周边环境变化引发的基坑风险控制措施及经验总结.pdf

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1、 周边环境变化引发的基坑风险 控制措施及经验总结 中天二建/黄杰卿1 1 工程概况工程概况 图 1 本项目位置示意图 1.1 整体概况及周边环境 余政储出201963 号地块项目位于杭州市余杭区东湖街道，五洲路与长宁路交叉口东南角，场地西南侧为拟建新洲路小学，目前尚未施工，本项目位置见图 1。1.2 地质条件 场地内土层自上而下依次为：0-1杂填土、1粉质粘土、2夹淤泥质粉质粘土、2粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、2砂质粉土夹粉质粘土、3砂质粉土、2淤泥质粉质粘土夹粉土，主要土层物理力学参数见表 1。本项目基坑坑底大部分位于2粘质粉土夹淤泥质粉质粘土层或1砂质粉土层中。本项目主要建筑物为 12 幢

2、17 层住宅、10幢 18 层住宅和 1 幢 2 层管理用房，采用预应力管桩基础。0.000 标高为 5.400m，自然地坪标高约-0.700-0.900m。现场分南、北两个区块施工，北区设一层地下室，开挖深度 5.15m8.05m，南区设二层地下室，开挖深度约 9.10m。表 1 主要土层物理力学参数 层号层号 土层名称土层名称 厚度厚度/m 粘聚力粘聚力 c/kPa 摩擦角摩擦角/1 0-1 杂填土 1.8 10*15*1 粉质粘土 2.0 22.2 13.4 2夹 淤泥质粉质粘土 4.3 11.6 8.2 2 粘质粉土夹淤泥质粉质粘土 2.4 9.8 22.6 2 砂质粉土夹粉质粘土 2

3、.4 9.2 24.1 3 砂质粉土 8.0 8.3 25.7 2 淤泥质粉质粘土5.6 13.4 9.5 余政储出201963 号地块项目位于杭州市余杭区，主要建筑物为 12 幢 17 层住宅、10 幢 18 层住宅和 1 幢 2 层管理用房，采用预应力管桩基础。基坑周长 1368m，面积 60854m2。北区设一层地下室，开挖深度 5.15m8.05m，南区设二层地下室，开挖深度约 9.10m。夹粉土 注：1、*为经验值；2、厚度为风险区域的典型土层厚度。1.3 设计方案 本项目分南、北两个区块施工，北区设一层地下室，南区设二层地下室。北区主要采用放坡结合拉森钢板桩，以及直径 630mm

4、的 PC 钢管桩（以下简称 PC 桩）两种围护形式。南区主要采用直径 700mm 间距 1000mm 钻孔灌注桩结合2道可回收锚索或1道钢筋混凝土内支撑的围护形式，在灌注桩外侧设置水泥搅拌桩止水帷幕，基坑围护平面示意图见图 2。南区坑外采用深井降水，南、北区坑内采用深井疏干坑内积水。基坑施工过程中出现风险的区域位于南区东北角，如图 2 所示。原设计方案中，风险区域采用直径 700mm 间距 1000mm 的钻孔灌注桩结合 2 道可回收锚索的围护形式，钻孔灌注桩外侧采用直径 850mm 间距 600mm 的三轴水泥搅拌桩作为止水帷幕，冠梁上方 2.70m 采用放坡，如图 3、4 所示。其中，第一

5、道可回收锚索自由段长 5m 锚固段长 13m，第二道可回收锚索自由段长 5m 锚固段长 10m。坑外降水井直径 800mm，深度 14m，降水深度应达到 6m。图 2 基坑围护平面示意图 由于围护边线距离用地红线很近，现场没有空地安放变压器及配电房，因此建设单位拟将以上设备放在坑边。为满足此要求，设计单位在冠梁上方设计高 2.70m，厚 300mm 的钢筋混凝土挡墙，如图 3、4 所示。图 3 风险区域平面示意图 （b）墙后裂缝宽度 图 4 风险区域剖面示意图 2 2 问题描述问题描述 自 2020 年 8 月 20 日起，风险区域围护结构变形显著增大，继而诱发一系列安全风险。如图5（a）所示

6、，挡墙向坑内挠曲较为明显，墙后地坪沉降较为明显，挡墙与墙后地坪已经脱开，呈现出明显的贯穿裂缝。如图 5（b）所示，裂缝宽度 50mm150mm 不等。如图 5（c）所示，坑顶三台变压器及配电箱明显向坑内倾斜。如图 5（d）所示，设备下方的混凝土基础局部已经与硬化地坪脱开，显现出明显的裂缝。如图 5（e）所示，轻质隔墙外侧为南北向的坑周道路，已经出现了明显的沉降、裂缝，局部积水严重。（c）变压器倾斜 （d）变压器基础与地坪脱开 （e）轻质隔墙外侧路面开裂（a）挡墙与墙后地坪脱开 图 5 现场安全风险 如图 3 所示，风险区域南侧、北侧各有一个深层水平位移监测点，分别为 CX10 和 CX11。这

