深基坑施工期周邊防汛設施的安全預警指標研究

王建敏，曹友為

(1.許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000；2.上海友為工程設計有限公司，上海 200093)

0 前 言

2020年7月，針對防汛救災工作，中共中央政治局常務委員會會議強調，要全面提高災害防御能力，堅持以防為主、防抗救相結合，把重大工程建設、重要基礎設施補短板、城市內澇治理、加強防災備災體系和能力建設等納入“十四五”規劃中統籌考慮。為了提高城市的防災防澇能力，增加堤防、河道、排水管道等新建項目固然重要，但已建防汛設施的日常維護同樣不可或缺。目前基坑工程事故可分為兩大類[1-2]：一是圍護體系失穩產生破壞[3]，二是圍護體系變形過大，致使周圍管線、建(構)筑物產生破壞[4]。若基坑周圍沒有防汛設施，圍護體系變形大一點是允許的，但影響范圍內有防汛設施，對圍護結構的變形要求就應更嚴格[5]。如果在汛期出現事故，可能引起內澇，嚴重的可能造成生命及財產損失[6]?；诠こ痰刭|資料，對深基坑開挖引起的防汛管線變形進行數值模擬，分析防汛管線本身的安全性，在部分地區已得到應用[7]，但通常都是后評價，對施工過程中預警指標的定量研究較少。因此，本文在基坑工程設計施工過程中，基于有限元數值模擬和相關規范，引入綜合確定洞室開挖的安全預警指標[8]，在深基坑工程施工過程中，可根據實時監測的數據，對提前給出的安全預警指標予以修正[9]，從而更好地指導深基坑施工。

1 工程概況

上海奉賢某公司辦公樓項目，主要建設內容包括1棟15層辦公樓及地下車庫(地下2層)等建(構)筑物。本工程地下2層，基坑開挖深度為9.40 m，該基坑呈類正方形，基坑周長約238 m，開挖面積約3 500 m2?；影踩燃壎?，環境保護等級二級。本工程基坑圍護采用SMW工法擋土止水圍護結構+兩道鋼筋混凝土支撐，根據《上海市地下公共工程建設防汛影響專項論證管理暫行辦法》中第三條規定施工期間4倍地下車庫開挖深度范圍(37.6 m)內重要防汛設施為：南側南奉公路下的DN1 000～1 200 mm雨水管。

2 防汛管線預警指標研究現狀

深基坑施工過程中各監測指標的報警值在《建筑基坑工程監測技術標準》(GB 50497-2019)中規定：基坑支護結構監測預警值應根據基坑設計安全等級、設計計算結果等因素確定。當沒有當地工程經驗時，土質基坑周邊環境監測預警值，對于剛性非壓力管道累計值可取10～30 mm，變化速率可取2 mm/d；對于柔性管線累計值可取10～40 mm，變化速率可取3～5 mm/d。

雖然規范中關于基坑周邊管線的預警值做了規定，但是并未針對不同類型、不同尺寸的不同地質情況下做出明確規定，動態施工過程中，需要分級預警，所以可以探索數值模擬的方法，針對具體基坑工程，管線位置、尺寸、材質等進行數值分析，預測其最終變形量及某級預警指標。

3 防汛管線預警指標的確定

基坑工程對鄰近防汛設施的影響主要在施工期，施工期圍護墻位移和基坑坑底隆起，引起基坑外土體損失，從而引起地面沉降，影響周邊建筑物及防汛設施安全。經過多次試算，采用以下支護方案，南奉公路下的DN1 000～1 200 mm雨水管的數值計算結果能滿足規范要求：3Φ850@1200三軸攪拌樁止水，內插HN700×300×13×24型鋼(L=22.0 m，@1 200)擋土，第一道鋼混凝土支撐中心線標高-2.900 m(支撐截面800 mm×800 mm)，第二道鋼混凝土支撐中心線標高-6.900 m(支撐截面900 mm×800 mm)。

3.1 有限元模型的建立

根據基坑圍護設計圖，對計算剖面簡化分析，建立平面有限元模型進行數值模擬計算，實際土層和地表起伏不大，簡化為水平土層，土層參數來自勘察報告中室內試驗，剛度參數采用Es，并根據經驗加以修正；強度參數采用固結剪切試驗參數并根據經驗加以修正。水力條件根據潛水位生成靜水壓力，作為一個體力施加在土骨架上，外荷載簡化為均布等效荷載。

3.2 計算結果與分析

計算結果分析通過模型計算，基坑開挖至基底時的水平位移與豎向位移如圖1～2。通過基坑開挖至坑底的變形云圖知，基坑開挖引起墻后沉降近似為凹槽型曲線。理論上，基坑開挖施工對周邊防汛設施的位移影響如表1中數值計算結果。

圖1 開挖至坑底豎直位移云圖

圖2 開挖至坑底水平位移云圖

表1 基坑開挖施工期周邊防汛設施預警指標

3.3 確定防汛管線預警指標

考慮數值計算結果，工程經驗和相關規范要求，DN1 000～1 200 mm雨水管作為重要的防汛設施，如果遭到破壞，到汛期可能造成較大影響，經過計算，最終確定該深基坑施工方案下，防汛設施預警指標未超過規范規定的下限，滿足工程安全要求。兩條給水管DN500管徑較小，且為柔性管道，故其預警指標可以制定的稍微寬松些，但施工過程中一定要加強監測，密切關注監測數據的變化。

1)變形量安全預警指標的確定，如果數值計算結果大于規范規定的預警值，則取數值計算結果作為一級預警指標，二級預警指標取規范規定的預警值和數值計算結果70%中的小值作為預警指標。如果數值計算結果小于規范規定的預警值，則取規范規定的預警值作為一級預警指標，二級預警指標取數值計算結果和規范規定的預警值70%中的小值作為預警指標。

2)變形速率預警指標的確定，數值計算無法考慮時間效應，故根據工程經驗和規范確定，一級預警指標取規范中預警值上限，二級取規范中預警值下限和上限的70%中的小值作為預警指標。

3)定性預警指標依據規范確定，當基坑周邊管線變形突然明顯增長或出現裂縫、泄漏時，必須立即進行危險報警，并采取應急措施。

4 結 論

應用有限元軟件PLAXIS建立了數值模型，實現了較好的仿真模擬。依據相關規范、工程實例，并結合數值計算結果，對深基坑工程施工期防汛設施的安全預警指標進行了定性和定量研究，以供深基坑設計階段即考慮周邊的防汛設施的安全穩定，制定施工方案，更好地保護防汛設施，在施工期也可以根據監測數據和新的地質資料調整計算模型，動態調整預警指標，以期實現動態設計及信息化施工。

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