市中心超深基坑风险点分析及控制措施研究

凌旭辉

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概况

杭州中心项目位于杭州市下城区武林广场东北侧，东邻中山北路，北邻环城北路，西邻武林广场东通道。中山北路与环城北路均为市中心主干道，场地面积约23 000 m2。项目基坑分为5个基坑（图1），其中B1、B2基坑为地下6层，普遍开挖深度约32 m。B2基坑面积约8 500 m2，采用厚1.2 m十字钢板接头的地下连续墙，地下连续墙入岩0.5 m，设计隔断承压水。基坑设计6道钢筋混凝土支撑，主撑截面为1.1 m× 0.9 m～1.2 m×1.1 m。

图1 杭州中心基坑分坑及区位平面示意

2 超深基坑主要风险点分析

2.1 不利水文地质带来的风险

该基坑开挖范围主要为淤泥质黏土及粉质黏土，其黏聚力为3.0～18.0 kPa，水平方向渗透系数在1.50×10－6～4.00×10－6之间，透水性较差，给基坑施工期间带来的风险点主要为：土体的力学性质较差，特别是淤泥质黏土的触变性，会大大增加开挖分块的难度，开挖速度及形成有效对撑的速度慢，导致基坑变形不易控制；淤泥质黏土透水性差，潜水降水效果差，对土方开挖难度增加，人员在坑内操作安全风险大；在开挖过程中，淤泥质黏土易产生流动，对支撑格构柱、承压水降水井等额外施加水平方向剪力，易造成格构柱变形、承压水井损坏。

承压水层位于36～40 m区间，水头高度－10 m，承压水压力高，给基坑带来主要风险点如下：承压水头较高，基坑开挖期间需要通过抽水降低坑内承压水水位确保开挖期间基坑的安全，在围护止水帷幕体系无法隔断承压水或存在质量缺陷情况下，极有可能会带来承压水抽水功率不足导致的开挖期间承压水头过高而引起的坑底突涌，以导致坑外承压水水头下降引起的周边建筑物、管线变形等风险；基坑整体开挖深度为32.5 m，局部深坑开挖深度为34.0 m，离承压水层非常近，减压井的设计数量及施工过程中的存活率直接影响基坑施工的安全性。

2.2 围护支撑体系的风险点分析

该基坑设计地下连续墙为厚1.2 m十字钢板接头地下连续墙，入岩0.5 m，隔断承压水，主要风险点如下：根据入岩深度控制地下连续墙深度，由于岩层深度存在变化，地勘数据因勘察点数量不足等易造成报告数据与现场实际情况的偏差，将会给地下连续墙整体刚度以及隔断承压水的能力带来风险；地下连续墙接缝的位置多为薄弱点，施工质量的好坏，直接带来接缝漏水、漏泥砂的风险。

本基坑支撑设计有6道混凝土支撑，第2、第3道支撑为环形支撑，第4—第6道支撑拉通，支撑混凝土强度等级C40，其风险主要有：第2、第3道支撑位于淤泥质黏土层，环形支撑需要整体完成后方可形成刚度，在基坑开挖的过程中易产生较大变形；支撑设计未考虑基坑开挖的时空效应，结合时空效应后，易导致基坑变形会比计算模拟的结果增加很多，造成支撑轴力有超过设计值的风险，且混凝土的收缩变形以及受力后的弹性变形也会对整体基坑变形造成相当程度的累加。

3 周边环境风险点识别与分析

市中心项目周边环境一般较为复杂，结合杭州中心的工程经验，总结该类型基坑常见的周边环境影响对象多为以下几种：城市主干道路、邻近建筑物、管线、特殊保护构筑物（如地铁、保护建筑）。对于该4类保护对象的风险分析，初步可从以下几个方面着手：

对于道路的风险点分析，一般从道路自身状态、道路人车流量、道路与基坑的距离、道路的交通替代性等方面进行评估。对于紧邻建筑物的风险点分析，一般从建筑物本身状态、建筑物结构形式、建筑物功能重要性、建筑物与基坑的距离等方面进行评估。对于管线的风险点分析，可以从管线本身的重要性（辐射范围）、管线与基坑的埋深与距离、管线本身对变形沉降的敏感程度（刚性管线风险高于柔性管线）等方面进行分析；对于特殊保护构筑物风险点分析，可从构筑物重要性、构筑物自身状态、构筑物与基坑的关系、构筑物变形敏感程度等方面进行评估。

