复杂地质条件下内坑通病预防措施研究

基坑工程是保障工程建设有条不紊、安全实施的综合性极强的基础工作，主要涉及基坑支护、降水、开挖、监测、回填等环节。近年来，为缓解城市地上土地资源紧张的现状，地下空间的深度开发已成为目前城市建设的趋势。大型综合工程的实施导致基坑深度越来越大，基坑形式越来越复杂，电梯井、集水井、预留远期接口等特殊结构需要对基坑进行二次开挖，出现局部超深内坑，即“坑中坑”，使得基坑情况更为复杂，对整个基坑的稳定性有很大影响。

目前关于内坑的研究逐渐增多，主要集中于坑中坑施工技术创新、内外基坑支护结构稳定性的相互影响，坑中坑稳定性影响因素及变形规律等方面，但由于基坑工程的复杂性和特异性，经典理论和规律不能完全符合，所以有必要针对具体工况从施工技术、组织管理等方面采取预防措施，降低工程安全风险。针对“坑中坑”出现的结构变形、基坑渗水等技术通病，根据有限元模拟内坑结构应力及变形的分布规律，结合现场特殊黄土地质特点及施工情况，采用类比法、经验总结法、数值分析法进行研究，提出预防和治理措施，合理解决大埋深地下结构在附加荷载作用下结构局部应力集中引起的变形过大、沉降开裂和渗水等常见问题，保证施工过程中基坑的安全。1 工程实例以西安站改扩建项目东配楼基坑工程为实例，结合对其内坑支护结构应力变形规律的分析及工程实例经验，从组织管理、施工技术等方面对“坑中坑”通病预防措施进行研究。基坑东段跨越地铁四号线与换乘厅通道基坑相接；西侧和北侧邻近F3地裂缝；场地内存在非自重湿陷性黄土层和饱和软黄土层，基坑周边场地狭窄，历经雨季施工，地下水位较高，工程条件比较复杂，基坑工程安全隐患较大，操作不慎极易发生安全事故。东配楼外坑开挖深度12.83 m，内坑为电梯井，开挖深度11.97 m，安全等级一级。东配楼基坑地理位置如图1所示。图1 东配楼基坑地理位置示意2 问题分析及预防措施基坑工程事故是工程建设过程中主要的事故类型之一，而且一般会造成较大的生命财产损失，有必要掌握问题发生的根本原理，进而从设计、施工、管理等多环节，多措施进行有效预防，以降低工程事故风险。2.1 问题分析深基坑工程常见问题可总结为失稳破坏，如支护结构变形过大，边坡沉降开裂或坍塌，基坑渗漏水等。失稳的根本原理是体系原有的结构力学平衡条件被破坏，支护结构和边坡土体发生变形或位移，以达到新的平衡状态。安全管理措施不健全或执行不到位，支护结构选型不合理，施工质量不符合技术标准等是诱发这些问题的主要原因。2.2 预防措施2.2.1 组织管理措施建立完善的项目部组织机构，以项目经理责任制为中心，各部室分工明确，责任到人，以安全、质量为基本要求，相互配合，落实安全政策，保证各项工作规范、有序进行。安全质量生态环境部制订安全计划、安全技术方案、安全应急措施，组织定期安全检查和安全抽查，发现事故隐患，及时监督整改。定期对职工进行安全教育，对关键工序的负责人和作业人员提出安全施工防范的技术交底。基坑深度超过5 m，且存在超深邻边内坑，将降水、支护及土方开挖确定为重大风险点位，应严格遵循“辨识论证、方案评审、条件验收、领导带班、挂牌督办、责任追究”的危大工程安全管理原则。基坑施工无施工方案或施工方案未经施工单位技术负责人和监理单位项目总监理工程师批准的；危险性较大的专项方案未组织专家论证的不得提前施工。施工前，梳理危险性较大部分项目工程清单，组织进行重大风险点位施工条件验收。施工中，严格落实安全生产领导带班管理制度，专职安全员日巡查制度及每日隐患排查、安全例会制度，隐患整改及责任追究制度。