复杂环境条件下深基坑实施过程风险管控与技术措施

夏则爱

上海市建工设计研究总院有限公司 上海 200235

近年来，随着我国经济水平的大幅提升，建筑行业得到蓬勃发展，持续增加的高层建筑和地下工程往往面临着深基坑的施工。然而深基坑施工过程技术复杂，涉及范围广，不可避免地受到自然及人为因素的影响而出现施工风险。

特别是复杂环境条件下的深基坑施工，更加需要对其施工风险进行充分分析，采取科学合理的针对性技术方案和管理措施，最大程度地减小深基坑施工中的安全风险，避免发生严重的施工事故。

在上海市虹口区江湾镇街道HK0014-06号地块新建项目的建设过程中，项目基坑开挖深度达15.9 m，建设环境极其复杂，周边紧邻老式住宅小区，东侧紧邻轨道交通3号线和淞沪铁路。

在设计及施工各阶段采取相应的技术措施，通过严密组织与精细化管理，根据监测数据分析情况，及时采取相应的变形控制措施；并加强信息技术手段的利用，进行基坑施工模拟及变形趋势曲线自动分析，全面提升深基坑施工风险应对能力，进而保证基坑工程的施工质量及安全。

1 工程概况

1.1 项目基本概况

上海市虹口区江湾镇街道HK0014-06号地块新建项目为EPC项目，位于虹口区江湾镇356街坊，属于虹口区江湾镇中心位置，旨在为业主打造一座集现代商业、办公于一体的商办综合体。

项目规划用地面积约10 270 m2，总建筑面积约53 000 m2，其中地上建筑面积约29 000 m2，地下建筑面积约24 000 m2。地上建筑由1栋13层办公楼附带5层裙房和1栋3层商业楼组成，建筑高度为57.65 m。地下共有3层，其中地下1层为商业，地下2层、3层为停车库（图1）。

图1 项目效果图

项目建筑容积率为2.5，绿化率为20%，为二星绿建标准建筑。项目实施装配式建筑，单体预制装配率不低于40%。建筑地面标高高于邻近市政道路中心线标高0.30 m以上，±0 m标高相当于绝对高程＋4.60 m；场地自然地面平均绝对高程为＋3.90 m。

1.2 项目基坑概况

项目基坑面积7 650 m2，基坑周长约360 m（东西向长86.6 m，南北向长116.0 m），开挖深度15.9 m（集水井、电梯井落深1.5～3.0 m）；基坑采用顺作法施工，围护结构采用地下连续墙，地下连续墙与地下结构外墙结合采用“复合墙形式”，靠近轨道交通3号线的东侧地下连续墙厚度为1 000 mm，其余三侧厚度为800 mm，地下连续墙深31.5～36.0 m；竖向设置3道钢筋混凝土支撑，支撑信息如表1所示。

表1 3道钢筋混凝土支撑具体信息

基坑安全等级为一级，环境保护等级为一级；由于同时处于轨道交通3号线和淞沪铁路的安全保护范围内，应轨道交通和铁路保护要求，基坑划分为南北两个分区，其中南侧（1区）面积为3 750 m2，北侧（2区）面积为3 900 m2（图2）。

图2 项目基坑平面与立面

基坑主要依靠地下连续墙进行自防水，地下连续墙防水等级为P8级；基坑开挖范围以淤泥质软弱土层为主，含水量高、渗透系数差，基坑局部采用高压旋喷桩加固。

1.3 地质及水文条件

工程场地位于长江三角洲冲积平原上，地貌类型属滨海平原，场地地势平坦，在本次勘探深度内均为第四系土层，根据收集的资料及本次勘察成果，本场地处于古河道分布区，其中⑥、⑦层土缺失。工程场地的地基土根据成因及性质划分为7个工程地质层及分属不同地质层的亚层，其分布情况自上而下为：①杂填土、③1淤泥质粉质黏土、③2黏质粉土、③1淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土、⑤1黏土、⑤2砂质粉土、⑤3粉质黏土、⑧1粉质黏土、⑧2粉质黏土夹黏质粉土。

