坑顶超载作用下深基坑险情处理与经验总结

张德成 王 飞 李 维 黄 明

(江苏华晟建筑设计有限公司，江苏 徐州 221000)

随着城市建设的快速发展，工程建设中出现大量的基坑工程。基坑支护是为主体结构地下部分施工而采取的临时措施，使用期较短[1]，施工单位为了缩短工期、降低成本，常出现不按图纸要求随意施工的情况[2]，同时参建各方对于基坑监测工作重视程度不足，致使基坑工程事故屡见不鲜[3]。本文介绍某深基坑因坑顶堆载引起险情的应急处理措施，总结了相关工程经验，为类似基坑工程的事故预防与应急处理提供参考。

1 工程概况

1.1 项目简况

拟建商业综合楼带2层地下室，基坑整体呈长方形，平面尺寸约为130 m×95 m，总面积约13 500 m2，周长约450 m，地库区域基坑挖深约10.30 m，塔楼区域基坑开挖深度约10.80 m。

场地西侧为已建市政道路，基坑距离西侧用地红线最近处约17.0 m，距离道路最近处约20.0 m。基坑距离北侧用地红线最近处约17.9 m，距离东侧用地红线最近处约3.65 m，距离南侧用地红线最近处约4.50 m，北侧、东侧及南侧用地红线外为规划道路，尚未施工，均为空地。场地周边环境条件、支护结构平面布置及排桩顶部水平位移监测点平面布置详见图1。

拟建基坑西侧预留场地作为材料堆场，北侧作为施工办公区。

1.2 工程地质条件

该场地为黄泛区冲积平原地貌单元，拟建场地约17 m深度范围内揭露的土层主要为第四纪沉积土层，主要由软塑～可塑的黏性土、稍密～中密状的粉土为主，呈水平层理分布；下部为工程性质较好的第三纪沉积土层。与基坑工程有关的土层主要物理力学指标详见表1。

表1 土层的物理力学性质指标

对基坑有影响的地下水主要为潜水，水位埋深约2.5 m～3.2 m，年变幅约2 m，设计时地下水位埋深按1.0 m考虑。

2 基坑支护设计方案

场地西侧为材料堆场，要求坑顶超载不大于30 kPa；场地北侧为施工办公区，设有1层板房，要求坑顶超载不大于20 kPa；场地东侧及南侧均为空地，要求坑顶堆载不大于20 kPa。

根据基坑深度、场地地质条件，结合周边环境情况、施工可行性及经济性，本基坑支护设计方案详见表2。

表2 基坑支护形式

按原设计工况及坑顶超载要求，计算结果支护结构各项稳定性安全系数及变形均在容许范围内。

3 基坑险情原因分析

3.1 险情概况

基坑自西侧向东侧分层分区进行开挖，西侧大部基坑开挖至底后，支护结构的受力、变形均满足设计要求。

基坑东侧FG段邻近区域自4月底开始挖土，至5月10日挖土至预留土台标高位置，此时桩顶水平位移监测点ZW6，ZW7累计水平变形分别为14 mm及4 mm。

此后挖土过程中，施工单位擅自决定将挖出土体堆于场地东侧距离坑顶约4 m外位置，堆土至7月底方才停止，最终堆土范围东西向宽约30 m，高约3 m～5 m。

5月26日ZW6，ZW7监测点累计水平变形分别为44 mm及48 mm，超过变形允许值40 mm。

9月7日起开始架设钢管斜撑，后开始挖除斜抛撑下方预留土方，此时ZW6，ZW7监测点累计水平变形分别已达132 mm及126 mm，坑顶围墙多处出现错缝开裂等情况。

10月24日起斜抛撑下方土体全部挖除，而后排桩水平变形以1 mm/d～2 mm/d的速率继续扩大，10月27日起陆续出现水泥土搅拌桩间渗漏、型钢围檩发生挠曲变形、焊缝处脱落，连接活络头与围檩脱离等险情，而此时ZW6，ZW7监测点累计水平变形已达155 mm及174 mm，且ZW7监测点变形值开始出现加剧变大的趋势。险情出现后基坑现场如图2所示。

3.2 超载前后支护体系受力情况对比分析

基坑FG段原设计剖面图如图3a)所示，FG段坑顶堆载后的实际开挖状态下示意剖面图如图3b)所示。

坑顶堆土重度取16 kN/m3，高度取4.0 m，坡面坡比取1∶1，堆土坡脚至坑底水平间距取4.0 m。

利用理正深基坑设计软件，对FG段排桩内力大小、坑顶水平变形值、斜抛撑内力值等进行对比分析。由表3计算结果可见，堆土后排桩弯矩最大值增幅为36.9%，剪力最大值增幅为37.4%，最大水平位置增幅为70.5%；钢支撑轴力增幅为22.8%。

