市中心超深基坑風險點分析及控制措施研究

凌旭輝

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概況

杭州中心項目位于杭州市下城區武林廣場東北側，東鄰中山北路，北鄰環城北路，西鄰武林廣場東通道。中山北路與環城北路均為市中心主干道，場地面積約23 000 m2。項目基坑分為5個基坑（圖1），其中B1、B2基坑為地下6層，普遍開挖深度約32 m。B2基坑面積約8 500 m2，采用厚1.2 m十字鋼板接頭的地下連續墻，地下連續墻入巖0.5 m，設計隔斷承壓水。基坑設計6道鋼筋混凝土支撐，主撐截面為1.1 m× 0.9 m～1.2 m×1.1 m。

圖1 杭州中心基坑分坑及區位平面示意

2 超深基坑主要風險點分析

2.1 不利水文地質帶來的風險

該基坑開挖范圍主要為淤泥質黏土及粉質黏土，其黏聚力為3.0～18.0 kPa，水平方向滲透系數在1.50×10－6～4.00×10－6之間，透水性較差，給基坑施工期間帶來的風險點主要為：土體的力學性質較差，特別是淤泥質黏土的觸變性，會大大增加開挖分塊的難度，開挖速度及形成有效對撐的速度慢，導致基坑變形不易控制；淤泥質黏土透水性差，潛水降水效果差，對土方開挖難度增加，人員在坑內操作安全風險大；在開挖過程中，淤泥質黏土易產生流動，對支撐格構柱、承壓水降水井等額外施加水平方向剪力，易造成格構柱變形、承壓水井損壞。

承壓水層位于36～40 m區間，水頭高度－10 m，承壓水壓力高，給基坑帶來主要風險點如下：承壓水頭較高，基坑開挖期間需要通過抽水降低坑內承壓水水位確保開挖期間基坑的安全，在圍護止水帷幕體系無法隔斷承壓水或存在質量缺陷情況下，極有可能會帶來承壓水抽水功率不足導致的開挖期間承壓水頭過高而引起的坑底突涌，以導致坑外承壓水水頭下降引起的周邊建筑物、管線變形等風險；基坑整體開挖深度為32.5 m，局部深坑開挖深度為34.0 m，離承壓水層非常近，減壓井的設計數量及施工過程中的存活率直接影響基坑施工的安全性。

2.2 圍護支撐體系的風險點分析

該基坑設計地下連續墻為厚1.2 m十字鋼板接頭地下連續墻，入巖0.5 m，隔斷承壓水，主要風險點如下：根據入巖深度控制地下連續墻深度，由于巖層深度存在變化，地勘數據因勘察點數量不足等易造成報告數據與現場實際情況的偏差，將會給地下連續墻整體剛度以及隔斷承壓水的能力帶來風險；地下連續墻接縫的位置多為薄弱點，施工質量的好壞，直接帶來接縫漏水、漏泥砂的風險。

本基坑支撐設計有6道混凝土支撐，第2、第3道支撐為環形支撐，第4—第6道支撐拉通，支撐混凝土強度等級C40，其風險主要有：第2、第3道支撐位于淤泥質黏土層，環形支撐需要整體完成后方可形成剛度，在基坑開挖的過程中易產生較大變形；支撐設計未考慮基坑開挖的時空效應，結合時空效應后，易導致基坑變形會比計算模擬的結果增加很多，造成支撐軸力有超過設計值的風險，且混凝土的收縮變形以及受力后的彈性變形也會對整體基坑變形造成相當程度的累加。

3 周邊環境風險點識別與分析

市中心項目周邊環境一般較為復雜，結合杭州中心的工程經驗，總結該類型基坑常見的周邊環境影響對象多為以下幾種：城市主干道路、鄰近建筑物、管線、特殊保護構筑物（如地鐵、保護建筑）。對于該4類保護對象的風險分析，初步可從以下幾個方面著手：

對于道路的風險點分析，一般從道路自身狀態、道路人車流量、道路與基坑的距離、道路的交通替代性等方面進行評估。對于緊鄰建筑物的風險點分析，一般從建筑物本身狀態、建筑物結構形式、建筑物功能重要性、建筑物與基坑的距離等方面進行評估。對于管線的風險點分析，可以從管線本身的重要性（輻射范圍）、管線與基坑的埋深與距離、管線本身對變形沉降的敏感程度（剛性管線風險高于柔性管線）等方面進行分析；對于特殊保護構筑物風險點分析，可從構筑物重要性、構筑物自身狀態、構筑物與基坑的關系、構筑物變形敏感程度等方面進行評估。

