软土地区超大深基坑盆式开挖的变形控制*

朱绪伟 杜佐龙 卜凡 国 衣书磊 景奉强

1. 中建八局第一建设有限公司 济南 250100；2. 中建八局技术中心 上海 200120

1 工程概况

本案例基坑开挖面积约为70 000 m2，基坑普遍开挖深度为11.9 m，最大开挖深度15.5 m，该基坑开挖面积大、深度深，施工影响范围广。围护设计采用钻孔灌注桩+2 道混凝土内支撑的围护形式，基坑总延长约1 270 m，总土方量超80万m3；基坑临时支撑与主体结构相结合，利用中心岛主体结构作为支撑体系的一部分，整体采用盆式开挖，留设三级坡坡体土护壁。基坑的平面、剖面布置如图1、图2所示。

场地自地表至坑底深度范围内所揭露的土层主要由饱和的黏性土、淤泥质黏土和粉质黏土组成，缺失上海地区标准层第⑥层硬土层和第⑦层粉砂层，土层分布如图3所示，基坑监测点布置如图4所示。

图1 基坑平面示意

图2 基坑剖面示意

基坑变形发生持续报警时，中心区域金钟路侧土方基本开挖完毕（图中最内侧曲线为土方开挖坡底边线），中心岛基础底板完成65%（图中阴影区域）当时工况如图5所示。由于数日的强降雨，在基坑北侧和南侧，围护结构变形突然增大，基坑多处位移监测值出现变形速率报警，周边路面开裂，局部1 道支撑开裂。

图3 土层剖面示意

图4 基坑监测布置

图5 基坑变形持续报警时工况

典型监测点为P19（围护桩测斜点），选取地表处（0.00 m）、开挖深度一半位置处（深度=6.0 m）和坑底处（深度=11.5 m）处的侧向位移时间历程曲线，如图6所示，3 个位置处的变形趋势基本一致（顶部变形速率稍大）。

图6 P19监测点时间-水平位移监测

在经历了6月16日至17日的强降雨后，金钟路一侧的土体移动进入剧烈变化区，土体侧向位移迅速增大，在采取一系列的基坑变形控制措施后，土体变形明显趋缓，至6月28日，基坑变形基本趋于平稳。

2 基坑变形控制措施

2.1 应急响应

（a）立即启动应急预案，成立应急指挥小组， 由设计单位、建设单位领导、监理单位领导、施工单位的企业层面、政府相关监督部门以及专家顾问团组成，统一协调技术措施及组织现场施工[1]；

（b）成立应急执行小组，主要由施工、监理、监测单位的项目管理人员组成，24 h轮班，明确相应人员的职责分工；

（c）立即停止中心岛土方开挖，马上召开应急会议（6月16日～6月25日，连续召开应急会议10 次，讨论制定各项变形控制措施逾20 条）。

2.2 信息化管理

（a）监测单位加密监测频率，每6 h监测1次，固定时间上报监测数据，数据采集完成后直接在电脑上导出，快速便捷，为现场专家顾问及技术人员及时提供数据。

（b）为了确保监测数据的准确无误，另外增加一家第三方监测单位，使得双方数据相互对比印证，结果监测数据吻合，保证了监测数据的准确性。

（c）现场施工人员全部信息化指导施工，能在第一时间直接获取技术措施。

2.3 主要措施及实施效果

（a）土方停止开挖，并将所有临时边坡采取厚100 mm C20喷射细石混凝土，内配Φ6.5 mm@200 mm×200 mm钢筋喷锚护坡（含水率较大处先洒1 层快干水泥），避免边坡土体暴露。 喷锚完成后立即覆盖塑料薄膜和彩条布，防止雨水直接对坡体冲刷。

（b）已暴露底板垫层全部改为配筋加厚垫层Φ14 mm@200 mm×200 mm（可根据现场现有钢筋调整），并在12 h内浇筑完成。 其中，含水率高的部位满铺竹笆2 遍再浇筑，垫层为厚200 mm混凝土。

