軟土深大基坑工程建設的施工風險及管理預控研究

黃鑫琢 張浩然 王麗平 雷寬文

中鐵南方投資集團有限公司 廣東 深圳 518054

1 引言

隨著我國經濟建設的發展，城市建設步伐不斷的加快，開發和利用城市地下空間已成為城市朝著更好更快發展目標前進的一條必經之路。深大基坑工程作為開發和利用城市地下空間的重要環節，正在向“越來越差”的工程地質環境區域延伸。在此背景下，大量軟土深大基坑工程正在建設或已經建成。然而，軟土深大基坑工程施工過程中涉及基坑工程的圍護和開挖問題極其復雜，基坑涌水涌砂、坍塌等風險事故時有發生。

我國軟土大多為淤泥、淤泥質土和淤泥質粉細砂，主要分布在東南沿海地區，含水率較高，孔隙比較大，屬高壓縮性土，抗剪強度低，透水性差，具有高靈敏性、強吸附力、明顯的流變等特性。然而，基坑工程多處于城市繁華區域，受施工環境和地質條件影響很大，導致基坑工程差異性極大，具有很強的區域性，軟土深大基坑的施工不僅要保證基坑自身的穩定和安全，還要保證周圍建筑物的安全和正常使用。另外，深大基坑工程涉及范圍廣，工程技術復雜，事故頻繁，風險性較大，因此在施工過程中應進行動態監測，并提高和重視工程施工管理過程中的風險預控。為有效預控軟土深大基坑工程風險事故的發生，本文根據深圳、佛山、福州等沿海城市軟土深大基坑工程風險管理現狀，總結了一些軟土深大基坑工程建設中的風險預控的有益措施及施工管理的經驗，以期為類似軟土深大基坑工程施工的建設管理提供一定的參考。

2 軟土深大基坑工程風險分析

軟土深大基坑工程安全質量問題類型很多，事故發生的原因往往是多方面的，事故的表現形式也具有多樣性。在水土壓力作用下，圍護結構可能發生破壞，圍護結構形式不同，破壞形式也有差異。滲流可能引起流土、流砂、突涌，甚至造成破壞。圍護結構變形過大及地下水流失而引起周圍建（構）筑物及地下管線破壞也屬基坑工程風險事故。依據軟土深大基坑工程可能導致的風險事故形式，風險可分為基坑周邊環境破壞風險、基坑支護體系破壞風險、土體滲透破壞風險、其他因素的破壞風險等幾類。

風險事故中的各種變形彼此相互關聯，在控制某一種變形時，需同時考慮與其相互關聯的變形的控制。下面針對不同施工階段軟土深大基坑工程主要風險進行詳細分析。

2.1 軟土加固處理階段

軟土深大基坑開挖前一般要對土體進行改良加固，通常采用三軸水泥攪拌樁的方式進行加固。水泥攪拌樁施工期可能導致土體產生變形，從而致使周圍建（構）筑物及地下管線破壞，在作業時也存在機械傾覆、機械傷害等風險。另外，若成樁質量不符合設計要求，將給后續施工埋下諸多隱患。

2.2 基坑圍護結構施工階段

軟土深大基坑圍護結構通常采用地下連續墻、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁等，成槽或成孔施工時均可能引發周邊土體水平方向變形及豎向沉降。因設計漏算地面堆土、行駛機械、運輸車輛、堆放材料等附加荷載，或施工失當，也會造成圍護結構向基坑內側產生位移，從而導致墻（樁）后地面沉降、附近房屋開裂、管線損壞等風險事故。施工時，若發生槽（孔）壁坍塌、墻（樁）體夾泥、槽段墻體接頭處理不當，會導致灌注樁與截水旋噴樁間結合不嚴密、鉆孔咬合樁咬合不佳等風險情況。軟土深大基坑開挖時易產生土體流變現象，導致圍護結構穩定性差，坑底易產生回彈隆起，墻體接頭處、樁間易產生流砂、涌水、突泥等風險事故，遇承壓水甚至還可能產生突涌危險。