由以上对比分析可见，坑顶堆载致使基坑支护结构的内力及变形大幅增加，此为引起基坑险情的首要因素。

3.3 原因分析

1)基坑坑外长时间堆土。

原设计基坑坑顶超载限制为20 kPa，现场施工在坑顶长时间堆了大量土方，虽监测单位一再下达报警通知单，设计单位一再联系要求及时清除超载，但施工单位及建设单位均未引起足够重视。

表3 FG段基坑支护结构内力对比表

2)施工工序不合理。

基坑开挖未严格按照分区分层一次开挖的要求进行施工，基坑开挖至坑底后暴露时间较长，未及时浇筑垫层、底板，未及时施工底板换撑块。坑内局部存有明水未及时排出坑内。

3)对监测成果不重视。

施工单位及建设单位认识不足，安全管理意识淡薄，缺少基坑工程施工及管理经验。基坑监测数据已及时反映出支护结构出现变形过大、变形速率及累计变形量均超过报警值等情况，但施工单位未采取相应加固及险情排除措施，未做到信息化施工。

4)型钢围檩处抗剪强度不足。

受堆载影响，支撑内力大幅增加，斜撑端部活络头与型钢围檩间以及型钢围檩与排桩型钢间的抗剪强度无法满足要求；同时施工过程中对焊接质量疏于管理，部分焊缝高度及焊接长度未能满足设计要求，致使斜撑支撑面脱落，加剧了支护结构的变形。

4 抢险处理及基坑变形监测成果

4.1 抢险处理

结合基坑险情出现的原因，对基坑采取以下措施进行抢险处理，FG段支护结构抢险加固剖面图如图4所示。

1)基坑内侧堆填沙包。

在排桩内侧被动区堆填沙包进行反压，提高嵌固段被动区土压力。堆填区高度为4 m，上口宽度为3 m，下口宽度为7 m，坡面按1∶1放坡。同时加强坑内降水、疏干明水，保证坑内地下水位不低于坑底0.5 m。

2)基坑外侧卸土。

原坑顶自然地面标高39.5 m，清运坑外堆土，确保堆土高度小于43.0 m，堆土区坡脚与排桩间净距不小于20 m。排桩背侧卸土至35.0 m，卸土平台宽度8.0 m，卸土区坡比1∶1.5，坡面及平台位置喷浆挂网防护。

3)基坑外侧施工降水井。

排桩外侧进行降水，以降低基坑外侧主动土压力。其中在卸土区坡脚部位设置管井降水，井深13.0 m；排桩背侧设置轻型井点进行疏干，井管长度6.0 m，水平间距1.2 m。

4)排桩桩体堵漏。

在桩背侧出现漏水点部位进行注浆堵漏，注浆孔沿排桩走向按两排布置，注浆孔间距1.5 m，注浆孔底标高与水泥土搅拌桩一致。

5)重新施工围檩及斜撑。

监测变形稳定后，对失稳的钢支撑、钢围檩等支撑构件重新进行加固处理；坑内应搭设防护网，避免混凝土冠梁、钢构件等坠落。

分区分层移除坑内土袋沙包，清理至坑底后，应及时浇筑基础垫层，并避免触动钢支撑；待地下室底板及-2层顶板传力带施工完毕后，方可进行拆撑。

4.2 变形监测成果

基坑抢险工作自10月28日起，自11月11日结束，由监测数据可见，经采取坑内回填加固，坑外卸荷、降水等措施后，基坑支护结构出现的险情及时得到控制，ZW6，ZW7监测点累计水平变形稳定在171 mm，204 mm，支护结构以及周边环境的变形逐步趋于稳定，为后续工程的安全施工提供了安全保障。FG段支护结构水平位移曲线见图5。

5 结语

1)坑顶超载是引起基坑险情的重要原因之一，基坑工程施工过程中应严格遵照设计限载要求，严禁坑顶超载。同时建设单位应负担起安全施工的首要责任，加强对施工单位的现场管理。

2)堆土反压及卸土减压施工方便，具有效率快、操作可行性高等优点，可迅速有效的控制基坑支护结构的变形。

3)工程建设各方主体单位应高度重视监测数据，充分发挥监测的预警功能，当支护结构受力、变形超过设计报警值时，有关各方应及时分析原因，并对基坑支护结构和周边环境保护对象采取应急措施。基坑施工应实现信息化施工，利用监测成果指导施工。

4)施工单位应严格按照相关施工要求，对支护体系施工、土方开挖、降排水等各个环节加强管控，提高风险意识，严禁野蛮施工。