场地浅部地下水属潜水类型，主要赋存于浅部地层中的填土、黏性土、粉性土和黏性土层的砂土夹层中。补给来源主要为大气降水与地表径流，实测得地下水埋深在地表以下0.90～2.20 m。主要含水层为⑤2砂质粉土层，夹较多薄层粉砂，渗透性相对较好，水平渗透系数一般为2.03×10－4cm/s，属中等透水层，水位埋深为地面下3.45～4.11 m。主要含水层为⑨1粉砂层，为上海市第二承压含水层，属良好含水层，富水性和渗透性好；根据上海地区已有工程的长期水位观测资料，⑨1层中的承压水的水位呈年周期性变化，水位埋深的变化幅度一般在3.0～11.0 m。

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1.4 基坑周边环境

项目周边环境复杂，东侧紧邻轨道交通3号线和淞沪铁路。基坑开挖边线与轨道交通高架桥墩基础最近距离18.1 m，与铁路铁轨边线最近距离11.1 m。南侧为市政道路万安路，道路下方埋设有供电、配水、雨水等多条市政管线，与基坑最近的管线为供电管线，距离为7.7 m；基坑开挖边线与万安路南侧小区建筑最近距离为19.6 m。西侧邻近老式居民楼华进公寓和宗教建筑三观堂，基坑开挖边线与两处建筑物最近距离分别为12.0 m和14.2 m。北侧为市政道路仁德路，道路下方埋设有供电、雨水、污水等多条市政管线，与基坑最近的管线为供电管线，距离为10.0 m。基坑开挖边线与仁德路北侧小区建筑的最近距离28.5 m（图3）。

图3 基坑周边环境示意

2 在设计阶段统筹考虑基坑风险控制措施

在基坑围护设计阶段，充分考虑地质水文条件及周边环境复杂因素，统筹计划深基坑实施全过程的风险控制措施。围护设计采用同济启明星FRWS7.2进行验算，支撑系统采用同济启明星BSC4.1进行计算，对基坑整体稳定性、抗倾覆、墙底抗隆起、坑底抗隆起、围护桩变形及内力、支撑内力及变形等进行精心计算；并通过有限元数值模拟计算分析基坑开挖施工过程对周边环境的影响，根据有限元计算结果，并结合实际工程经验，分析判断基坑开挖对周围环境的影响程度。

同时，根据本基坑及周边环境的特殊情况，采取了一些特定的技术措施，更加有利于实现深基坑实施过程的安全控制及周边环境的保护要求。

1）采用T形幅地下连续墙技术。为考虑针对轨道交通3号线、淞沪铁路的保护要求，在基坑东侧采用T形幅地下连续墙，以增强地下连续墙刚度，从而有效控制基坑变形，确保轨道交通和铁路的变形控制要求。通过本项目基坑施工实践，T形幅地下连续墙有效地控制了周边环境的水平和竖向变形，为轨道交通安全保护区范围的建设项目探索出一条新的变形控制技术措施。

2）基坑周边多为6、7层的老公房，房屋建造时间较久，基础均比较薄弱（大多为条形基础或筏板基础），而且与基坑开挖边线距离较近，特别是西北侧的华进公寓，与基坑开挖边线最近距离仅为12 m。为了控制基坑开挖过程的变形传递，在该位置地下连续墙外侧先行沉入1排隔离桩（钻孔灌注桩）。通过本项目实践，隔离桩有效地控制了变形的传递，确保了邻近老式建筑物的良好状态（图4）。

图4 T形幅地下连续墙和隔离桩平面布置

3）研究采取特殊技术措施，在地下1层、地下2层先后设置钢管斜抛撑，以控制中隔墙及基坑变形，实现1区B2板完成后提前开展2区基坑开挖的施工，在控制基坑风险的基础上进行1区、2区两个分区的交叉施工。通过以上施工措施，既较好地控制了基坑变形趋势，又在较大程度上加快了基坑施工进度，基坑施工风险得到很好的控制。

