基于施工工況的監測數據分析研判基坑安全方法

毛曉康

鐵四院（湖北）工程監理咨詢有限公司 湖北 武漢 430063

1 引言

近年來，隨著社會高速發展，強基建工程不斷推進，對地下空間開發利用也在不斷擴張，深基坑工程越來越多。深基坑屬于危險性較大的分部、分項工程，根據規范[1]要求深基坑應實施基坑工程監測。雖然經過二三十年的發展，基坑工程監測、數據處理和預警預報技術已經非常成熟[2-4]，但基坑安全事故率依然較高。基坑監測雖能反應出基坑的變形，通過監測數據處理分析，能進行預測和預警，但建設管理更關心的是基坑是否安全？是否可以繼續施工？應該采取什么有效措施確保基坑安全？需作出正確的決策。很多基坑的監測數據雖然預警了，但現場基坑安全，可以繼續施工，到施工結束都未發生異常。現場僅僅根據監測數據和預警預報信息，分析研判基坑不安全，需要停工，采取措施，往往效果不好，浪費人力物力和資源，影響建設工期。由于巖土工程問題的復雜性和基坑工程問題的特殊性，需要根據基坑施工過程的工況變化和監測信息，實行動態信息化施工[5]。因而，研究結合基坑的施工工況，對監測數據分析研判基坑安全會很有幫助。

2 基本方法

第一步，根據審批的施工監測方案相關要求，對深基坑開展監測。埋設監測點并對其進行數據采集，采集的數據計算每個監測點的累計變量和變化速率。根據監測方案中的寫明的累計變化量和變化速率控制值和預警要求，將監測數據處理分析的結果分為正常、預警和突變三種狀態。正常指所有數據在正常范圍內，預警指監測點數據達到監測方案中預警的要求，突變指變化速率大于控制值的2倍或累計變化量超控制值的3倍。

第二步，應由專業工程師完成對深基坑、周邊環境、施工狀態和地層等施工工況進行巡視檢查，確保能真實的了解現場施工工況，并對其進行綜合判斷。基坑工程巡視檢查包括以下內容：（1）支護結構。支護結構成型質量；支撐安裝架設是否及時；冠梁、圍模、支撐有無裂縫出現；支撐、立柱有無較大變形；止水帷幕有無開裂、滲漏；墻后土體有無裂縫、沉陷及滑移；基坑有無涌土、流沙、管涌等其他異常情況。（2）施工情況。開挖后暴露的土質情況與巖土勘察報告有無差異；基坑開挖分段長度、分層厚度是否與設計要求一致；場地地表水、地下水排放狀況是否正常，基坑降水設施是否運轉正常；基坑周邊地面有無超載等其他異常情況。（3）周邊環境。周邊管道有無破損、泄漏情況；周邊建筑有無新增裂縫出現；周邊道路(地面)有無裂縫、沉陷；鄰近基坑及建筑的施工變化情況；鄰近基坑否有裂縫產生等其他異常情況。（4）基坑降水。巡視檢查坑內外水位是否正常；降水設施是否運轉正常；減壓井降水效率是否滿足要求等其他異常情況。

將巡視檢查的施工工況分為正常、異常和突變三種狀態。正常指一切都在合理范圍內，在可控范圍內；異常指當存在監測點預警時，需對該預警監測點附近區域進行重點施工工況巡視檢查。

