吴 隽

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

随着社会经济的快速发展，城市建设规模不断增大，这将导致城市土地资源日趋紧张。因此，地下空间的开发和利用变得越来越重要。地下空间的开发和利用将面临深基坑支护难度大、地下空间施工环境复杂、须对周边道路管线及建筑物实施保护等问题。珠三角地区大范围处于软土地区，土层含水量高、强度低，基坑开挖时易产生蠕变和剪切破坏，加上部分区域土层含有夹砂层，易产生流砂、管涌等问题。

深基坑工程常应用于城市密集建筑群中，施工中需严格保护主干道路、邻近建筑物和地下管线等。因此，进行深基坑施工需严格做好相关施工保障措施，否则极易在施工过程中产生险情。

虽然目前进行深基坑施工的有效手段越来越多[1]，但在实际施工中还是会遇到许多突发状况。

近年来深基坑事故频发[2-3]，给人民的生产生活带来了极大的不利影响。因此，本文研究了深基坑工程施工过程中开裂变形险情发生的原因和险情发生后采取的应对措施，这对实现施工过程中深基坑支护结构的安全稳定及险情预防等具有十分重要的指导作用和参考价值。本文将以地质条件差、周边环境复杂的某大型深基坑工程险情事件及处理措施为例，分享相关的施工经验。

1 基坑概况

1.1结构概况

本基坑面积约为2.5万 m2，基坑开挖深度为15.80 m，基坑支护周长为930 m。本基坑安全等级为一级，基坑重要性系数为1.1，邻近地铁一侧环境等级为一级，其余位置基坑环境等级为二级。支护结构采用“灌注桩＋内支撑”形式。灌注桩直径为1 200～1 400 mm，入岩深度不小于2 m。

1.2地质水文概况

根据本工程地勘报告，了解到地质分布情况如下：回填素土厚度约3 m，淤泥质土厚度约40 m。基坑开挖深度约15.8 m，开挖深度范围内的土层包括黏性素填土和淤泥质土。其物理性质为①层黏性素填土：灰黄色，湿-很湿，松散，由粉质黏土组成，含少量砂及碎石块，填埋时间小于5年。②层淤泥质土：深灰色，流塑，具臭味，含少量腐殖质，局部含较多粉细砂及贝壳屑，局部为淤泥，有机质含量1%～4%。

地下水位较浅，初见水位埋深0.8～2.9 m（黄海高程2.10～3.75 m）。地下水环境类型属Ⅱ类，地层渗透性类别属A类。通过采用标准贯入试验判别法进行判别，判别结果表明场地的液化等级属“严重”。

1.3周边环境

本基坑北侧为双向8车道主干道（正在进行综合管廊施工）；西侧为一期标段正在施工主楼，地下室已施工完成，一、二期地下室共用一堵墙；南侧为已投入使用的主干道；东侧为正在施工的地铁站，如图1所示。

图1 基坑周边环境平面

2 基坑险情及应急抢险

2.1基坑险情描述

由于场地范围内地基土质非常差、支护结构设计不合理以及在场地开挖后遭遇较大强降雨，支护结构施工完毕后，基坑开始出现细微裂缝，但裂缝宽度仍处于可控范围内，现场继续进行土方开挖。

之后，基坑C点附近第1道支撑梁与冠梁之间裂缝突然明显加大，裂缝宽度约20 mm，如图2所示。

图2 基坑第1道撑C点附近裂缝

同时，基坑CDE段、FGH段支护桩在基坑底以上0.8～2.5 m位置出现大量裂缝，最宽裂缝达25 mm，如图3所示。

图3 支护桩裂缝

9座区域第2道板撑a点局部开裂，如图4所示。

图4 9座a点支撑梁开裂

8座H点附近冠梁开裂，支护桩也出现竖向裂缝，如图5所示。

图5 8座H点冠梁及桩开裂

后续险情又有所发展：

1）在第1、第2道板撑靠近冠梁附近出现明显裂缝。

2）深基坑周边地表沉降超过100 mm，最大值达149 mm，设计控制值为30 mm。

3）场地内设置水位监测点24个，7座附近W1—W8监测点水位下降均超过6 m；9座设W9—W16监测点，其中有1个监测点下降至超报警值1 m；8座设W17—W24监测点，其中有2个测点下降超报警值1 m；监测报警值为1 m，控制值为1.5 m。

4）支撑结构立柱共设31个竖向位移监测点，7、9座立柱测点的竖向位移均为向上，并超过控制值30 mm，最大竖向位移41.5 mm；8座立柱也为向上位移，最大位移为13 mm。监测位移报警值为25 mm，控制值为30 mm。