2.2.2 技术保障措施根据设计方案，外坑支护形式为上部采用自然放坡卸荷+土钉墙支护，下部采用围护桩+腰梁预应力锚索锚拉及桩间喷护的综合支护体系。基于对成本和安全两个工程目标的考虑，利用Plaxis软件对内坑单排桩和双排桩两种支护结构形式在相同工况下进行数值模拟对比。结果表明，在此特殊黄土地质条件下的开挖过程中，二者的变形规律基本一致。单排桩虽然成本较低，但变形量过大无法满足基坑安全性、稳定性要求，双排桩对此特殊地质条件具有更好的适应性。双排支护桩的各项参数，如图2、图3所示。图2 内坑双排支护桩立面示意图3 内坑双排支护桩平面示意内坑双排桩直径1 m，间距1.5 m，桩长21.97 m，基底以下支护桩埋深10 m，桩端置于能满足承载力要求的中更新统风积粘质黄土和粉质粘土中。支护桩表面设置直接6 mm，间距200 mm的双向钢筋网，喷射80 mm厚C 20混凝土，并间隔1.5 m加设直径14 mm水平加强筋，用M 16膨胀螺栓固定。支护桩桩顶设置1 000 mm×1 000 mm的C 30混凝土冠梁，冠梁配筋及截面形式，如图4所示。图4 冠梁配筋及截面形式示意因本工程相邻标段基坑开挖基本完成，且均已进行基坑降水，基坑地下水位均匀下降，故在施工过程中需持续做好地下水位监测，保证水位降低至土方作业面或基底以下1.5 m，为土方工程及基础施工提供便利的场地条件。沿基坑上、下口四周分别设置截水、排水沟，水沟宽250 mm，按不大于30 m间距设置500 mm×500 mm×600 mm深的沉沙集水坑，用污水泵提升至基坑上口排水沟通过场地沉淀池后排往市政管网，并沿基坑上口四周布置排水管，防止雨水和地表水流入桩孔或基坑内导致黄土湿陷引发的附加沉降。基坑开挖土方量15万m3，开挖时要保证支护结构构件强度达到设计强度，结合人工清挖，严禁超挖或掏挖，严禁各类机械碰撞支护体系。基坑邻边按规范进行防护，内坑为邻边类型，与外坑北侧共用支护结构，根据库伦土压力模型计算，基坑边缘的安全距离应满足3 m范围内严禁堆载，3 m以外荷载限制不大于30 kPa。施工过程严格执行基坑监测制度，内坑监测点布置（图5），监测结果显示围护结构水平和竖直方向的变形量均小于控制值15 mm，满足基坑变形要求。2.2.3 经济保障措施建立经济监督机制，保证专款专用，不偷工减料，按照设计标准施工；建立经济奖罚机制，将工程安全质量与员工经济利益挂钩，激励每一位员工的责任感。2.2.4 其他保障措施勘察、设计、施工等工程建设的各参与方不是孤立的个体，而是为工程建设服务的整体，加强各参与方之间的沟通，及时了解工程进展过程中出现的问题，图5 内坑监测点位布设示意从不同角度分析问题原因，扬长避短发挥各自的优势，提出解决问题的最优方案，保证工程顺利实施。3 结束语（1）基坑安全问题是城市建设中需要解决的主要技术问题之一，随着基坑规模日益增大，基坑结构形式日益复杂，尤其是特殊地质条件下存在内坑的异形深基坑，其安全质量控制更为关键。通过组织管理、设计、施工、经济等措施，可以很大程度消除安全隐患，预防支护结构变形、边坡坍塌、基坑渗水等基坑通病的发生，降低基坑工程事故的发生频率。（2）尤其在设计、施工环节，要根据场地实际地质条件及周边建筑环境，严格执行相关规范标准，满足强度及变形双标准要求，从而保障工程实施的安全。对于复杂地质下的深基坑，单一的支护结构类型很难保证基坑安全，通常选择两种或多种支护组合的综合支护体系，充分发挥各自优势。（3）在西安站改扩建项目东配楼工程施工过程中严格执行各项预防措施，有效避免了基坑