深基坑工程基坑变形超预警研究分析与处置措施

处置措施

摘要：由于支护结构失稳、变形引起的地表沉陷，严重地影响着周围环境和邻近建筑物、地下管线以及地面道路的安全，通过大量的理论分析、试验研究和实地测试，从这些研究中可以归纳为两个主要问题; 一是支护结构的位移;二是支护结构的稳定，本文通过实际案例，对基坑变形超预警研究分析及处置措施进行总结。

关键词：深基坑工程、基坑变形、变形超预警

在深基坑施工过程中，基坑变形量为基坑工程安全风险分析与评估的关键指标，影响变形的因素比较复杂，基坑变形超预警值基坑的失稳形态归纳为两类：

一、因基坑土体强度不足、地下水渗流作用而造成基坑失稳，包括基坑内外侧土体整体滑动失稳；基坑底土隆起；地层因承压水作用，管涌、渗漏等等。

二、因支护结构(包括桩、墙、支撑系统等)的强度、刚度或稳定性不足引起支护系统破坏而造成基坑倒塌、破坏。

基坑开挖时，由于坑内开挖卸荷，造成围护结构在内外压力差作用下产生位移，进而引起围护外侧土体的变形，造成基坑外土体或建(构)筑物沉降与移动。变形表现主要体现为：围护墙体水平变形、围护墙体竖向变位、基坑底部隆起、地表沉降等。变形控制的措施主要为：增加围护结构和支撑的刚度、增加围护结构的入土深度、加固基坑内被动区土体（加固方法有抽条加固、裙边加固及二者相结合的形式）、减小每次开挖围护结构处土体的尺寸和开挖支撑时间、通过调整围护结构深度和降水井布置来控制降水对环境变形的影响、基坑稳定控制、保证深基坑坑底稳定的方法有加深维护结构入土深度、坑底土体加固、坑内井点降水等措施、适时施作底板结构。

一、周边环境及变形情况 1、基坑情况介绍

拟建项目基坑面积约14230㎡，基坑总延长约507m。围护结构北侧在铁路保护区范围采用800厚地下连续墙，其余区域采用钻孔灌注桩（桩径采用Ф850和Ф950）+三轴水泥土搅拌桩止水帷幕/双轴裙边加固、深坑加固+二道水平内支撑的围护体系。基坑一般位置开挖深度为10.20m。

2、变形背景介绍

拟建项目原定施工进度计划三层土开挖至底板完成总计2个月，按照专家及设计方案基坑至底板完成最大围护结构变形为30.6mm，地表最大变形为30mm,周边建筑物最大变形为20mm。拟建项目开始三层土开挖及底板施工后因当地不可抗力影响，现场施工停滞，底板未浇筑完成形成有效支撑，施工停滞3个月，后恢复现场施工作业。因基坑暴露时间严重增加，地下室施工周期增加，对基坑安全造成巨大考验，基坑累积变形量增大，超出报警值。

3、监测成果评价分析

拟建项目基坑工程施工过程中，因不可抗力导致项目停工，基坑暴露时间增加3个月土方开挖至底板形成总计暴露时间达11个月，监测项目总计11项，出现6项报警，其中对周边环境影响3项：周边建筑物竖向位移(最大累积下沉48.69mm)、围墙竖向位移(最大累积下沉43.10mm)、管线竖向位移(最大累积下沉43.97mm)；对基坑安全影响3项：立柱竖向位移(最大累积上浮31.46mm)、支撑轴力(最大累积12381.8KN)、围护体测斜(最大累积变形59.6mm)。

周边房屋出现变形情况，1#楼为四层钢筋混凝土框架结构宿舍楼，桩承台基础，房屋沉降报警3处，累积最大沉降值为20.83mm：2#楼为单层砖混结构水泵房，混凝土条形基础，房屋沉降周边均报警，累积最大沉降值为48.69mm;3#楼房屋累积最大沉降值为20.83mm;最大地表沉降48.68mm;3#楼距离基17.51m，为四层钢筋混凝土框架结构，房屋地面下沉受地表沉降影响较大。4#楼为六层钢筋混凝土框架结构，基础形式为桩+承台，房屋沉降报警3处，累积最大沉降值为22.34mm;5#楼为辅助用房，一层钢筋混凝土框架结构，基础形式为柱下独立基础，房屋沉降报警3处，累积最大沉降值为22.28mm。