3 严格控制基坑工序安排及施工流程

3.1 精心组织基坑降水分析及井点布置

在基坑正式开挖施工之前，针对第⑤2层开展现场群井抽水试验，通过抽水试验定性判定围护结构（地下连续墙、三轴止水帷幕）施工对含水层的隔水效果；利用先期完成的坑内第⑤2层的抽水井、观测井，坑外第⑤2层的观测井，通过群井抽水试验验证前期降水设计的合理性，并根据抽水试验结果调整后续施工的减压深井。

根据计算分析，基坑共计布井55口。其中疏干井30口，减压井12口，坑内减压井备用兼观测井4口，坑外承压水水位观测井兼应急回灌井9口。

3.2 严格控制深基坑开挖施工流程

在基坑开挖过程中，严格控制分区分块依次开挖，确保先撑后挖；先中间后周边，控制土压力有序释放。做到随挖随撑，严禁超挖，确保每块区域的支撑在开挖后24 h内形成。开挖至基底标高后，应及时浇筑垫层，快速形成底板，以减少基坑大面积暴露时间，控制基坑的回弹隆起。本基坑按照施工总体计划，先施工1区，再施工2区（图5）。

图5 基坑施工流程示意

3.3 认真落实基坑监测及数据分析

按照专家评审的基坑监测方案布置相应的监测点，做好基坑围护结构体系和周边环境的监测。其中基坑围护结构体系监测包括：围护墙顶水平、竖向位移监测，围护墙体、土体深层水平位移监测，支撑轴力监测，坑外水位观测，立柱竖向位移监测。周边环境监测项目包括：坑外地表竖向位移监测，周边建（构）筑物竖向位移监测，地铁高架桥墩竖向位移监测，铁路路基水平、竖向位移监测，周边地下管线水平、竖向位移监测，周边建（构）筑物裂缝观测。

在深基坑施工过程中，认真做好基坑监测数据的分析。当日变形量达到报警值或累计变形量达到报警值时，立即协调并采取相应的技术措施，控制或缓解变形趋势的发展。

4 应用信息技术加强基坑风险控制

充分应用项目BIM模型及基于模型的协同管理平台等信息技术手段，更好地促进深基坑施工过程的安全风险管控。

1）应用BIM模型进行施工模拟，提前采取风险控制措施。应用BIM模型进行深基坑施工模拟，不仅有利于优化施工组织及施工流程，而且可以提前进行风险预判，并及时采取针对性的风险控制技术措施，以确保深基坑的施工安全。

2）利用基于BIM模型的协同管理平台加强监测数据分析。将监测数据导入基于BIM模型的协同管理平台，在协同管理平台中加强监测数据分析，自动生成监测数据变形趋势曲线图。当日变形量或累计变形量达到警戒数值时，立即显示报警提示，以便及时采取相应的技术控制措施。

5 结语

根据监测数据，本项目基坑施工期间周边环境变形始终处于可控状态，最终监测数据部分超过报警值，市政管线、小区建筑、铁路路基及围墙等监测点最大累计变形量超出报警值10～20 mm；其中基坑围护深层水平位移部分监测点累计变形量超出报警值较大，超出40～60 mm。但重要建（构）筑物的变形控制较为理想，轨道交通3号线高架桥墩垂直位移监测点最大累计变形量为－6.8 mm。

监测结果表明，项目深基坑在围护结构施工、基坑开挖、底板浇筑直至地下结构回筑施工完成期间，变形均处于可控状态。针对深基坑施工风险进行事先分析，设计及施工阶段采取相应的技术措施；施工过程中加强组织与管控，充分利用信息化管理手段，确保基坑施工风险控制，以及周边环境的安全，顺利完成了深基坑施工任务，取得了良好的社会和经济效益。