2.3 基坑降排水階段

基坑降排水階段，由于圍護結構質量及截水帷幕未進入隔水層等問題，地下水會產生自坑外向坑內的繞流。當圍護結構兩側降水產生壓力差后，墻（樁）又可能會發生側移，從而引發坑外地面和建（構）筑物的沉降。

2.4 基坑土方開挖階段

軟土深大基坑開挖時，坑內開挖卸荷，造成坑內外壓力差，在支撐安裝不及時、土方開挖方案不合理、坑外荷載過大及開挖時坑內土體流變等因素的作用下，墻（樁）可能會產生水平位移，從而導致地表下沉、臨近建（構）筑物沉降變形。此外，開挖方案不合理還會導致坑內土體滑移。坑底地基承載力不足、墻（樁）插入深度小、墻（樁）踢腳、坑底開挖減載土體回彈、地下水自坑外向坑內的繞流及基坑地下水、承壓水的上揚壓力等，也易引發基坑底部隆起，從而致使基坑周邊環境、基坑支護體系等產生破環風險。

2.5 基坑使用階段

當基坑開挖至設計坑底標高進入基坑使用階段后，坑邊堆土堆料、坑外動荷載，墻（樁）間滲漏、坑外堵漏注漿壓力過大及土體流變等因素，也易帶來地表下沉、臨近建（構）筑物變形等風險。

2.6 支撐拆除階段及地下水位恢復階段

違背設計提前拆除支撐、不按設計要求換撐、主體結構外墻與圍護結構之間回填土不密實等，均可能引發圍護墻（樁）產生水平位移，從而導致地表下沉、臨近建（構）筑物沉降變形等風險事故。另外，若在主體結構施工進度還未達到停止抽降承壓水的條件時停止抽降承壓水，可能導致基坑底板上浮，增大坑底隆起量，對工程樁造成不利影響。當基坑停止降水時，若已施工的地下結構的重量小于地下水的浮力，也可能會引發地下結構的上浮風險。

3 軟土深大基坑工程風險控制關鍵技術

3.1 軟土加固技術措施

軟土深大基坑開挖前一般要對土體進行改良加固，坑內采用抽條加固，地面至基坑底部采取弱加固，基底以下3～5m采取強加固。為保證圍護結構施工質量，導墻兩側亦需要加固。加固形式通常采用攪拌樁、旋噴樁等成樁工藝作為軟土加固措施，使用水泥作為固化材料對土體進行處理，以達到改善土體物理力學指標的目的，提高土體的抗剪強度，增強土體抵抗變形的能力，既可有效抑制圍護結構側向變形也可增強基坑底抗隆起變形的能力，還可作為墻（樁）間止水措施。

3.2 圍護結構施工質量控制技術措施

軟土深基坑圍護結構通常采用地下連續墻、鉆孔灌注樁、鉆孔咬合樁等形式，其施工質量會對工程整體質量和安全產生直接的影響。因此，確保圍護結構施工質量，也是軟土深基坑施工期風險控制的關鍵。對于地下連續墻，應將成槽施工、泥漿制備、槽段接頭施工、鋼筋籠吊裝等作為關鍵控制項目；對于鉆孔灌注樁，應將成樁施工質量及外側截水帷幕施工質量作為關鍵控制項目；對于鉆孔咬合樁，應將樁孔定位及成樁質量作為關鍵控制項目。

3.3 降水措施

據深圳、福州及佛山等地區軟土深大基坑的實踐經驗，采用真空井點降水效果較佳，其控制要點：

（1）真空井點降水應在基坑開挖前15-30天或更早進行，以保證有效降低開挖土體中的含水量，確保基坑開挖施工的順利進行。

（2）根據開挖進度，井內水位應控制在基坑開挖面以下一定深度內，在真空疏干井正式抽水前，監測單位應及早施工坑外潛水位觀測孔。一般情況下，真空井點基本保持24 小時連續抽水，出現降水異常時，根據需要進行調整。