二、基坑监测数据分析 1、基坑围护体测斜分析

项目于基坑四周布置14个围护体测斜点，其中超报警值13个，至主体结构施工完成，累积最大变化量最大值为WX2=66.4mm（为铁路保护区一侧报警值18.4mm，超预警值361%）其他区域报警值30.6mm,累积最大变量量WX8=74.2mm（超预警值242%）;因采用地连墙，铁路垂直位移:路基:-6.1mm;电杆:-4.7mm;围墙:-6.8mm（未报警）铁路水平位移:路基:-5.4mm;电杆:-4.2mm;围墙:-5.6mm（未报警）。

选取东侧WX4/WX6;西侧WX11/WX12进行数据横向分析；

WX4:累计变形45.6mm；支撑阶段增量为7.5mm；开挖后底板阶段增量为17.3mm；停工期间增量为27.7mm；底板抢工阶段增加量为0.8mm；二道撑拆除负二层施工增量为3.5mm;

WX6：累计变形54.8mm；支撑阶段增量为6.5mm；开挖后底板阶段增量为13.1mm；停工期间增量为23.4mm；底板抢工阶段增加量为18.3mm；二道撑拆除负二层施工增量为5.4mm;

WX4若未采取相关抢工措施，变形量会持续扩大，预计增加18mm，因复工后邻近区域底板快速施工完成，变化数值减小，有回顶趋势，最大回顶变化数值为2.1mm，整体回顶0.8mm。

通过数据分析，原计划方案模拟变化量（无停工影响）最大累积变化量为38.8mm，停工后按照原计划方案施工模拟最大累积变化量为86.25mm，采取抢工措施后现阶段最大累积变化量为58.5mm；采取抢工措施变形平均减少率12.68%，最大减少率为23.81%；

2、混凝土支撑轴向压力监测分析

一道撑总计布设监测点10个，均未达到报警值，项目抢工前轴力变化率趋于平稳，停工期间变化速率稳定，累积值持续增大，复工后积极采取抢工措施，变化速率减小浮动为5%~25%。

二道撑总计布设监测点10个，于2022年3月25日局部报警值，至8月2日报警值5个，最大超出报警值155%，同一道撑变化趋势，轴力变化率恒定，停工期间累积值持续增大，增加抢工措施及快速形成底板后变化率平均减小22.3%，最大减小31.8%。

三、变形原因分析及安全评估 1、变形原因分析

1 围护体向内倾斜，导致周边土体部分下沉加剧；

2 因周边土体部分下沉，导致室外地表下沉，土体下沉及临时结构（散水、道路）出现不同程度沉降，在原有沉降基础上有加剧趋势，最大累积沉降值为物流园1#楼DB8，最大累计变形-41.06mm；

3 因临时结构（散水、道路）沉降较大，房屋主体结构未发生沉降，导致与主体结构相连的雨污水管道在原有不均匀沉降的基础上发生开裂，下沉，破坏等现象；

4 因部分房屋内部房芯回填后地面部分未与结构主体有效连接，房屋主体结构未发生沉降报警，土体部分下沉在原有沉降基础上加剧与房屋主体结构产生不均匀沉降，导致房间内部地面部分不均匀下沉加剧，出现瓷砖起翘开裂等现象；

5 部分一层填充墙不在结构梁上，由于室内地面与主体结构不均匀沉降加剧，在原因裂缝基础上裂缝加剧；

6 非一层部位填充墙发现局部出现裂缝，对比《周边房屋质量检测报告》，基本可判断为原有填充墙裂缝。

结论：经分析，因基坑开挖导致周边土体不均匀沉降加剧，导致部分临时结构出现下沉加剧，现场踏勘与监测数据大致吻合，存在在原有沉降基础上加剧情

况，建筑结构沉降在设计及专家要求允许范围内，未发生超预警沉降现象，周边

房屋结构安全可靠。

3、周边环境有限元分析

通过对三层土方开挖阶段1#楼竖向位移、水平位移分析，三层土开挖+底板施工阶段结构最大竖向位移为12.32mm,水平位移最大值为15.32mm，与监测数据19.74mm比较，因暴露时间较长累积变形影响在正常累积变化范围内。