以杭州中心项目为例，对以上4类环境保护对象风险点进行了有效识别评估（表1），并根据识别结果，对各个风险对象识别风险级别，实施阶段需采取有针对性、有侧重点的风险监测与风险控制措施，遵循统一保护，重点关注的风险控制原则进行。

表1 环境风险识别评估结果

4 相关风险应对措施

4.1 风险监控措施

基坑本身以及周边环境的风险，在识别风险后，应对各类风险采取针对性的风险监测措施，降低危险发生的概率或降低危险发生的影响，从而降低风险等级[1-2]。

4.1.1 基坑本身风险监测

周边环境的影响均是与基坑施工密切关联，故基坑本身的监测是基坑风险监测的根本。

以B2基坑为例，为更好地了解基坑施工各阶段的情况，在地下连续墙内各边均匀布置了15个地下连续墙位移观测点及对应的土体位移观测点（图2）。

图2 B2基坑地下连续墙及土体位移监测点平面布置示意

在每道支撑的主要支撑中布置轴力观测点。在基坑内部布置3口承压水观测井，坑外每边布置2口承压水观测井、1口潜水观测井，来进行坑内坑外潜水、承压水水位的观测。在基坑开挖第1层～第3层土阶段，监测频率为1次/d，在基坑开挖至第4层至大底板完成封底前，监测频率为2次/d。

在基坑开挖之前，必须进行减压井群井试验，来试验判定承压水抽水效果及回水速率，从而判别出基坑地下连续墙的完整性、隔断承压水的能力。

在杭州中心项目B2基坑施工过程中，项目还建立基坑巡查制度，重点对晚上无人作业的时间段定时进行基坑巡查，关注基坑地下连续墙的漏水漏砂、裂缝发展及其他异常情况，对于漏水情况配备全天候待命的堵漏团队，一旦发现漏水点，立即处理，确保基坑安全。

4.1.2 周边环境风险监测

对于道路风险的监测，在项目开始前最好能够对道路的自身沉降情况进行监测，了解其自身变化趋势。在杭州中心基坑开挖前1年即开始对周边道路沉降进行监测，发现周边道路在基坑未开挖、土体未扰动的情况下就已经有相当速率的整体沉降，这在项目施工过程中对道路的风险评判提供了依据。道路监测采用根据基坑深度由近及远依次在基坑影响范围内的道路上布置地表沉降点，并对一些特殊的道路构筑物进行监测，如电车电杆的垂直度监测等。

对于周边建筑物监测，在施工之前需要对在基坑影响范围内的所有建筑物进行排查，对各个建筑物的初始状态（建筑物的结构形式、基础形式、沉降、倾斜度、裂缝情况、内部机电情况等）进行详尽记录，留下充足影像资料。根据搜集的资料对各建筑物的沉降、倾斜等参数进行布点监测。对重点建筑物建立巡查制度，对裂缝发展、机电设备运行、漏水等情况进行重点巡查。

对于管线的监测，周边管线沉降往往与路面沉降有关系，但又不完全等同于路面沉降，在监测点布置时，在有条件的情况下尽可能地布置管线直接监测点，对于一些重点管线，除了常规沉降监测，需采取针对性的监测手段：对于燃气管线，可根据需要定期组织人员进行红外监测，监测燃气泄漏情况；对于给水管线，可在夜晚采取听音监测，监测给水管线完好情况；对于排水管线，可定期采用CCTV管道机器人进入排水管线进行视频拍照监测。

对于地铁的监测，通常采用高精度的自动化监测系统，对地铁盾构管道的沉降、收敛、道床沉降等指标进行监测，定期对裂缝宽度进行检查，判定裂缝发展情况和趋势，对盾构管道定期进行巡查，检查漏水漏砂情况。