以杭州中心項目為例，對以上4類環境保護對象風險點進行了有效識別評估（表1），并根據識別結果，對各個風險對象識別風險級別，實施階段需采取有針對性、有側重點的風險監測與風險控制措施，遵循統一保護，重點關注的風險控制原則進行。

表1 環境風險識別評估結果

4 相關風險應對措施

4.1 風險監控措施

基坑本身以及周邊環境的風險，在識別風險后，應對各類風險采取針對性的風險監測措施，降低危險發生的概率或降低危險發生的影響，從而降低風險等級[1-2]。

4.1.1 基坑本身風險監測

周邊環境的影響均是與基坑施工密切關聯，故基坑本身的監測是基坑風險監測的根本。

以B2基坑為例，為更好地了解基坑施工各階段的情況，在地下連續墻內各邊均勻布置了15個地下連續墻位移觀測點及對應的土體位移觀測點（圖2）。

圖2 B2基坑地下連續墻及土體位移監測點平面布置示意

在每道支撐的主要支撐中布置軸力觀測點。在基坑內部布置3口承壓水觀測井，坑外每邊布置2口承壓水觀測井、1口潛水觀測井，來進行坑內坑外潛水、承壓水水位的觀測。在基坑開挖第1層～第3層土階段，監測頻率為1次/d，在基坑開挖至第4層至大底板完成封底前，監測頻率為2次/d。

在基坑開挖之前，必須進行減壓井群井試驗，來試驗判定承壓水抽水效果及回水速率，從而判別出基坑地下連續墻的完整性、隔斷承壓水的能力。

在杭州中心項目B2基坑施工過程中，項目還建立基坑巡查制度，重點對晚上無人作業的時間段定時進行基坑巡查，關注基坑地下連續墻的漏水漏砂、裂縫發展及其他異常情況，對于漏水情況配備全天候待命的堵漏團隊，一旦發現漏水點，立即處理，確保基坑安全。

4.1.2 周邊環境風險監測

對于道路風險的監測，在項目開始前最好能夠對道路的自身沉降情況進行監測，了解其自身變化趨勢。在杭州中心基坑開挖前1年即開始對周邊道路沉降進行監測，發現周邊道路在基坑未開挖、土體未擾動的情況下就已經有相當速率的整體沉降，這在項目施工過程中對道路的風險評判提供了依據。道路監測采用根據基坑深度由近及遠依次在基坑影響范圍內的道路上布置地表沉降點，并對一些特殊的道路構筑物進行監測，如電車電桿的垂直度監測等。

對于周邊建筑物監測，在施工之前需要對在基坑影響范圍內的所有建筑物進行排查，對各個建筑物的初始狀態（建筑物的結構形式、基礎形式、沉降、傾斜度、裂縫情況、內部機電情況等）進行詳盡記錄，留下充足影像資料。根據搜集的資料對各建筑物的沉降、傾斜等參數進行布點監測。對重點建筑物建立巡查制度，對裂縫發展、機電設備運行、漏水等情況進行重點巡查。

對于管線的監測，周邊管線沉降往往與路面沉降有關系，但又不完全等同于路面沉降，在監測點布置時，在有條件的情況下盡可能地布置管線直接監測點，對于一些重點管線，除了常規沉降監測，需采取針對性的監測手段：對于燃氣管線，可根據需要定期組織人員進行紅外監測，監測燃氣泄漏情況；對于給水管線，可在夜晚采取聽音監測，監測給水管線完好情況；對于排水管線，可定期采用CCTV管道機器人進入排水管線進行視頻拍照監測。

對于地鐵的監測，通常采用高精度的自動化監測系統，對地鐵盾構管道的沉降、收斂、道床沉降等指標進行監測，定期對裂縫寬度進行檢查，判定裂縫發展情況和趨勢，對盾構管道定期進行巡查，檢查漏水漏砂情況。

