨大的经济损失，甚至是人员伤亡，从而对社会产生较大的不良影响[1]。因此，在深基坑工程的施工过程中，降低事故发生的概率、减小事故产生的损失，成为工程建设人员必须面对又急需重视的一个课题，风险分析及控制为此提供了一条可行的途径。

1 工程概况

武汉市某住宅楼主体由三栋25 层商住楼及二层整体裙房构成，下设一层整体地下室。地下室面积8 118.9 m2。三栋高层各为点式楼，平面上总体构呈“L”形，总高度80 m，建筑总占地面积2 902.7 m2。基坑东西向长约100 m，南北向宽约96 m，基坑面积约为8 200 m2，±0.0相当于绝对标高21.55 m(黄海高程)。自然地面标高约为19.84～21.00 m。底板垫层底的标高是-5.85 m。基坑周边绝大部分开挖深度按区段自然地面标高考虑，开挖深度为5.1～6.65 m。

场地在勘察深度范围内的地层依次为：1 杂填土，2-1 粘土，2-2 淤泥质粘土，2-3 粘土夹粉土，3-1 细砂，3-2 粉砂，3-3 细砂，3-3a 粉质粘土，3-3b细砂，4-1强风化泥岩，4-2 中风化泥质粉砂岩、砂岩、砾岩。

场地地下水分上层滞水和下部层间孔隙承压水。场地原为湖塘，上层滞水赋存在场地表层杂填土层中，地表排水及大气降水是主要的补给方式，填土层透水性较好，水量有限。在进行详细工程地质勘察工作期间，测得水位埋深0～1.25 m，相当于标高19.19～20.50 m。场地南侧马路路面标高20.9 m，拟建筑物抗浮防水设防水位不应小于此高程。粘性土层为相对隔水层。孔隙承压水赋存在砂层中，水量丰富，与长江水有密切水利联系，呈互补互排关系，其水位受长江水位控制。勘察期间测得钻探孔稳定水位埋深3.4～5.3 m，相当于标高15.07～16.9 m。

2 基坑开挖风险分析

2.1 深基坑事故原因

目前深基坑工程发生事故的概率具有增大的趋势，调查资料显示，既有技术的原因，也有人为的原因，可归结为施工、设计、勘察、建设、监理以及监测等6个方面，其中施工和设计是导致基坑工程事故发生的主要原因，而施工是最主要的原因[2]。因此，施工过程中的风险分析和控制就尤为重要。

2.2 基坑施工中存在风险分析

利用事故树法分析基坑开挖的风险因素[3-5]，主要包括边坡失稳、变形、涌水涌砂、坑底隆起、基坑周边地表沉降等[6-8]。风险致因逻辑关系，见图1。 本工程中，场地水文地质和工程地质条件复杂，上部填土、淤泥强度低，易发生触变，粘性土强度较高但遇水易软化，从而易产生边坡失稳现象，使得本基坑的施工难度加大，在施工过程中要严格控制各风险因素，尤其是一些高发风险因素[9]。

图1 基坑开挖风险致因逻辑关系

3 基坑施工的风险预警与控制

3.1 设计方案及施工顺序

本工程中，对于基坑的大部分开挖深度较浅，只有5.10 m 左右，且存在一定的放坡空间，采用“复合喷锚支护”的方式，即边坡采用喷锚网支护，底部采用浆喷桩改良土质并加固坡脚。对于开挖较深的局部地段，采用“桩锚支护”的方式，并辅以浆喷桩的加固措施。在基坑底部存在的深厚淤泥，有可能在开挖过程中影响到工程桩的安全，所以采用较大范围的封底措施。具体采用“三管高压旋喷桩”进行封底。

本基坑的支护工作主要包括支护桩、支护桩的冠梁、浆喷桩、三管高压旋喷桩、喷锚网和锚杆等6个方面内容，其施工顺序如下：

（1）在工程桩施工的同时，施工支护桩、浆喷桩和三管高压旋喷桩。由于本基坑面积较大，施工单位合理安排施工顺序和施工场地，支护桩、浆喷桩和三管高压旋喷桩不属于关键线路上的关键工作，不另外占用施工时间。