7、两个点位的监测结果是判断基坑风险、评判相关措施有效性的重要依据。8 月 22 日上午和 8 月 24 日下午的监测结果如图 6 所示。如图 6 所示，8 月 22 日上午 CX10 和 CX11 的最大位移分别为 60.28mm 和 57.10mm，均已报警（警戒值为 50mm）。基坑风险较大，必须果断采取措施，避免出现安全事故。图 6 围护桩水平位移监测结果 3 3 原因分析原因分析 （1）坑边荷载增加 如 1.3 节所述，建设单位拟将变压器及配电房放在坑边，因此设计单位在冠梁上方设计钢筋混凝土挡墙，保留土方用以放置设备。坑边荷载增加后，作用在围护结构上的土压力随之增加，是此次基坑风险产生的

8、主因。如图 6 所示，虽然剖面上设置了 2 道锚索，但锚索所处的位置并未明显体现出支点的作用，从基坑底到挡墙顶呈现倒三角形的变形形态，类似于悬臂桩。后续的现场踏勘情况表明，部分锚索的锚锭板小于冠梁、围檩梁上的钻孔孔径，而此类锚索与冠梁、围檩梁没有可靠连接，难以分担土压力。锚索的长度、孔径等虽然存疑，但由于锚索是隐蔽工程，后期难以补强。（2）回填土不密实 挡墙后方回填土不密实，导致变压器、配电房、硬化地坪产生沉降和裂缝。（3）坑底暴露时间长 基坑最后一层土方开挖时没有分段开挖，并且大范围开挖至坑底后没有及时浇筑垫层、底板。基坑坑底暴露时间过长，也给围护结构变形的发展创造了条件。4 4 风险控制措

9、施风险控制措施 8 月 21 日，由建设单位组织，设计单位、施工单位、监理单位、监测单位派代表到项目部参加会议，初步拟定了以下风险控制措施：4.1 坑内临时反压土 由于本项目基坑风险较大，为了确保基坑安全，给后续措施的落实创造条件，在挡墙下方回填反压土，反压土平面范围及剖面尺寸分别见图7（a）、7（b）。（a）8 月 22 日上午 CX10（b）8 月 22 日上午 CX11 4.2 坑内、外新增降水井 为了进一步降低作用在围护结构上的水压力，提高风险区域坑底土的强度，在坑外、坑内新增降水井并加强降水，新增降水井平面位置见图 7（a）。4.3 非风险区域底板先行施工 风险区域北侧主楼底板、西侧

10、底板、南侧主楼底板均为非风险区域。北侧、南侧主楼底板的施工有利于控制风险区域两侧基坑变形，从而抑制风险区域基坑变形的发展。西侧底板施工后，（c）8 月 24 日下午 CX10 （d）8 月 24 日下午 CX11坑内配重增加，有利于提升风险区域的整体稳定性。4.5 提高监测频率 险情出现后基坑监测频率由一天一测提高为一天两测（上午、下午各一测），从 8 月 22日起至 8 月 31 日止，之后恢复正常。根据整体工期安排，北侧主楼底板先施工，西侧底板后施工，南侧主楼底板最后施工，各区块的平面位置见图 7（a）。5 5 设计复核设计复核 5.1 计算说明 采用启明星 8.0 版对风险区域剖面方案图

11、、施工图、风险工况、处理方案分别进行复核，说明如下：（1）方案图 方案图未考虑挡墙、回填土及变压器，锚索满足设计要求，坑外降水深度为 6m，计算模型见图 8。（2）施工图 施工图考虑挡墙、回填土及变压器，锚索满足设计要求，坑外降水深度为 6m。（3）风险工况 风险工况考虑挡墙、回填土及变压器。根据现场情况，锚索部分失效，计算中将 2 道锚索的等效刚度折减 50%。根据现场情况，坑外降水深度为 3m。（a）平面图 （4）处理方案 处理方案在风险工况的基础上，考虑坑内回填土的作用。坑外加强降水后，认为坑外降水深度为 6m。（b）剖面图 图 7 现场处理方案 4.4 修补坑外地表裂缝 险情发生后，坑

12、外地表裂缝较多。为防止地表雨水、污水沿裂缝流入主动区，降低主动区的土体强度，修补了坑外地表裂缝，对后续的新裂缝也及时进行了修补。图 8 风险区域剖面方案图计算模型 5.2 计算结果 围护结构最大位移和主要安全系数计算结果汇总于表3。根据浙江省工程建设标准DB33/T 1096-2014建筑基坑工程技术规程的要求，本基坑抗倾覆和整体稳定安全系数应分别达到1.15 和 1.3。如表 3 所示，原方案的最大位移可控，抗倾覆和整体稳定性安全系数满足规范要求。施工图考虑了挡墙、回填土及变压器，位移显著增大，可见周边荷载增大是风险产生的重要因素。由于现场施工时锚索和坑外降水深度未达到设计要求，风险工况下最

