随着我国经济建设的发展,城市建设步伐不断的加快,开发和利用城市地下空间已成为城市朝着更好更快发展目标前进的一条必经之路。深大基坑工程作为开发和利用城市地下空间的重要环节,正在向“越来越差”的工程地质环境区域延伸。在此背景下,大量软土深大基坑工程正在建设或已经建成。然而,软土深大基坑工程施工过程中涉及基坑工程的围护和开挖问题极其复杂,基坑涌水涌砂、坍塌等风险事故时有发生。
我国软土大多为淤泥、淤泥质土和淤泥质粉细砂,主要分布在东南沿海地区,含水率较高,孔隙比较大,属高压缩性土,抗剪强度低,透水性差,具有高灵敏性、强吸附力、明显的流变等特性。然而,基坑工程多处于城市繁华区域,受施工环境和地质条件影响很大,导致基坑工程差异性极大,具有很强的区域性,软土深大基坑的施工不仅要保证基坑自身的稳定和安全,还要保证周围建筑物的安全和正常使用。另外,深大基坑工程涉及范围广,工程技术复杂,事故频繁,风险性较大,因此在施工过程中应进行动态监测,并提高和重视工程施工管理过程中的风险预控。为有效预控软土深大基坑工程风险事故的发生,本文根据深圳、佛山、福州等沿海城市软土深大基坑工程风险管理现状,总结了一些软土深大基坑工程建设中的风险预控的有益措施及施工管理的经验,以期为类似软土深大基坑工程施工的建设管理提供一定的参考。
软土深大基坑工程安全质量问题类型很多,事故发生的原因往往是多方面的,事故的表现形式也具有多样性。在水土压力作用下,围护结构可能发生破坏,围护结构形式不同,破坏形式也有差异。渗流可能引起流土、流砂、突涌,甚至造成破坏。围护结构变形过大及地下水流失而引起周围建(构)筑物及地下管线破坏也属基坑工程风险事故。依据软土深大基坑工程可能导致的风险事故形式,风险可分为基坑周边环境破坏风险、基坑支护体系破坏风险、土体渗透破坏风险、其他因素的破坏风险等几类。
风险事故中的各种变形彼此相互关联,在控制某一种变形时,需同时考虑与其相互关联的变形的控制。下面针对不同施工阶段软土深大基坑工程主要风险进行详细分析。
软土深大基坑开挖前一般要对土体进行改良加固,通常采用三轴水泥搅拌桩的方式进行加固。水泥搅拌桩施工期可能导致土体产生变形,从而致使周围建(构)筑物及地下管线破坏,在作业时也存在机械倾覆、机械伤害等风险。另外,若成桩质量不符合设计要求,将给后续施工埋下诸多隐患。
软土深大基坑围护结构通常采用地下连续墙、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩等,成槽或成孔施工时均可能引发周边土体水平方向变形及竖向沉降。因设计漏算地面堆土、行驶机械、运输车辆、堆放材料等附加荷载,或施工失当,也会造成围护结构向基坑内侧产生位移,从而导致墙(桩)后地面沉降、附近房屋开裂、管线损坏等风险事故。施工时,若发生槽(孔)壁坍塌、墙(桩)体夹泥、槽段墙体接头处理不当,会导致灌注桩与截水旋喷桩间结合不严密、钻孔咬合桩咬合不佳等风险情况。软土深大基坑开挖时易产生土体流变现象,导致围护结构稳定性差,坑底易产生回弹隆起,墙体接头处、桩间易产生流砂、涌水、突泥等风险事故,遇承压水甚至还可能产生突涌危险。
基坑降排水阶段,由于围护结构质量及截水帷幕未进入隔水层等问题,地下水会产生自坑外向坑内的绕流。当围护结构两侧降水产生压力差后,墙(桩)又可能会发生侧移,从而引发坑外地面和建(构)筑物的沉降。