（c）全面采取人海战术，组织24 h施工底板防水、管桩灌芯、钢筋绑扎等各工序，最短时间内完成已暴露区底板结构（从垫层浇筑完成至基础底板混凝土浇筑完成，每个区域平均7 d时间）。钢筋支架使用钢管替代。

（d）昼夜场内外裂缝封堵，直接灌注干粉砂浆或者快干水泥（雨天原因），然后灌注沥青。

（e）靠近基坑侧半幅路面全面封闭，禁止车辆行驶，减少动荷载的影响。

（f）三级坡下方有电梯井位置，坡脚位置打松木桩，桩长6 m，桩径15 cm，分2 排桩施工，前后排间距1 m，每排桩间距0.5 m。前后桩错开成折线形布置，桩顶露出土面60 cm，木桩施工完成后使用50 mm×100 mm方木将所有木桩顶部连接，使得局部形成四级坡区域，边坡稳定得到保证。

（g）基坑三级坡坡底设置底板传力带，将三级坡与已经施工完成中心岛基础大底板直接连接，使得三级坡蠕动及下滑得到控制。

（h）基坑南侧变形最大2#栈桥两侧，在此对应位置底板上做厚600 mm钢筋混凝土挡砂墙，进行砂坝堆载，堆载高度至二级坡坡顶，稳住整个基坑南侧的变形（图7、图8）。

图7 栈桥示意

图8 加固示意

（i）在北翟路围护桩外侧增设13口坑外降水井，井距15 m，井深12 m，采用Φ273 mm钢管，成孔Φ650 mm。降水水位控制在孔口以下8 m位置，以减小基坑堆载从而缓解基坑变形。

（j）增设钢斜撑，钢斜撑基础完成，连续3 d测斜数据，超过6 mm时立即安装。

（k）支撑梁裂缝集中位置，在支撑梁上增设加强板以增加整体刚度，防止支撑受剪破坏。

（l）使用28a#槽钢对支撑、栈桥钢格构立柱桩全数进行剪刀撑焊接加固；增强支撑系统的整体稳定性。

（m）基坑边所有上水管改为明管，以防变形过大水管爆裂。

（n）一级坡坡顶全部采用配筋混凝土硬化（Φ4 mm冷拔丝成品网片），厚度100 mm，防止坡顶水分渗入到土体内，降低土体含水率。

3 结语

（a）城市深基坑工程是一项重大风险源工程，基坑风险在设计这块所占比例较大，其设计至关重要，必须重视“临界设计”所导致的施工风险[7]。本案例利用裙边堆土作支护的盆式开挖方式，在中心岛施工阶段，由于未能形成支撑系统而基坑变形极大，加上软土受雨水等外界因素干扰大，土体自身稳定性不易保证，加剧了基坑变形的发展。

（b）强化深基坑评审：建质[2009]87号文《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》中将基坑支护与降水工程在七大类工程中排第一位，同时要求实施前编制切实可行的各专项设计及施工技术方案，其中应急预案必须引起高度重视。

（c）由于基坑工程是一个整体，因此，建设单位在考虑发包模式时，不宜将工程桩、围护施工、基坑降水、土方开挖等分项工程分别发包，整体发包显然对工程安全更有利。

（d）复杂条件下的深基坑工程，尤其是周边分布有重要管线和地铁以及处于闹市区的深基坑工程，必须针对深基坑的安全风险源，制定相应完善的应急预案和抢险物资的准备，以备不时之需。

（e）信息化施工是复杂条件下的深基坑施工中必不可少的环节，当基坑围护结构变形、管线位移的监测数据报警时，应立即加大监测频率并组织设计、施工技术人员进行研究和分析，做到信息的实时收集—整理—分析—递交—反馈—处置。

在本案例中，应急预案的可行性以及应急物资的储备到位在变形控制关键阶段得到了有力的保障，信息化监测数据的准确性是判定施工措施效果和决定下一步施工方法的重要依据，也是本案例在基坑持续变形能够获得成功的关键因素。