談建筑基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)異常應(yīng)急措施

谷 大 志

(太原市安全生產(chǎn)信息調(diào)度中心，山西 太原 030012)

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市中高層建筑不斷涌現(xiàn)，超高層建筑也越來越多，施工過程中開挖的基坑也越來越深。同時(shí)，現(xiàn)有的施工場地周邊的環(huán)境都比較復(fù)雜，通常在基坑開挖深度3倍的范圍之內(nèi)均有既有建筑物或者城市道路。

由于基坑工程是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它涉及的學(xué)科較多，包括土力學(xué)、基礎(chǔ)工程、結(jié)構(gòu)力學(xué)、原位測試等多門學(xué)科，所以基坑工程的施工往往伴隨著風(fēng)險(xiǎn)，在施工過程中或多或少都會(huì)對(duì)周邊建筑物和道路產(chǎn)生影響。基坑開挖的過程實(shí)際上是一個(gè)應(yīng)力釋放的過程，基坑側(cè)壁土壓力的卸載使原來處于靜態(tài)的土體失去應(yīng)力平衡，發(fā)生了應(yīng)力狀態(tài)變化。由于應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致基坑工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生一定的變形。當(dāng)變形量處于規(guī)范允許范圍之內(nèi)時(shí)，可進(jìn)行正常的施工作業(yè)；但是當(dāng)變形量超過允許范圍或者出現(xiàn)異常時(shí)，則必須立即停止施工，并且采取有效的應(yīng)急措施，防止變形的進(jìn)一步擴(kuò)大，危及人員的安全。

1 工程案例

項(xiàng)目一包括兩棟高層建筑及地庫，基坑尺寸為160 m×73 m，基坑開挖深度7.5 m～12.5 m。根據(jù)擬建建筑的要求和現(xiàn)場的地質(zhì)勘察情況，同時(shí)考慮施工對(duì)周邊既有建筑物和道路的影響，決定采用雙排樁和樁錨結(jié)合的方式進(jìn)行基坑支護(hù)，采用三軸水泥土攪拌樁作為止水帷幕。施工單位在基坑開挖過程中，按照設(shè)計(jì)圖紙的要求，分層分段開挖，整個(gè)過程中并未出現(xiàn)違規(guī)行為。

但在基坑即將開挖到基底的時(shí)候，基坑?xùn)|北角及東側(cè)頂部土體突然出現(xiàn)開裂，周邊地表也出現(xiàn)了開裂和塌陷的現(xiàn)象，此異常情況引起了各方高度重視。第三方基坑監(jiān)測單位及時(shí)對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了加密監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化情況隨時(shí)調(diào)整監(jiān)測頻率，變形量較大時(shí)，監(jiān)測頻率一度達(dá)到了每隔3 h～6 h進(jìn)行一次監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量確實(shí)存在突然增大的現(xiàn)象，基坑頂部水平位移的變化速率最大時(shí)達(dá)到每隔6 h變形2 mm的程度。變形量最大點(diǎn)的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見表1。

現(xiàn)場情況見圖1，圖2。

表1 項(xiàng)目一部分監(jiān)測數(shù)據(jù)

項(xiàng)目二為某條擬建道路的地道部分，基坑開挖深度為7.5 m～10.5 m。該項(xiàng)目基坑支護(hù)范圍內(nèi)主要為高靈敏度飽和粉質(zhì)黏土，當(dāng)受到擾動(dòng)、荷載增加、浸水時(shí)，黏土的結(jié)構(gòu)極易被破壞，土的強(qiáng)度明顯降低，壓縮性明顯增大。為保證該項(xiàng)目的正常施工，基坑支護(hù)采用了鋼筋混凝土灌注樁加1道(或2道)預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)方式，三軸水泥土攪拌樁止水帷幕。

在施工過程中，第三方基坑監(jiān)測單位密切關(guān)注基坑的變形情況，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在錨索的施工，支護(hù)樁的施工以及土方的開挖過程中，基坑側(cè)壁的位移量發(fā)生了明顯的增大，最大變化速率達(dá)到30 mm/d。變形量最大點(diǎn)的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2。

表2 項(xiàng)目二部分監(jiān)測數(shù)據(jù)

現(xiàn)場情況見圖3。

圖3中的粗黑線為冠梁的初始位置，圖中顯示出冠梁已發(fā)生嚴(yán)重的撓度變形。

2 理論計(jì)算與現(xiàn)場施工存在差異的原因

在上述兩個(gè)工程實(shí)例中，施工單位都按照“基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件”完成了支護(hù)的施工，施工過程中也并未出現(xiàn)超挖等違反施工安全規(guī)程的行為，但仍然出現(xiàn)了地表開裂、下沉和變形量過大等異常情況。

由此可見，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)理論與現(xiàn)場的實(shí)際情況存在差異。一方面原因是勘察人員的技術(shù)水平良莠不齊，勘察設(shè)備不夠先進(jìn)等原因，導(dǎo)致地質(zhì)勘察所獲得的數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確代表巖土層的全面情況；另一方面，巖土工程設(shè)計(jì)理論和依據(jù)仍不完善，各個(gè)區(qū)域的地質(zhì)條件有所差異，對(duì)不同地質(zhì)條件的區(qū)域采用同一個(gè)本構(gòu)模型，或者使用相同的假定參數(shù)都會(huì)造成理論計(jì)算與實(shí)際情況產(chǎn)生誤差。