（2）支护桩施工完毕，马上掏挖沟槽，施工支护桩的冠梁。

（3）支护桩和冠梁、浆喷桩和三管高压旋喷桩的施工均与工程桩同时进行，不另占用工期，并有足够的养护时间。

（4）工程桩施工完毕后进行基坑开挖，在进行“分区分层”开挖的同时，施工喷锚网和锚杆。开挖和喷锚形成流水作业，保证在基坑开挖完毕三天内完成支护施工。

3.2 基坑开挖

3.2.1 开挖原则

本基坑底部有深厚淤泥，为了保证基坑在开挖过程中的安全，严格按以下原则进行开挖：

（1）开挖前，支护桩必须保证28 天的养护期，浆喷桩必须保证60 天的养护期，三管高压旋喷桩必须保证60天的养护期。

（2）采用“分层、分区”的开挖原则，也就是先开挖中间的大承台，后开挖周边的单桩承台。

（3）根据“分层分区”的开挖原则，先开挖全场地表2.0 m 左右，此时可以施工周边的喷锚网或土钉墙。

（4）分两层开挖中间的三个大承台，周边单桩承台上的土体形成斜坡尽量保留，作用是反压坡脚，尽可能地减少深层滑移的发生。

（5）开挖完三个大承台后，验桩、支模板、扎钢筋、浇筑大承台的混凝土。

（6）开挖周边的单桩承台和两桩承台，施工周边的喷锚网等支护工作，同时土建单位加快基础的施工进度。

3.2.2 分层分区开挖

在基坑开挖的过程中，如果一次开挖深度过大，土压力的释放速度过快，那么就很有可能使边坡的安全受到较大的影响，综合考虑各因素后，将基坑分三层进行开挖。采用机械开挖，并辅以人工掏挖。第三层开挖为掏挖承台，采取机械或人工的开挖方式。

基坑开挖层数及开挖深度，见表1。

根据支护长度，将整个支护区段分为东、南、西、北四段，进行分段流水施工作业。

表1 基坑开挖层数及开挖深度

3.3 信息化监测

由于场地工程地质和水文地质条件较差，周边建筑复杂，在基坑开挖的施工过程中，采用信息法施工，即采用多种方法手段、多种仪器设备进行联合监测，制定监测时间表，并严格按照该表格实施监测工作，发现异常及时分析并查找原因，同时缩短监测周期，增加监测的频率，待异常解除后重新制定监测时间表。通过这样的信息化监测，既可以保证该基坑工程在施工过程中的安全性，又可以确保其顺利完成，

将测量、测试及目测这三种手段结合起来进行监测，首先对监测的数据进行统计，将受外界因素干扰的及人为操作错误等的数据剔除掉，然后对剩余的数据进行综合分析，从而提供精准的、可信的、科学的监测数据。基坑工程的监测项目，见表2。

表2 基坑工程的监测项目

在坡顶大约每25 m 设置1 个水平位移监测点，在基坑四周每边设置2 个测孔以监测深层土体位移，周边每个建筑物至少设置2个监测点监测倾斜和裂缝。

该基坑从 2010年05月14日开工，到 7月底完工。根据基坑的开挖进度安排，选取5月15日至6月15日的监测数据进行分析。根据6月15日的监测数据显示，场地东南中部偏南测点C07 累计沉降32.3 mm，6月14日上午10 时至6月15日上午 9 时的监测数据显示，其变化速率为4.2 mm/d，累积沉降和变化速率都超过了警戒值（累积沉降警戒值为30 mm，速率警戒值为4 mm/d），见图2。6月13日的监测数据显示，场地西侧偏南的位置深层土体位移监测点T01 累计向基坑内偏移的最大值为41.6 mm，变化量最大点发生在5.0 m处，位移速率为5.1 mm/d，均超过警戒值（土体测斜绝警戒值为40 mm，位移速率警戒值为5 mm/d），见图3。此外，后方土体向坑内有轻微的滑移。

图2 C07测点5月15日至6月15日土体沉降

图3 T01测孔5月16日至6月13日土体变形

3.4 基坑变形控制措施及效果

场地以高压缩性的淤泥质粘性土为主，地质条件不良。在进行分层开挖的过程中，处于开挖面以下部分的土体不能提供足够的被动土压力进行抵抗，随着基坑内土体的持续开挖，使得变形较大，且未能有效地组织土方开挖。

在对一个多月的监测数据进行了统计后，针对个别监测点的变形量达到或超过预警值进行了分析，在后续的施工过程中，为了能够有效地减小变形量，需严格按照施工组织的方案实施土方开挖并及时支护；并采取一系列的处理措施，如增加预加设计轴力值、缩短监测周期，增加监测次数，将监测信息及时有效的进行反馈等，有效地控制了基坑的变形，使其变形的累计值控制在43 mm，累计沉降值控制在50.8 mm。本基坑出现的深层轻微滑移，及时采取了在主动区挖土卸载并在坡脚施工杉木桩的措施，使其得以有效控制，没有进一步扩大。同时在施工过程中及时进行原材料的复验、施工工艺和工序完整流畅，以保证其施工质量。

4 结论与建议

（1）造成基坑工程事故的最主要原因是施工和设计。

（2）长江中下游地区场地多为淤泥、淤泥质土等土质较差的软土，在基坑开挖的施工过程中，往往会产生边坡失稳、变形、涌水涌砂、坑底隆起、基坑周边地表沉陷等风险。

（3）通过对武汉案例基坑工程的分析，针对基坑变形过大、深层轻微滑移风险，采用一系列及时有效的处理措施，使其得以有效控制。