复杂环境非正常工况深基坑临时停工应急处置★

闫雁军，杨万锋

(上海建工七建集团有限公司，上海 200050)

0 引言

由于城市中心城区土地资源有限，人们对高层、超高层建筑的建造及对地下空间的开发利用日益增多，并且在复杂周边环境下进行基坑工程施工越来越频繁。复杂环境下深基坑工程的施工对周边环境的影响也成为设计、施工工作者们必须关心的问题。

目前，许多学者针对深基坑施工中基坑变形以及对周边环境的影响已做了大量研究。2007年，李琳等[1]收集杭州和上海软土地区46个深基坑的实测资料并进行了分析和总结，分析了基坑开挖深度与最大侧移及其位置的关系和当前基坑开挖深度、所采用支撑系统相对刚度之间的关系。2011年，王卫东等[2]就上海软土地区35个具有墙 后地表沉降实测资料的深基坑工程案例进行研究，从统计角度分析了深基坑的墙后地表变形性状。上述研究主要借助较多的工程案例对深基坑施工进行了分析。目前，随着计算机硬件与仿真计算软件的发展，丁勇春等[3]结合具体深基坑工程，采用三维数值模拟结合现场监测对复杂环境下深基坑施工对历史建筑的变形影响及相应变形控制措施进行研究，同时探讨了不同基坑支护方案及技术措施对基坑变形控制及历史建筑保护的有效性。2016年，王立峰等[4]对某邻近基坑开挖的地铁隧道的水平位移和沉降的时空分布做了深入分析。2017年，杨小莉[5]根据深基坑实测监测数据并结合现场施工节点，对深基坑在开挖过程中基坑变形及周边环境的影响进行了分析，并总结出深基坑开挖过程对基坑变形和周边环境的影响规律。2019年，张吉纯[6]研究了采用整体分区、地下连续墙结合多道混凝土水平支撑、坑内加固、承压水处理等技术措施对减少基坑围护墙变形的作用。2021年，李鸿浩[7]在复杂周边环境条件下案例，从深基坑开挖、支护、降水及回灌等方面对莲溪路站深基坑施工过程中相关的变形控制技术进行应用研究。

上述学者及其余众多学者集中研究了深基坑施工过程中基坑变形以及周边环境的变形，并得出了一些有价值的结论[8-11]。这些研究大多是建立在深基坑正常施工的基础上，未对深基坑在非正常施工条件下施工以及临时停工期间抑制基坑变形的措施进行分析。本文主要分析在上海中心城区复杂环境下基坑施工期间的变形情况，以及基坑施工至关键节点时基坑临时停工，为减小基坑及周边环境变形，采取临时加固措施。根据实测数据，分析加固措施效果，为后续类似工程提供参考。

1 工程概况

本工程位于上海市黄浦区，该工程基坑东西长约135 m，南北宽约80 m，基坑周长415 m，基坑面积10 221 m2，该基坑采用明挖法，基坑开挖深度普遍为18.5 m，部分降板区域挖深19.5 m。该基坑采用1 m厚地下连续墙作为围护结构，采用四道钢筋混凝土支撑作为支护体系。第一道栈桥支撑中心标高为-1.8 m，第二道支撑中心标高-6.6 m，第三道支撑中心标高-11.6 m，第四道支撑中心标高-15.6 m。支护体系的截面尺寸如表1所示。

表1 基坑支护数据

本工程处在闹市区且周边环境复杂，东侧有地下通道(通道A)，埋深约10 m，距离地墙约13.3 m；南侧有市政道路(道路B)，道路B下有管径1.8 m的雨污管(雨污管C)，距离地墙约11 m；西侧为地下室结构已施工完成的工程(工程F)；北侧有一幢20层的大楼(主楼D)及6层配套用房(辅楼E)，主楼D为钻孔灌注桩基础；辅楼E为砖混结构，箱型基础。辅楼E距离地墙最近处约21.7 m。总体而言，基地周边环境较为复杂，保护要求相对较高。基坑的周边环境如图1所示。

根据工程勘探综合分析，场地土层分布及物理力学性质参数如表2所示。本工程场地55 m以内分布的土层自上而下可划分为五大层及若干亚层，其中①层为填土，①3层灰色为黄浦江两岸新近沉积层(俗称“江滩土”)，④层～⑤层为全新世Q4沉积层，⑦层为上更新世Q3沉积层。