3 異常情況后的應(yīng)急措施

正是由于理論計(jì)算與現(xiàn)場實(shí)際情況有所差異，所以即便是嚴(yán)格按照“基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件”進(jìn)行施工，同時(shí)在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)的規(guī)定和要求，也難免會(huì)出現(xiàn)基坑位移變形較大，基坑頂部及周邊環(huán)境出現(xiàn)異常等情況。為了保證基坑工程的正常進(jìn)行，人員、財(cái)產(chǎn)安全不受損失，對(duì)每個(gè)基坑工程都應(yīng)該制定應(yīng)急預(yù)案，在發(fā)生危險(xiǎn)和異常的時(shí)候，能夠及時(shí)地采取應(yīng)急措施。

應(yīng)急措施應(yīng)包括以下幾個(gè)方面：

1)施工單位的項(xiàng)目部成立以項(xiàng)目經(jīng)理為第一責(zé)任人的應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，其下設(shè)各部門相應(yīng)的搶險(xiǎn)隊(duì)，各搶險(xiǎn)隊(duì)員由項(xiàng)目經(jīng)理部挑選各部門有責(zé)任心的人參加。應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組成員和搶險(xiǎn)隊(duì)成員的通訊應(yīng)保持全天候開通，隨時(shí)準(zhǔn)備應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況的發(fā)生。一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，應(yīng)急小組人員立即就位，各負(fù)其責(zé)，排除險(xiǎn)情。

2)根據(jù)本工程的具體情況，針對(duì)基坑圍護(hù)樁施工、開挖、支撐架設(shè)和拆除等工序，提前對(duì)可能出現(xiàn)的險(xiǎn)情制定有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，要求全面、仔細(xì)，保證萬一出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)能及時(shí)順利啟動(dòng)。同時(shí)，應(yīng)急預(yù)案中要做好相應(yīng)的應(yīng)急機(jī)械、人員隊(duì)伍、材料物資等方面的安排與儲(chǔ)備。

3)根據(jù)制定的應(yīng)急預(yù)案，預(yù)備應(yīng)急物資。應(yīng)急物資除了準(zhǔn)備一定數(shù)量的水泥、型鋼等搶險(xiǎn)物資外，還應(yīng)在現(xiàn)場準(zhǔn)備鉆機(jī)、注漿機(jī)、挖機(jī)等設(shè)備，并落實(shí)好具體操作人員。一旦發(fā)現(xiàn)基坑有滲漏水現(xiàn)象，要做到能夠及時(shí)封堵；若發(fā)現(xiàn)基坑位移變形過大，要及時(shí)采取臨時(shí)支撐措施，必要時(shí)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)與周邊建筑之間進(jìn)行注漿加固，甚至立即進(jìn)行基坑的回填。

4)應(yīng)急預(yù)案要事先進(jìn)行安全演練，確保完善有效。同時(shí)應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組要和周邊醫(yī)院、消防等部門建立有效的聯(lián)系，確保出現(xiàn)人員受傷的情況時(shí)能夠及時(shí)得到救助。

5)在基坑工程正式施工前，應(yīng)對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的電纜、電線和各種管道進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，并作出明確標(biāo)記，施工中注意避讓和保護(hù)，防止損壞。基坑四周地面設(shè)截水溝，截排地表水，防止地表水進(jìn)入已經(jīng)開挖的基坑。

上述兩個(gè)工程實(shí)例中，在基坑出現(xiàn)異常時(shí)，施工單位根據(jù)提前制定的應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)采取應(yīng)急措施對(duì)出現(xiàn)險(xiǎn)情的部位進(jìn)行加固處理。根據(jù)第三方的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在采取應(yīng)急措施后，基坑變形速率開始顯著減小，周邊地表的裂縫也沒有再發(fā)生明顯的變化。

圖4為基坑坡頂發(fā)生較大變形后，施工單位緊急采取砂袋反壓和斜撐支頂?shù)姆绞綄?duì)基坑側(cè)壁進(jìn)行處理，同時(shí)在坡頂挖走一定量的土體，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力。圖5為變形穩(wěn)定后，施工單位用混凝土逐步將臨時(shí)支護(hù)材料替換。圖6為施工單位采取坡頂土方卸載的方式進(jìn)行緊急處理。

4 結(jié)語

隨著城市建設(shè)的需要，基坑開挖的深度也越來越深，對(duì)周邊環(huán)境的影響也越來越大，所以制定應(yīng)急預(yù)案，確保其合理、有效是保證基坑工程安全施工的一道必不可少的“防線”。在基坑施工過程中，對(duì)異常情況一定要及時(shí)記錄、上報(bào)，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合進(jìn)行判斷，一旦發(fā)現(xiàn)有異常的變形和表現(xiàn)，要及時(shí)采取應(yīng)急措施，保證人員財(cái)產(chǎn)安全。