软土深大基坑开挖时,坑内开挖卸荷,造成坑内外压力差,在支撑安装不及时、土方开挖方案不合理、坑外荷载过大及开挖时坑内土体流变等因素的作用下,墙(桩)可能会产生水平位移,从而导致地表下沉、临近建(构)筑物沉降变形。此外,开挖方案不合理还会导致坑内土体滑移。坑底地基承载力不足、墙(桩)插入深度小、墙(桩)踢脚、坑底开挖减载土体回弹、地下水自坑外向坑内的绕流及基坑地下水、承压水的上扬压力等,也易引发基坑底部隆起,从而致使基坑周边环境、基坑支护体系等产生破环风险。
当基坑开挖至设计坑底标高进入基坑使用阶段后,坑边堆土堆料、坑外动荷载,墙(桩)间渗漏、坑外堵漏注浆压力过大及土体流变等因素,也易带来地表下沉、临近建(构)筑物变形等风险。
违背设计提前拆除支撑、不按设计要求换撑、主体结构外墙与围护结构之间回填土不密实等,均可能引发围护墙(桩)产生水平位移,从而导致地表下沉、临近建(构)筑物沉降变形等风险事故。另外,若在主体结构施工进度还未达到停止抽降承压水的条件时停止抽降承压水,可能导致基坑底板上浮,增大坑底隆起量,对工程桩造成不利影响。当基坑停止降水时,若已施工的地下结构的重量小于地下水的浮力,也可能会引发地下结构的上浮风险。
软土深大基坑开挖前一般要对土体进行改良加固,坑内采用抽条加固,地面至基坑底部采取弱加固,基底以下3～5m采取强加固。为保证围护结构施工质量,导墙两侧亦需要加固。加固形式通常采用搅拌桩、旋喷桩等成桩工艺作为软土加固措施,使用水泥作为固化材料对土体进行处理,以达到改善土体物理力学指标的目的,提高土体的抗剪强度,增强土体抵抗变形的能力,既可有效抑制围护结构侧向变形也可增强基坑底抗隆起变形的能力,还可作为墙(桩)间止水措施。
软土深基坑围护结构通常采用地下连续墙、钻孔灌注桩、钻孔咬合桩等形式,其施工质量会对工程整体质量和安全产生直接的影响。因此,确保围护结构施工质量,也是软土深基坑施工期风险控制的关键。对于地下连续墙,应将成槽施工、泥浆制备、槽段接头施工、钢筋笼吊装等作为关键控制项目;对于钻孔灌注桩,应将成桩施工质量及外侧截水帷幕施工质量作为关键控制项目;对于钻孔咬合桩,应将桩孔定位及成桩质量作为关键控制项目。
据深圳、福州及佛山等地区软土深大基坑的实践经验,采用真空井点降水效果较佳,其控制要点:
(1)真空井点降水应在基坑开挖前15-30天或更早进行,以保证有效降低开挖土体中的含水量,确保基坑开挖施工的顺利进行。
(2)根据开挖进度,井内水位应控制在基坑开挖面以下一定深度内,在真空疏干井正式抽水前,监测单位应及早施工坑外潜水位观测孔。一般情况下,真空井点基本保持24 小时连续抽水,出现降水异常时,根据需要进行调整。
(3)真空井点降水宜采用超级压吸联合抽水系统。超级压吸联合抽水系统为集送气系统与真空抽水系统为一体的不间断式抽水系统,其中每3～5口井可配备1台真空泵,预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06MPa。
注浆技术在基坑风险控制中有如下两方面的应用:
(1)用于止水防渗、堵漏。当围护结构墙(桩)间出现局部漏水现象时,为了防止周围地基水土流失,应马上采用注浆技术进行处理;坑底突涌在回填反压后采用注浆技术亦可得到有效抑制。
