基坑施工变形与安全风险因素的管控路径思考

时间：2024-07-28

李军华

（江苏华东工程设计有限公司，江苏南京 210007）

李军华

（江苏华东工程设计有限公司，江苏南京 210007）

本文结合某基坑工程施工实例，对基坑施工期间的变形问题进行了全面监测，并根据安全风险探讨了各类危险因素的管控措施与路径，对确保基坑施工安全完成有重要意义。

基坑施工变形安全风险风险管控

在工程项目建设施工中，基坑部分的施工作业是非常重要与关键的。但在施工过程当中各个环节的操作都可能诱发结构变形，若不对结构变形进行详细监测，制定针对性的风险控制措施，则可能导致基坑施工质量受到影响。本文即就基坑施工变形以及安全风险因素管控方面的内容进行分析探讨，望引起重视。

1. 工程概况

某地铁站位于市区两条主干道交叉路口，且为两条地铁线路的换乘车站。车站主体采用明挖基坑顺做法施工，地下2层段基坑开挖设计深度为19.95m，地下3层段基坑开挖设计深度为27.15m，均采用钻孔灌注桩配合土体锚索外支撑体系。

现场勘查数据显示，该场地土层主要分布有杂填土层、粉土层、粉细砂层、卵石层、粉质粘土层等。地质剖面自上而下以此为粉土填土层→杂填土层→粉质粘土层→粉土层→粉细砂层→卵石层→粉质粘土层→粉土层→卵石层。如下图所示（见图1）。

图1：施工现场地质分布情况示意图

水文地质条件方面，该站点勘察过程当共发现1层地下水，含水层为卵石层，水位埋深在28.50m～31.50m范围内，现场水位标高为22.70m～24.20m。

2. 基坑施工变形分析

在基坑施工过程当中，对施工变形的相关因素进行动态监测与分析，能够及时反应基坑施工的进展以及状态，通过对反馈信息的应用达到对基坑变形进行控制的效果，从而确保基坑结构的安全性。本工程基坑施工中，本工程变形监测的主要内容包括：地表沉降监测、管线沉降监测。具体分析如下：

1）对地面沉降的监测。本工程中基坑支护体系将钻孔灌注桩与预应力锚索支护相互结合，根据基坑现场施工过程当中所引起的地表沉降最大测值对应历史变形曲线，变形最大值出现在DB27-03点上，累计变形为-39.7m。结合基坑施工现场的进度安排（如下图2所示），在基坑施工过程当中，地表沉降的空间以及时间规律可以概括如下：

表1 ：基坑施工阶段划分示意图

在土方开挖施工期间，累计变形值为-36.9mm，占变形总量的比例的大部分。具体来说，在第一层土方开挖（开挖深度自地表至地下6.0m区域内），所产生的变形量较显著。分析其原因在于：从地质勘查条件上来说，本基坑施工现场第1层土体主要构成为粉土以及杂填土，土方开挖后围护桩外侧土体对桩体结构产生侧向推动力，导致桩外侧土体间的孔隙增大，形成松散区域，诱发较大规模的沉降；在结构施工期间，累计变形为-1.5mm，变形总量较小。分析其原因在于：在现场施工中通过应用围护桩联合预应力锚索支护的方案，使得基坑在二次结构施工中不存在钢支撑卸载所致受力转换，故而也不会造成锚索预应力的异常松弛；在后期变形期间内，累计变形为-1.3m，占变形总量比例低，表明结构封底后施工区域地表沉降已经基本倾向于稳定状态。

2）对管线沉降的监测。本工程中基坑开挖施工作业期间累计变形最大值出现在基坑北侧，管线为污水管，与基坑外侧距离为7.1m，施工过程中累计变形值为-14.39mm，低于控制值-20.0mm的要求。根据基坑现场施工过程当中所引起的管线沉降最大测值对应历史变形曲线，从时间分布上来说，管线沉降集中出现在基坑土方开挖阶段中，因土方开挖作业对围护结构造成影响，使其向基坑内部倾斜，造成围护结构外侧土体发生松散，诱发管线变形。

3. 安全风险因素管控路径

结合已有的研究与实践来看，明挖基坑顺做法施工流程已经比较规范，工艺技术成熟，只要能够把握各个环节操作的关键，就能够实现对风险的科学管控。从对基坑施工变形的认识入手，认为安全风险因素的管控措施有以下几个方面：

1）对桩体成孔垂直度进行科学控制。若对桩体成孔垂直度的控制效果不佳则容易造成桩体侵限，轻则导致喷砼厚度减少，重则必须对侵限桩体加以剔除，直接影响桩体强度，导致围护结构安全性受损。因此，对垂直度进行科学控制是非常关键的。

2）对钢（腰梁）围檩安装进行科学规范。对钢腰梁（钢围檩）结果作为锚索或钢管支撑部分向围护桩传递荷载，实现锚固功能的基本载体，其与围护桩之间必须贴合紧密，若部分位置难以紧密连接，则可选用强度C20细石混凝土进行填充，若填充不及时造成腰梁后不密实形成空洞，则可能导致锚固力/预应力大量损失的问题，无法满足设计要求。针对该情况，需要采取的应对策略是：确保钢腰梁的设计承载力与锚索的最大荷载相匹配，并满足应力集中的要求。结合本工程中要求，钢腰梁段与段之间的连接不仅要进行等强度的三向连接，更要求钢腰梁的平直，以满足受力要求。

3）完善对锚索或钢支撑结构的架设。及时进行锚索或钢支撑结构的架设能够有效减少土体侧向位移以及地面沉降，在围护结构变形控制方面的效果确切。在钢支撑结构的架设中，必须确保支撑轴线与支撑断面的垂直。

4）钢管支撑拆除作业。对明挖基坑顺做法采用钢支撑施工的，结构施工作业应当遵循纵向分段、竖向分层、自下至上的基本原则。因此，必须在结构强度达到一定标准后方可进行对钢管支撑的拆除作业。拆除过程中应当结合监控量测的结果进行分段、分层、自下而上的逐步拆除，杜绝一次性长距离的拆除多层钢管支撑。