第三步，根據第一步監測數據的三種狀態和第二步施工工況的三種狀態，按照下表表1對基坑的安全性進行研判，得出基坑的安全狀態，建設管理者作出正確的判斷和決策。

表1 基于施工工況的監測數據研判基坑安全表

表1中的基坑安全狀態分了四個等級，即Ⅰ級安全、Ⅱ級安全、Ⅰ級不安全和Ⅱ級不安全。每種安全狀態解釋如下：

（1）Ⅰ級安全：基坑處于安全狀態，可以繼續施工，不需采取措施進行處理。

（2）Ⅱ級安全：基坑處于安全狀態，可以繼續施工，可不采取措施處理，但需要持續關注施工工況和監測數據的變化，若有異常需對基坑的安全性按本文方法重新作出研判。

（3）Ⅰ級不安全；基坑處于不安全狀態，可以繼續施工，但是要采取措施解決異常工況現象，繼續關注施工工況和監測數據的變化。

（4）Ⅱ級不安全：基坑處于不安全狀態，應暫停該部位施工，采取措施消除突變影響后，重新按照本文所提的方法對基坑安全進行研判，根據研判的結果做下一步決策。

3 案例分析

3.1 工程實例一

某地鐵A深基坑采用地下連續墻加鋼支撐的支護結構，在開挖過程中，地下連續墻接縫處出現小滲漏，由于此處附近的坑外水位監測數據未達到預警，施工單位未及時采取堵漏措施。然而該滲漏點所處的地層是較厚的粉細砂層，滲漏很快發育成為涌水涌沙，最終釀成基坑搶險。雖未造成人員傷亡，但基坑周圍路面（城市道路）下陷50cm，造成不好的社會影響，同時花費大量的人力物力搶險，影響基坑開挖進度。

若按照本文提出的方法對基坑進行安全性研判，墻縫出現滲漏，并且滲漏點處在不利的地層位置，很容易導致涌水涌沙事故，施工工況應該判斷為異常，不論監測數據是否預警，基坑應該為Ⅰ級不安全，應該采取措施及時堵漏，就不會發展出涌水涌沙基坑事故了。

分析此處事故中主要有三點：

（1）雖沒有監測點監測預警，但基坑也可能處于不安全狀態，需要采取措施；（2）巡視到小滲漏未達到巡視預警，但施工工況巡視檢查了解到該處小滲漏點在最不利的地層處，基坑是處于不安全狀態，需要及時堵漏;（3）未及時發現小滲漏點處在最不利的地層處粉細砂層，主要原因巡視施工工況的人員專業知識和經驗不足，因而施工工況巡視檢查應該有專業經驗豐富的人員來完成，否則無法作出正確的施工工況判斷。

3.2 工程實例二

同樣是A深基坑在另一處的水位監測點數據連續兩天下降，監測數據預警，開始檢查基坑施工工況，墻縫未發現滲漏點，并且坑內沒有降水，看似現場施工工況正常。但是繼續排查到周邊環境工況，發現與A深基坑隔一條道路的B工地基坑在降水，并且降水的水位與預警監測點的水位信息相吻合，結合該區域的地層分析得出施工工況異常，監測數據預警，根據本文提出的方法可判斷為Ⅰ級不安全，可以繼續施工，但是要及時采取措施。要求B工地停止降水，對路面下的地層進行密實性探測，結果表明地下存在脫空不密實區域，及時采取注漿加固的措施，最終未發生道路塌陷的安全事故。

此處事件中，能發現A深基坑旁的B工地敞開降水的施工工況，是判斷基坑安全性和采取正確措施的關鍵。

3.3 工程實例三

B深基坑采用與A深基坑一樣的支護結構，坑外水位監測點隨基坑開挖，水位不斷的下降，累計變化量超過控制值，達到預警條件，經對現場工況的認真的巡視檢查，施工工況一切正常，無任何異常情況。

根據本文提出的方法可判斷為Ⅱ級安全，基坑處于安全狀態，可以繼續施工，但需要持續關注施工工況和監測數據的變化，不用采取措施。最終B深基坑從開挖到完成封頂全過程，未發生任何安全事故。用本文方法研判該深基坑安全，結果是正確的。

3.4 工程實例四

C深基坑采用地下連續墻+混凝土支撐+鋼支撐的支護結構，第一道混凝土支撐軸力監測點數據突變，地下連續墻測斜監測點數據預警，對現場工況進行仔細檢查，施工工況正常，無任何異常。

根據本文提出的方法可判斷為Ⅰ級不安全，可以繼續施工，但需繼續關注施工工況和監測數據的變化，如發現施工工況異常時，要及時采取措施。現場僅僅采取了增加2根鋼支撐，增加基坑安全性，正常施工，未發生施工工況異常情況。最終C深基坑從開挖到封頂，未發生安全事故。

4 結論

（1）深基坑工程不確定因素較多，在深基坑施工過程中，建設管理者需要通過監測數據和施工工況信息，對基坑的安全性進行研判，正確的決策對避免基坑安全事故的發生，順利完成深基坑工程具有重要。

（2）用本文提出的方法，對多個深基坑工程案例進行分析可知，該方法能為建設管理者提供一個新的方法作出正確的決策。

（3）本文所提的方法，最重要的是要真實的摸清現場的施工工況是關鍵。施工工況的檢查綜合判斷需要非常有經驗和專業性較強的人來完成，否則很難真實的了解現場的具體工況，影響最終決策的正確性。