4.2 支撑体系的设计优化应对措施

在杭州中心项目B2基坑施工过程中，通过与设计单位充分沟通与论证分析，对基坑的支撑围护设计体系采取了大量优化措施：针对减少支撑混凝土收缩变形方面，优化支撑混凝土采用微膨胀混凝土；为尽早让支撑形成强度，并提高支撑的承载能力冗余，将第3～第6道支撑混凝土替换为C50早强混凝土；结合施工挖土工况及土性特点，优化在第2、第3道支撑布置，拉通中部支撑，形成南北、东西向对撑，避免环形支撑形成体系慢的不足（图3）；考虑实际超深基坑土方开挖的机械使用及结构施工材料运输情况，优化相邻主撑的间距保持在9 m以上，保证长臂挖机的挖土施工以及9 m通长钢筋能直接运输下坑；针对围护新老地下连续墙交接薄弱点，补打MJS加固止水，对于地下连续墙接缝薄弱处，也采用高压旋喷桩或MJS进行局部止水加固。

图3 第2、第3道支撑主撑拉通优化（加深区域）

4.3 挖土支撑施工的方案优化

根据周边保护对象的不同，确定土方的开挖原则及分块方式（图4）。分块及开挖顺序的依据如下：

图4 B2区土方开挖分块及开挖顺序示意

1）根据基坑支撑栈桥分布的形式及被动区土体加固情况，确定盆式开挖的原则。

2）重点保护对象地铁位于基坑北侧，在第2、第3层土方施工中，为保护地铁，开挖方向为由南往北（靠近地铁一侧）开挖。但从实际变形结果发现，在淤泥质软土地基下，先开挖区域由于最先暴露并最早形成支撑，在后续开挖过程中，局部支撑能够较早地形成刚度，较早地进入变形稳定期。而后开挖区域由于淤泥质黏土的土性较差，土体扰动后局部留土对地下连续墙反力效果不佳，后开挖侧地下连续墙从土体扰动后就开始变形，直至最后支撑整体形成方才稳定，变形时间长，变形数据大。故在第4～第7层土方施工中，及时调整了土方开挖顺序，由北（靠近地铁一侧）往南挖，控制住了靠近地铁一侧地下连续墙的变形，在基坑大底板封底，基坑变形稳定后，基坑北侧地下连续墙最大变形60.8 mm，地下连续墙变形0.19%。

3）对于淤泥质软土流动性的问题，实际施工在盆式开挖的基础上，进一步细化，对中间区块的淤泥质黏土分次整体削薄，降低放坡高度。

4）基坑降水控制上，严格按照按需降水的要求，密切关注坑外的水位情况。对于局部深坑区域，根据基坑地勘报告研究局部区位的实际承压水层深度，严格控制局部深坑的开挖深度，在大底板施工期间，对坑内承压水位进行密切监控。

5）为能够及时处理基坑险情，需要分级进行应急抢险力量配备。首先，项目需要全天候常备堵漏小组，独立调配、应急反应，储备充足的聚氨酯堵漏材料，结合基坑巡查制度，发现漏水立即处理的常备应急小组。其次在第3～第5层土方开挖阶段，需要联系配备专业的基坑抢险单位，抢险单位需要有大型堵漏机械、丰富的基坑抢险经验以及应急情况下机械设备在市区通行的能力。在风险最高的第6～第7层土方开挖阶段，建议阿特拉斯等堵漏设备及班组常驻现场，时刻待命，并组织基坑抢险应急演练，模拟各种基坑险情，模拟设备机械行走通道、架设空间，提前扫除抢险障碍。

5 结语

在进行详尽的风险识别、分析及风险控制应对措施后，杭州市最深基坑成功筑底完成，项目基坑施工对周边环境可能造成的风险基本消除。整个基坑施工过程中周边管线均健康运行，周边建筑物整体变形稳定；局部变形较大的位置（省科协裙房），进行了机电维修及局部结构加固，消除了影响；受基坑影响地铁盾构隧道最大沉降0.5 mm，地铁安全评价论证后结论为安全。

结合案例，在市中心超深基坑施工过程中，需对基坑本身、基坑周边的场地环境、建（构）筑物等进行详尽的考查、论证分析。在全面分析出基坑本身及周边环境的风险并进行科学详尽的评估后，统一保护、重点观测。在基坑风险的控制和处理上，需要联合所有基坑项目参与方与相关方，进行全面、立体的基坑风险控制与应对措施。希望以上内容可供其他类似项目参考。