（3）真空井點降水宜采用超級壓吸聯合抽水系統。超級壓吸聯合抽水系統為集送氣系統與真空抽水系統為一體的不間斷式抽水系統，其中每3～5口井可配備1臺真空泵，預抽水期間真空管路的真空度大于-0.06MPa。

3.4 注漿技術

注漿技術在基坑風險控制中有如下兩方面的應用：

（1）用于止水防滲、堵漏。當圍護結構墻（樁）間出現局部漏水現象時，為了防止周圍地基水土流失，應馬上采用注漿技術進行處理；坑底突涌在回填反壓后采用注漿技術亦可得到有效抑制。

（2）用于提高基坑周邊環境抵抗變形能力的保護性加固措施。該應用又有注漿預加固及跟蹤注漿加固之分。注漿預加固一般在保護建（構）筑物的側面和底部設置注漿管，在基坑開挖前對其土體主動進行注漿加固。跟蹤注漿加固則是在基坑開挖過程中出現鄰近建（構）筑物變形超過容許值的現象時對建筑物進行的注漿加固處理。其可根據變形發展情況，實時調整注漿位置和注漿量，有效控制保護對象的變形。但需要注意的是，注漿所產生的壓力會給基坑支護結構帶來一定的影響，所以在注漿時應注意控制注漿壓力及注漿進度，以防對基坑支護帶來新的危害。

3.5 鋼支撐軸力伺服技術

鋼支撐軸力伺服技術采用鋼支撐軸力伺服系統對基坑進行支護，是一種集監測與實時補償控制于一體的基坑支護技術。軸力伺服系統的作用是主動調整支撐軸力，減少預加應力的損失，在基坑開挖過程中，迅速地使基坑內外受力達到平衡，保證基坑圍護結構的穩定，從而達到控制基坑變形的目的。

4 施工風險事故應急管理措施

4.1 應急準備

軟土深大基坑工程風險事故的發生往往具有突發性，及時進行應急搶險，對控制風險事故的發展具有十分重要的意義，因此提前做好應急準備很有必要。針對軟土深大基坑常見風險事故類型，為保證發生風險事故后第一時間能迅速進行應急搶險，每個獨立基坑工程施工現場均應配備常用應急物資設備。

4.2 應急措施

（1）基坑變形超過預警值時，應停止開挖，分析原因，根據分析結果制定控制措施。

（2）周邊地表或建筑物變形速率急劇加大，基坑有失穩趨勢時，宜采取卸載、局部或全部回填反壓，待穩定后再進行加固處理。

（3）坑底隆起變形過大時，應采取坑內加載反壓、調整開挖分區、實行分部開挖、及時澆筑快硬混凝土墊層等措施。

（4）坑外地下水位下降速率過快引起周邊建(構)筑物與地下管線沉降速率超過警戒值，應調整抽水速度，減緩地下水位下降速度或采用回灌措施。

（5）圍護結構滲水、流土時，可采用坑內引流、封堵或坑外快速注漿的方式進行堵漏。情況嚴重時應立即回填，再進行處理。

（6）開挖底面出現流砂、管涌時，應立即停止挖土施工，并根據情況分別采取相應措施。

（7）坑底突涌時，應查明突涌原因，采取針對性措施進行處理。

5 結論

為了提高軟土深大基坑工程施工的風險預控水平，對軟土深大基坑工程風險進行了系統分析，并提出了風險控制關鍵技術及風險事故應急管理措施，得到了如下結論：

（1）軟土深大基坑工程是復雜、變化的系統工程，在不同的施工階段都存在較高的施工風險。

（2）軟土深大基坑工程地下水的危害不容忽視，大部分風險事故都直接或間接與地下水有關，有必要加深對地下水滲流規律的研究，加強對地下水的管理。

（3）應急管理在軟土深大基坑工程風險預控中很有必要，應提前做好應急準備，制定各類風險現場處置方案，一旦發生風險事故，能立即實施有效搶險。

（4）強化系統思維，從技術管理兩方面強化預控措施，是可以實現軟土深大基坑工程施工風險的預控的。