13、大位移将达到122.8mm，抗倾覆安全系数降至 1.11。可见，本基坑发生整体失稳的可能性不大，但有可能发生局部倾覆。如果采用拟定的处理方案，预计最大位移可控制在 92.9mm，预计抗倾覆稳定安全系数可提升至 1.43，满足规范要求。（b）坑外新增降水井 （c）坑内新增降水井 图 9 基坑风险控制措施 表 3 风险区域计算结果汇总 6.2 整体施工进度 类型 最大位移(mm)安全系数(FoS)如图 10（a）所示，8 月 28 日北侧主楼已施工至负一层楼板。此时西侧底板垫层已浇筑、防水卷材已铺设，南侧主楼附近的塔吊已开始安装，为南侧主楼底板的施工做准备。如图 10（b）所示，9 月 18 日南

14、侧主楼底板及西侧底板施工完毕，反压土仍保留。10 月 9 日风险区域变形基本稳定，准备移除反压土，浇筑风险区域底板。如图 10（c）所示，10 月 20 日风险区域底板浇筑完毕。抗倾覆稳定性 整体稳定性 方案图 28.0 1.3 1.69 施工图 71.4 1.3 1.67 风险工况 122.8 1.11 1.67 处理方案 92.9 1.43 1.68 6 6 实施过程实施过程 6.1 落实风险控制措施 8 月 21 日晚间在坑内回填反压土，如图 9（a）所示。在坑外、坑内增设降水井并投入使用，如图 9（b）、9（c）所示。（a）北侧主楼底板施工完毕（a）坑内临时反压土 位移 位移量 位移

15、位移量 8月22日上午 60.28 3.27 57.10 1.15 8月24日下午 69.58 0.30 60.73 0.18 9 月 1 日 79.66 1.51 63.39 0.06 10 月 9 日 87.66 0.12 63.83 0.09 10 月 23 日 88.31 0.16 64.30 0.16 10 月 25 日 88.33 0.00 64.41 0.00 7 7 经验总结经验总结 本项目基坑风险的识别与处理不仅是技术问题，也是管理问题。应总结经验教训，为中天避免或处理类似问题提供帮助：（b）南侧主楼底板及西侧底板施工完毕 7.1 树立安全意识，重视安全问题 对于已出现安全风

16、险的项目，项目部要坚定安全意识，把安全问题放在第一位。在安全风险解除以前，务必要树立“安全第一，其它第二”的信念，现场资源应优先用于化解安全风险。（c）风险区域底板施工完毕 图 10 各区块底板施工进度 7.2 发挥技术处与工程处的联动作用 6.3 监测结果汇总 技术处与工程处是两个部门，本工程出现的基坑风险与两个部门都相关。一方面，深基坑属于“超危大”工程，由技术处监管。另一方面，工程安全由工程处监督。面对此次险情，两个部门发挥联动作用，共同化解险情。例如，为保证南侧主楼底板顺利施工，两个部门积极配合，为项目部安装塔吊创造条件，争取了一定的时间。表 2 提供了六个典型时间点 CX10 和 C

17、X11的监测结果。8 月 24 日前第一阶段的措施基本落实。8 月 22 日至 8 月 24 日两天时间内，CX10最大位移增加了 9.30mm，CX11 最大位移增加了 3.63mm，但两个点位的坑顶单次位移量分别降至 0.30mm 和 0.18mm，变形逐渐趋于稳定。9 月 1 日前，项目部自行对坑顶回填土进行注浆加固，CX10 和 CX11 的变形分别增至79.66mm 和 63.39mm。10 月 9 日 CX10 和 CX11的坑顶单次位移量分别为 0.12mm 和 0.09mm，变形再次趋于稳定，准备施工风险区域底板。7.3 重视锚索抗拔试验，严控锚索施工质量 锚索是隐蔽工程，一旦

18、质量有缺陷，后期难以补强。因此，锚索大范围施工之前，务必要根据设计要求进行抗拔试验。根据试验结果确定锚索直径、长度、锁定力等参数。施工过程中应加强对分包单位的管理，确保施工质量，特别要保证锚索与冠梁、围檩梁连接节点的可靠度。10 月 20 日风险区域底板施工完毕后，基坑变形逐渐稳定。如表 2 所示，10 月 23 日 CX10和 CX11 坑顶单次位移量均为 0.16mm，10 月 25日 CX10 和 CX11 坑顶单次位移量均为 0，基坑险情基本排除。7.4 冠梁顶部挡墙高度应控制 将冠梁顶部放坡改成挡墙能增大基坑周边的施工空间，但也会加大基坑风险。建议冠梁顶部挡墙高度不宜超过 1.50m，由设计单位出具变更联系单后方可施工。表 2 围护桩水平位移监测结果汇总（单位：mm）时间 CX10 CX11 最大坑顶单次最大坑顶单次 7.5 主动区注浆加固应慎重 8 月 24 日之后，项目部自行对挡墙后方回填土进行注浆加固，虽然浆液凝固后回填土强度会有一定程度的提升，但注浆压力较大，会对回填土和挡墙产生扰动。如表 2 所示，从 8 月 24日至 9 月 1 日，CX10 最大位移上升了 10.08mm。可见，注浆压力会增大围护结构变形，主动区注浆加固应慎重。