4.2 支撐體系的設計優化應對措施

在杭州中心項目B2基坑施工過程中，通過與設計單位充分溝通與論證分析，對基坑的支撐圍護設計體系采取了大量優化措施：針對減少支撐混凝土收縮變形方面，優化支撐混凝土采用微膨脹混凝土；為盡早讓支撐形成強度，并提高支撐的承載能力冗余，將第3～第6道支撐混凝土替換為C50早強混凝土；結合施工挖土工況及土性特點，優化在第2、第3道支撐布置，拉通中部支撐，形成南北、東西向對撐，避免環形支撐形成體系慢的不足（圖3）；考慮實際超深基坑土方開挖的機械使用及結構施工材料運輸情況，優化相鄰主撐的間距保持在9 m以上，保證長臂挖機的挖土施工以及9 m通長鋼筋能直接運輸下坑；針對圍護新老地下連續墻交接薄弱點，補打MJS加固止水，對于地下連續墻接縫薄弱處，也采用高壓旋噴樁或MJS進行局部止水加固。

圖3 第2、第3道支撐主撐拉通優化（加深區域）

4.3 挖土支撐施工的方案優化

根據周邊保護對象的不同，確定土方的開挖原則及分塊方式（圖4）。分塊及開挖順序的依據如下：

圖4 B2區土方開挖分塊及開挖順序示意

1）根據基坑支撐棧橋分布的形式及被動區土體加固情況，確定盆式開挖的原則。

2）重點保護對象地鐵位于基坑北側，在第2、第3層土方施工中，為保護地鐵，開挖方向為由南往北（靠近地鐵一側）開挖。但從實際變形結果發現，在淤泥質軟土地基下，先開挖區域由于最先暴露并最早形成支撐，在后續開挖過程中，局部支撐能夠較早地形成剛度，較早地進入變形穩定期。而后開挖區域由于淤泥質黏土的土性較差，土體擾動后局部留土對地下連續墻反力效果不佳，后開挖側地下連續墻從土體擾動后就開始變形，直至最后支撐整體形成方才穩定，變形時間長，變形數據大。故在第4～第7層土方施工中，及時調整了土方開挖順序，由北（靠近地鐵一側）往南挖，控制住了靠近地鐵一側地下連續墻的變形，在基坑大底板封底，基坑變形穩定后，基坑北側地下連續墻最大變形60.8 mm，地下連續墻變形0.19%。

3）對于淤泥質軟土流動性的問題，實際施工在盆式開挖的基礎上，進一步細化，對中間區塊的淤泥質黏土分次整體削薄，降低放坡高度。

4）基坑降水控制上，嚴格按照按需降水的要求，密切關注坑外的水位情況。對于局部深坑區域，根據基坑地勘報告研究局部區位的實際承壓水層深度，嚴格控制局部深坑的開挖深度，在大底板施工期間，對坑內承壓水位進行密切監控。

5）為能夠及時處理基坑險情，需要分級進行應急搶險力量配備。首先，項目需要全天候常備堵漏小組，獨立調配、應急反應，儲備充足的聚氨酯堵漏材料，結合基坑巡查制度，發現漏水立即處理的常備應急小組。其次在第3～第5層土方開挖階段，需要聯系配備專業的基坑搶險單位，搶險單位需要有大型堵漏機械、豐富的基坑搶險經驗以及應急情況下機械設備在市區通行的能力。在風險最高的第6～第7層土方開挖階段，建議阿特拉斯等堵漏設備及班組常駐現場，時刻待命，并組織基坑搶險應急演練，模擬各種基坑險情，模擬設備機械行走通道、架設空間，提前掃除搶險障礙。

5 結語

在進行詳盡的風險識別、分析及風險控制應對措施后，杭州市最深基坑成功筑底完成，項目基坑施工對周邊環境可能造成的風險基本消除。整個基坑施工過程中周邊管線均健康運行，周邊建筑物整體變形穩定；局部變形較大的位置（省科協裙房），進行了機電維修及局部結構加固，消除了影響；受基坑影響地鐵盾構隧道最大沉降0.5 mm，地鐵安全評價論證后結論為安全。

結合案例，在市中心超深基坑施工過程中，需對基坑本身、基坑周邊的場地環境、建（構）筑物等進行詳盡的考查、論證分析。在全面分析出基坑本身及周邊環境的風險并進行科學詳盡的評估后，統一保護、重點觀測。在基坑風險的控制和處理上，需要聯合所有基坑項目參與方與相關方，進行全面、立體的基坑風險控制與應對措施。希望以上內容可供其他類似項目參考。