5）基坑C点附近第1道支撑梁与冠梁之间出现明显裂缝时，支撑梁的监测力均为压力，第1、第2道撑最大压力分别为3 856、4 821 kN；随着时间推移，有超过60%的第1道支撑梁逐渐出现拉力，而第2道撑受力均为压力。第1、2道撑报警控制值分别为5 390、7 700 kN和9 100、13 000 kN。

6）支护桩上部水平位移测点42个，位移方向均向坑内，最大位移39 mm，有3个测点超控制值30 mm，有2个测点超报警值25 mm；监测位移报警值为25 mm，控制值为30 mm。

7）支护桩上部水平位移测点26个，竖向位移均向上，最大位移48.8 mm，有12个测点超控制值30 mm，有2个测点超报警值25 mm；监测位移报警值为25 mm，控制值为30 mm。

2.2应急抢险

从发现险情以来，施工现场迅速启动了相关应急预案，主要应对措施如下：

1）参建各方当天就组织召开了险情分析及应对会，协调联动应对险情。

2）根据以往关于基坑险情处理研究[4-5]，基坑底部堆载反压能够有效降低土体对结构的土压力，从而达到加强基坑支护结构的目的。本案例中采取了该方法对支护结构进行加固。首先暂停险情区域土方开挖，并用沙袋、袋装混凝土堆载在支护桩底部，对支护桩进行反压，以稳定支护桩。

3）对已开挖至底板底的9座D点角部迅速采用C30水下混凝土进行浇筑，以稳定周边土体及支护桩。

通过以上应急措施，基坑险情得到了控制，但基坑是否安全、能否继续挖土仍需进一步研判。

3 主要险情原因分析

3.1第1道撑C点附近裂缝

当C点附近出现明显裂缝时，该点附近土方已挖至底板底以上，标高约为－9.3 m，支撑梁另一端E点附近由于为出土道路，标高约为3.5 m，两点之间大部分土方已挖至约－8.3 m处。

当时测得该区域支撑梁为受压状态，压力最大值为1 200 kN，控制值为7 700 kN；从裂缝分布看，该裂缝沿着支撑梁与冠梁交接边分布；该处为第1道撑角部，应力集中，为薄弱部位，破坏最为严重，往两边逐渐减轻。

从以上分析可知，出现这种现象的原因可能是由于受到挖土量不同的影响，DE边出土坡道中的土体和支撑结构能够同时为DE边提供支撑力，从而减小了因主动土压力给支护结构带来的影响。

而DC段受挖土方量影响较大，支护结构受到了较大主动土压力，从9座支撑梁均受到压力也可得以验证。而支撑梁与冠梁截面相差较大，可知其刚度相差较大，当受到土压力作用时，刚度较小的冠梁部位出现裂缝。当裂缝发展到一定程度后，9座区域的板撑作为一个整体相应地进行内力重分配，将C点支撑梁的力分配到相邻板撑上，由此裂缝发展得以减缓。

3.2第2道撑a点附近裂缝

因材料吊装需要，在a点附近开设了一约4 m×8 m的洞口（图6），致使该处支撑板传力不连续，在a点处应力集中，支撑梁受压崩裂。施工现场发现开裂后立即将该处材料洞口用钢筋混凝土封堵恢复，此后该处裂缝得以稳定，不再发展。

图6 开裂点a位置

有研究[6]表明，开洞口将导致结构承载能力下降，在洞口短边或转角处出现应力集中现象。为了能够进一步比较板开孔对支撑梁薄弱位置应力集中方面的影响，采用Abaqus有限元分析软件对该部位进行模拟分析，得出a点应力变化如图7所示。

图7 开洞口前后a点位置应力

从图7可知：开洞口后，对结构施加同样大小荷载时，a点应力最大值为30 195.43 Pa，为不开孔的41.53倍。因此对已建结构板开洞口作为吊料口将大幅度增大薄弱部位的应力，降低结构承载能力，从而产生裂缝，影响结构的安全使用。

3.3冠梁H点附近裂缝

当挖去8座支撑结构下土方后，内支撑受到侧向土体压应力作用增大，而二期地下室已完成（支撑结构刚度较大），支撑FGH截面相对于冠梁截面大得多，因此两期支撑结构交界处出现薄弱部位（图8）。在受到压应力时该处首先出现了裂缝。在此处的灌注柱也发生了扭转，导致桩产生扭转竖向裂缝。