通过2#楼有限元分析，三层土开挖+底板施工阶段结构最大竖向位移为

19.44mm，水平位移最大值为25.29mm，与监测数据11.43mm比较，因此区域三层土未开挖，土体对围护结构有良好的抵抗作用。

通过3#楼有限元分析，三层土开挖+底板施工阶段结构最大竖向位移为13.29mm，水平位移最大值为16.85mm，与监测数据17.7mm比较，工况与变形分析数据基本吻合。

5#楼因为浅基础，三层土开挖+底板施工阶段结构最大竖向位移为18.92mm，水平位移最大值为24.06mm，与监测数据42.7mm比较，因暴露时间较长累积变形影响超出变化值较大。

四、变形超预警研究分析与处置措施

基坑监测过程中发现报警后，立即邀请建设单位、监理单位、施工单位、围护设计单位、勘察单位、监测单位、桩基单位及特邀专家进行讨论分析，评估基坑安全，初拟解决方案：

①调整整体施工顺序，优先考虑形成对撑，抵抗围护体变形增加； ②增加抢工措施，迅速集结人员、材料、机械，对基坑进行抢工，安排24h施工，确保快速完成基础底板施工;

③调整肥槽回填材料，拟选用材料：中粗砂、混凝土等密实性材料，确保基坑稳定，有效抵抗围护结构变形；

④积极筹备做好加固方案，于基坑横向、纵向两个方向增加钢支撑等临时支撑；于周边土体高压注浆；于围护桩桩间锚杆护坡；于基坑周边回灌井回灌；

⑤组织专家组至现场进行基坑安全评估及周边房屋评估；

⑥初步考虑以下初拟加固方案，邀请专家组专家现场考察评估，由设计方出具方案，经专家评审后确认为应急加固方案。

⑦按照设计要求及专家施工前方案评估意见，现场监测出现累计变形值、日变化速率报警双报警情况，立即启动应急加固预案，现阶段项目根据预案开始准备相关材料、机械及物资。

经与各参建单位沟通增加措施保证基坑变形稳定性，具体采取的措施如下： 1.通过监测单位、项目监测，加强观测，监测频次加密调整为每天1次，铁路侧监测调整为6小时/次，确保监测数据准确可靠；

2.定期开展研讨分析会总计20余次，分析研讨监测数据，确定不同阶段不同施工措施；

3.通过增加底板换撑，对变形较大区域增加安全措施，确保基坑安全及降低后续支撑拆除过程中基坑变形影响；

4.部分区域改成单边模，通过加厚外墙，底板换撑传力增大接触面积有效减少基坑变形；

5.通过变更肥槽回填材料，变更原素土为混凝土，确保后续施工过程中基坑变形持续增大；

6.施工单位与业主签订抢工协议，通过抢工措施，集中力量进行底板施工； 7.通过沟通当地主管部门，办理夜间施工许可，确保项目24H抢工，通过加快施工进度增加工作时长减少基坑暴露时间；

8.将底板传力带与底板一次浇筑，确保围护结构与底板有限传力，确保底板浇筑完成后基坑变形稳定；

9.通过分块施工，减少灌注桩暴露，通过将原有施工区域分成小块施工，确保变形最小化；

10.通过建立有限元分析模型，模拟现场工况，比较监测数据绘制变形曲线，分析变形原因，最大可能指导现场施工；

11.通过跳坑开挖，确保相临区穿插施工，最大可能开展工作面确保最快速度完成封底；

12.通过围护结构10m范围内垫层加厚，由150mm变更为250mm,由C15提高至C25,确保基槽平整后底板浇筑前基坑变形稳定；

13.通过增加设备、材料、人员，全面加快施工速度。

14.组织专家组至现场进行基坑安全及周边房屋评估，完成基坑应急预案评审，现场设置应急仓库，多储备应急物资，一旦出现双报警立即响应应急预案。