表2 土层物理力学性质指标

2 测点布置及基坑工况

2.1 基坑及周边环境测点布置

根据设计要求，在基坑降水及开挖过程中，由于坑底回弹、围护墙体侧向压力差的变化等原因，造成坑外土体局部范围内发生扰动和位移，为了解基坑施工对周边地下土体及周边管线、建筑物的影响，在基坑施工期间，进行坑外土体深层侧向变形(测斜)、地表沉降、管线监测。由于基坑东侧与基坑北侧的道路翻修，地表沉降监测点被破坏，因此仅对基坑南侧的地表沉降进行分析，基坑监测点布置图见图2。

根据开挖深度，对3倍基坑开挖深度范围内的建(构)筑物进行布点监测。监测点布置在基础类型、埋深和荷载有明显不同处及沉降缝、伸缩缝、新老建(构)筑物连接处的两侧、建筑物的角点等(见图3)。

2.2 基坑工况节点

本工程基坑施工主要节点时间如表3所示。

表3 基坑施工主要节点时间

因本工程处在上海中心城区，基坑施工期间由于土方出土限制，每一皮土及每一道支撑施工时间比周边类似基坑施工时间长了数倍，第四皮土及第四道支撑施工完成，基坑及周边环境变形已超过设计报警值。考虑到开挖第五皮土进行底板施工时需抽降承压水且底板在进口博览会停工前不能全部施工完成，为减少抽降承压水对基坑周边环境的影响，故基坑在第四道支撑完成后采取临时停工39 d，为保证基坑停工期间基坑及周边环境变形安全可控，在基坑停工期间在基坑东、北、南面分别回土，回土时间10月12日～10月22日，回土宽度11.5 m～12 m，回土高度最高为2.5 m，回土区域的相关信息如图4,图5所示。

3 现场监测结果分析

3.1 大楼D及辅楼E沉降分析

本文首先对主楼D与辅楼E两处建筑物在基坑开挖期间的沉降数据进行分析，得到不同施工阶段建筑物沉降累计变化曲线，如图6,图7所示。

由图6可知，本工程基坑开挖二～四皮土期间主楼D最大沉降量为2.9 mm。在停工期间，主楼D累计沉降量略有增加，总体上二～四皮土开挖及停工期间整栋建筑物沉降量变化不大。出现上述这种情况的原因主要是主楼D由于采用φ650 mm钻孔灌注桩基础，二～四皮土期间整栋建筑物沉降较小。

由图7可知，本工程基坑开挖二～四皮土期间辅楼E总体呈沉降趋势，其中最大沉降量为8.9 mm。对比图6,图7可知，辅楼E的沉降量明显大于主楼D的沉降量。因为辅楼E为砖混结构，浅基础，相对于核心筒-框架结构，浅基础的辅楼E对环境的变化更敏感。同时，由图6,图7可知，基坑在开挖第五皮土进行底板施工期间主楼D与辅楼E沉降较开挖二～四皮土期间明显增大，累计沉降最大值分别为12 mm与26.1 mm。与二～四皮土开挖条件不同的是，开挖第五皮土时需降承压水，而承压水基坑内外是相通的，降水影响范围大,对周围建筑物造成不利影响。因此主楼D与辅楼E在基坑开挖第五皮土及底板施工期间沉降最大。

由图6,图7可知，10月4日～10月11日(采取回土措施前)主楼D和辅楼E的最大位移沉降量分别为1.8 mm(上升)、2 mm(沉降)；10月12日～11月12日，主楼D和辅楼E的最大位移量分别为2.7 mm(上升)、7.6 mm(沉降)。回土前主楼D和辅楼E最大日均变化量分别为0.225 mm/d(上升)、0.25 mm/d(沉降)；回土后主楼D和辅楼E最大日均变化量分别为 0.087 mm/d(上升)、0.245 mm/d(沉降)。比较可知本工程采取的回土措施能对辅楼E的沉降起到一定的抑制效果。

3.2 土体深层水平位移分析

图8～图10为基坑开挖后，土体深层水平位移。其中TX-2表示2号土体深层水平位移监测点，位于基坑的南侧，TX-4表示4号土体深层水平位移监测点，位于基坑的东侧，TX-7表示7号土体深层水平位移监测点，位于基坑的北侧。