图8 开裂点H位置

崩裂之后没有进一步发展，是因为整个支撑结构发生内力重分配，处于暂时平衡状态，需加快底板及主体结构施工。

3.4第1、第2道板撑靠近冠梁裂缝

出现这种现象的主要原因是冠梁与内支撑梁板的刚度相差较大，在受到主动土压力作用下，刚度较小的冠梁会首先产生裂缝，同时将导致结构内部应力重分布，之后土压力由支护桩和内支撑上的板承担，结构暂时趋于稳定。

3.5水位下降

水位下降的主要原因是在土压力作用下，基坑侧壁渗水、流砂严重，未能及时进行有效封堵，造成基坑外侧水位下降严重。

3.6地表下沉

地表下沉主要有3个原因：基坑外周边水位下降，原生土体受到支护桩成形过程中的施工荷载作用而破坏，导致土体结构稳定性下降；随着土方的持续开挖，场内外水头差不断增大，导致了地下水夹杂着土体发生流砂现象；该地区为冲积平原，且原多为鱼塘、水田，土质较差，时间长了出现自然下沉。

3.7支撑结构立柱、围护桩向上位移

由于基坑外侧土体下降增大了基坑下部土体的压应力，同时随着基坑土方的不断开挖，水压力不断增大，两者的共同作用导致支护桩产生了向上的竖向位移。

3.8支撑梁拉压力

支撑梁一般而言是承受压力的，因其要支撑基坑外侧土体传来的主动土压力。

第1道支撑梁出现拉力，主要是因为支护桩底部坑内土质较差，无法承受坑外土体传来的土压力，造成支护桩底部向坑内倾斜，支护桩顶部向坑外倾斜的“踢脚”现象，最终导致支撑梁承受拉力。

3.9支护桩体裂缝

支护桩裂缝大多出现在第2道板撑与底板底之间的中下部位，这是因为第2道板撑与底板底土体相当于支护桩的支座，支护桩相当于连续梁，基坑外侧土方梯形压力作用于支护桩上，且底板底土体较差，实际起支座作用的位置应在底板底下方，所以支护桩裂缝会出现在第2道板撑与底板底之间的中下部位。

4 后险情应对措施

在险情初期，实施相应的应急抢险措施后，根据险情的发展情况，为确保基坑的安全，参建各方采取了一系列的保障措施，包括加强监测、分区块施工、坑外注浆止水和增加基坑抛撑等。

4.1加强监测及数据处理

调整和完善监测方案，提高监测频率，每天两测。

5月份出现基坑险情后，施工现场人员及时在支护桩底堆载了沙袋及袋装水泥，并停止桩周边的土方开挖。但之前累积的监测数据显示基坑周边地表、管线、水位沉降、支护结构变形均较大，持续超出报警值和控制值。为此，项目组织专家进行研判，专家认为采取应急措施后基坑数据较稳定，变形数据可归零重新累积，但需保留归零前数据，因此监测数据从7月23日起归零重新计算。

从7月23日起，陆续开展桩底反压区以外的土方开挖及底板浇筑，基坑的监测数据开始出现较大的变形值，多处监测值超出报警值及控制值，至10月完成钢抛撑施工后，基坑监测数据较为稳定。为此，项目组织专家进行研判，并从11月20日起将变形数据归零重新累积。

4.2分区块施工

将地下室底板划分为若干块，各相邻分块间隔施工，即施工某一分块时，相邻两块不得施工。

4.3基坑外注浆止水

对渗水严重的基坑侧壁，在基坑外侧引孔高压注浆，修复原旋喷桩止水帷幕。

4.4增加基坑抛撑

在基坑支护桩开裂较严重的8/9座区域，增加钢抛撑以加固支护桩，防止继续开裂。

5 结语

通过上文的论述及分析，对基坑的安全管控需要注意以下几点：

1）在了解到基坑地质条件差（场地开挖范围内含有淤泥质土且场地液化等级为“严重”）的条件下，应对特殊部位加密勘探，并采取有效的应对措施来降低对支护结构的土压力。

2）在深基坑支护结构设计和施工过程中，应尽量避免出现结构突变情况，以免出现应力集中，影响支护结构安全性，需加强基坑支护的施工质量管控。

3）在基坑支护结构产生裂缝后，采用了反压堆载和基底封灌等处理措施，有效地阻止了险情的进一步发展，对软弱土质条件下的深基坑施工和险情处理具有十分重要的指导作用。

4）险情稳定后，采取了加强监测、分区分块施工、基坑外注浆止水和增加基坑抛撑等保障措施，进一步提高了基坑险情发生后的安全保障。在今后深基坑施工前还需做好应急预案，备好应急物资，密切监测基坑安全并及时响应。