(2)用于提高基坑周边环境抵抗变形能力的保护性加固措施。该应用又有注浆预加固及跟踪注浆加固之分。注浆预加固一般在保护建(构)筑物的侧面和底部设置注浆管,在基坑开挖前对其土体主动进行注浆加固。跟踪注浆加固则是在基坑开挖过程中出现邻近建(构)筑物变形超过容许值的现象时对建筑物进行的注浆加固处理。其可根据变形发展情况,实时调整注浆位置和注浆量,有效控制保护对象的变形。但需要注意的是,注浆所产生的压力会给基坑支护结构带来一定的影响,所以在注浆时应注意控制注浆压力及注浆进度,以防对基坑支护带来新的危害。
钢支撑轴力伺服技术采用钢支撑轴力伺服系统对基坑进行支护,是一种集监测与实时补偿控制于一体的基坑支护技术。轴力伺服系统的作用是主动调整支撑轴力,减少预加应力的损失,在基坑开挖过程中,迅速地使基坑内外受力达到平衡,保证基坑围护结构的稳定,从而达到控制基坑变形的目的。
软土深大基坑工程风险事故的发生往往具有突发性,及时进行应急抢险,对控制风险事故的发展具有十分重要的意义,因此提前做好应急准备很有必要。针对软土深大基坑常见风险事故类型,为保证发生风险事故后第一时间能迅速进行应急抢险,每个独立基坑工程施工现场均应配备常用应急物资设备。
(1)基坑变形超过预警值时,应停止开挖,分析原因,根据分析结果制定控制措施。
(2)周边地表或建筑物变形速率急剧加大,基坑有失稳趋势时,宜采取卸载、局部或全部回填反压,待稳定后再进行加固处理。
(3)坑底隆起变形过大时,应采取坑内加载反压、调整开挖分区、实行分部开挖、及时浇筑快硬混凝土垫层等措施。
(4)坑外地下水位下降速率过快引起周边建(构)筑物与地下管线沉降速率超过警戒值,应调整抽水速度,减缓地下水位下降速度或采用回灌措施。
(5)围护结构渗水、流土时,可采用坑内引流、封堵或坑外快速注浆的方式进行堵漏。情况严重时应立即回填,再进行处理。
(6)开挖底面出现流砂、管涌时,应立即停止挖土施工,并根据情况分别采取相应措施。
(7)坑底突涌时,应查明突涌原因,采取针对性措施进行处理。
为了提高软土深大基坑工程施工的风险预控水平,对软土深大基坑工程风险进行了系统分析,并提出了风险控制关键技术及风险事故应急管理措施,得到了如下结论:
(1)软土深大基坑工程是复杂、变化的系统工程,在不同的施工阶段都存在较高的施工风险。
(2)软土深大基坑工程地下水的危害不容忽视,大部分风险事故都直接或间接与地下水有关,有必要加深对地下水渗流规律的研究,加强对地下水的管理。
(3)应急管理在软土深大基坑工程风险预控中很有必要,应提前做好应急准备,制定各类风险现场处置方案,一旦发生风险事故,能立即实施有效抢险。
(4)强化系统思维,从技术管理两方面强化预控措施,是可以实现软土深大基坑工程施工风险的预控的。
摘要：随着城市地下空间开发规模的不断增大,基坑工程朝着更大更深的方向发展。在此背景下,根据深圳、佛山、福州等沿海城市软土深大基坑工程建设的实际施工情况,对软土深大基坑工程的系统风险、不同施工阶段的风险及相应控制措施等内容进行了详细分析,得到了如下结论:(1)软土深大基坑工程是复杂、变化的系统工程,在不同的施工阶段都存在较高的施工风险;(2)软土深大基坑工程地下水的危害不容忽视,有必要加深对地下水渗流规律的研究,加强对地下水的管理;(3)应急管理在软土深大基坑工程风险预控中不容忽视,应提前做好应急准备;(4)强化系统思维,从技术管理两方面强化预控措施,是可以实现软土深大基坑工程施工风险的预控的。本文的研究成果可为软土深大基坑工程施工的建设管理提供一定的参考。
关键词：软土,深大基坑,施工风险,风险分类,风险预控
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