由图8～图10可知，基坑的北侧变形大于基坑南侧与东侧的变形，其中北侧变形最大值为66.73 mm。随着开挖深度的增加，土体深层水平位移最大值点逐渐下移，最大值点距基坑开挖面2 m～3 m。在停工期间，基坑东侧、南侧、北侧的土体深层水平位移值分别为6.90 mm,4.4 mm,2.23 mm，整个基坑在回土前东、南、北侧土体深层水平位移日变量分别为0.34 mm/d,0.17 mm/d,0.25 mm/d，回土后东、南、北侧土体深层水平位移日变量分别为0.1 mm/d,0.07 mm/d,-0.06 mm/d(向外)，比较可知回土后基坑土体深层水平位移的日变量明显小于回土前，由此得出回土对抑制基坑土体深层水平位移变形有较大作用。

由图11可知，开挖第二皮土时，基坑东、南、北三侧的土体深层水平位移变化速率较一致。开挖第三皮土时，基坑北侧土体变形快于基坑南侧，基坑南侧快于基坑东侧。开挖第四皮土时，基坑南侧土体变形快于基坑北侧，基坑北侧快于基坑东侧。在基坑临时停工期间三面土体变形都较小，其中回土后的变形速率小于回土前的变形速率。第五皮土开挖期间三面的土体深层水平位移速率显著增加。

3.3 雨污管沉降及地表沉降分析

图12,图13分别为基坑开挖后，雨污管线C沉降图与道路B地表沉降图。其中雨污管线监测点沿管线走向方向布置11个，道路地表监测点布置3组，每组布置3个监测点。

由图12可知，开挖第二皮～第五皮土期间雨污管线C分别沉降4.4 mm,7.9 mm,13.6 mm,20.9 mm；日均沉降量分别为0.119 mm/d,0.104 mm/d,0.284 mm/d,0.179 mm/d。同时，由图12可知，雨污管C沉降量最大发生在第五皮土开挖及底板施工期间，日均沉降变化最大在第四皮土开挖及支撑施工期间。在停工前后管线C沉降量最大值分别为5.4 mm,2.2 mm，停工期间采取措施前后日均沉降量分别为0.3 mm/d,0.105 mm/d。比较可知回土措施采取后管线C的沉降量明显小于回土前的管线。

由图13可知，开挖第二皮～第五皮土期间道路B最大沉降量分别为4.2 mm,13.1 mm,12.3 mm,19.2 mm；日均沉降量分别为0.114 mm/d,0.172 mm/d,0.251 mm/d,0.164 mm/d。在停工前后道路B沉降量最大值分别为3.4 mm,5.9 mm，停工期间采取措施前后日均沉降量分别为0.425 mm/d,0.190 mm/d。比较可知回土措施对减小地表沉降效果明显。同时，由图12可知第一组监测点中离基坑最远处的监测点(DB1-3)在基坑开挖过程中沉降最大；在第二组、第三组监测点中离基坑较远处的沉降监测点(DB2-2,DB3-2)沉降变形最大。比较图12，图13可知，雨污管C与道路B地表沉降最大均发生在第五皮土开挖及底板施工期间。由监测数据可知，基坑停工期间回土措施采取后雨污管C、道路B的沉降变形明显得到抑制。

对比图8，图13可知，基坑土体深层水平位移约为地表沉降的1.8倍。由于土体具有蠕变性，基坑的土体深层水平位移小于基坑围护墙体的深层水平位移。因此，本工程的地表沉降与地墙深层水平位移之间的关系较符合文献[2]的统计规律。

4 结论

本文根据实际的工程案例，上海中心城区复杂环境下基坑施工，在施工关键节点时，基坑临时停工采取加固措施，分析加固措施对抑制基坑及周边环境变形的效果，得到结论如下：

1)分析了基坑挖土阶段基坑土体深层水平位移、周边建筑物、市政管线以及市政道路的地表沉降，得出随着开挖深度的增加，变形也随之增大。

2)降承压水期间基坑周边环境变形较大。为减小基坑周边环境的变形，在类似施工节点应加快施工进度或减少此阶段施工的暂停时间。

3)采取的基坑回填土措施对抑制基坑土体深层水平位移变形、雨污管线的沉降、周边建筑物沉降、地表沉降变形效果较明显。

4)最大地表沉降与最大土体深层水平位移的比值约为1.8，且地表沉降最大值点发生在基坑边长居中的位置上。