曲靖市某医院门诊大楼深基坑支护与险情处理

曲靖市人民医院门诊大楼深基坑支护与险情处理

从深基坑支护施工安全动态预报技术重要性和基本方法出发，结合工程实例针对复杂的条件，通过建立了信息化施工监测体系，及时根据监测数据的分析和评价，为深基坑动态设计施工和制定、实施险情预警及处理方案提供了可靠的信息资源保障，取得了深基坑支护的良好效果。

基坑围护体系是临时结构，安全储备较小，具有较大的风险性。基坑工程区域性、个体性强，同时还具有较强的时空效应，是综合性很强的系统工程。其施工过程扰动影响因素很多，为了控制基坑工程施工扰动影响，必须采用“综合控制”的方法，加强基坑工程施工扰动影响控制动态预报、选用合理的基坑围护结构形式、按变形动态控制设计围护体系和施工组织管理措施。

1.深基坑施工安全动态预报技术的重要性

1.1提供依据，确保支护结构的安全。基坑工程的设计和施工涉及岩土工程和结构工程，岩土工程问题仅仅依靠合理设计和土力学计算理论分析是远远不够的。随着土力学计算理论的发展，测试仪器的先进以及施工机具和施工工艺的不断改进，深基坑工程技术也在不断发展和完善。但支护方案实用、安全性都不可能做到百分之百的有保障，细小的变化，就有可能导致深基坑支护体系实施失败，深基坑开挖的信息化施工则可随时探查重要变化信息，利用理论和数值分析相结合，预测预报下一步开挖引起的位移、变形，适时掌握围护结构的安全状况，及时预报动态管理施工中出现的问题，判断结构可能产生变形的原因，为对策方案的研究和动态设计管理提供依据，确保支护结构的安全。

1.2弥补地堪的不足，验证支护设计方案的正确性。通常在深基坑施工中地质信息的准确与否直接影响预报结果，而事实上地质信息的准确获取几乎是不可能的。一方面由于地质条件如土体的某些物理力学性质指标随开挖进行而在不断变化，另一方面由于勘测孔数有限，不可能详细反映工程地质条件的全貌。因此及时反映地基性状的量测信息就可以在很大程度上弥补地质信息的不足。基坑工程施工扰动影响不仅需要通过理论分析预估，而且更重要的是需要通过施工过程中从现场得到的信息进行动态预报。动态预报在深基坑施工工程中具有特别重要的意义。

2.深基坑动态控制施工的基本思路

基坑开挖工程中，可获得的信息可分为地质信息、工程信息和量测信息三类。地质信息包括地基土层的种类和分布、各土层土体的物理力学指标；工程信息包括基坑工程开挖深度，平面布置，围护结构形式和土方开挖方案，以及由施工过程实录反映的进度和挖方量等；量测信息泛指可用仪表在工程现场直接量测的，在地层或支护中产生的位移量、应变量或应力增量的量测值，地下水位变化，以及描述这些物理量随时间变化规律的曲线等。

2.1围护结构设计施工组织设计和现场监测设计的编制

比起以往基坑除了编制围护结构设计施工组织设计外还要编制现场施工监测设计。以便在深基坑支护时同时指导施工和监测。根据监测情况，预报下一步施工是否安全。在确保安全施工前提下，才进行下一步施工。如出现事故征兆，应调整施工计划，或修改围护体系设计，或采用应急措施予以排除。在确保施工安全条件下，然后再进入下一步施工，直至施工完成。基坑工程信息化监测项目一般包括围护体系位移、深层土体位移、地下水位变化、周围建(构)筑物沉降和倾斜，以及水平位移和围护结构内力等。

2.2深基坑信息化施工监控体系

基坑工程施工扰动动态预报信息化施工监控程序如图所示。

首先根据工程地质和水文地质勘察报告提供的地质信息、选用的基坑围护结构设计提供的工程信息和施工组织计划，建立基坑工程施工扰动影响计算模型，确定计算参数。根据选用的计算模型、确定的模型参数和下一步施工情况计算预报下一步基坑工程施工扰动影响的变量，如围护结构变形，地面沉降，土体侧向位移等。如预报量符合安全要求，则可进行施工。否则应对施工过程和相关的参数进行调整，依据现场监测的实测数据，对比原设计进行优化，也就是在施工过程中，进行现场监测，然后根据施工过程中获得的测量信息和数值反分析工具，应用反演分析计算预测下一步施工结束后扰动影响情况，如果预报量符合安全要求则进行下一步施工，否则及时改进和采取措施。通过动态分析可以使计算结果更接近实际，保障施工安全。

3.深基坑动态施工应用分析

3.1工程概况

曲靖市人民医院门诊大楼位于曲靖市麒麟西路人民医院老门诊楼位置上，东边是曲靖市煤炭局，5-6层框架或砖混建筑，西边为滇黔桂石油勘探局一幢14层的商住楼及医院内现有道路，南边接医院CT楼和综合楼，北边紧邻麒麟西路。拟建的新门诊大楼高17层，含三层地下室。由于滇黔桂石油勘探局商住楼深基坑施工期间，麒麟西路一侧曾发生过严重的塌方事故，麒麟西路为市重点工程与示范工程，地下管网复杂。因此市建设局及业主对本工程基坑支护方案及施工方案均非常重视。

3.2工程地质及水文地质条件

场地位于麒麟西路南侧，场地北高南低，坡度6-10%。相对高差6.22米，东西基本水平。场地在城区处于较高地势，利于排水，无洪水危害。在钻探范围内，场地地层由第四系人工填土（Q4ml），残坡积粘土（Q4el+dl）泥盆系翠山组（D1C2）强-微风化粉砂岩、泥岩夹粉砂岩构成。基坑开挖深度范围内的土层特征为：

（1）第四系人工填土（Q4ml）

①层杂填土：褐黄、褐红色粘土，含草根、碎石块，结构松散。硬塑-可塑，层厚0.50-5.0米，平均2.11米。

（2）第四系残坡积层

②层红粘土（Q4el+dl）：褐黄、灰白色，可塑-硬塑，标贯锤击数N=4.6击，埋深0.5-5.0m，厚1.0-6.6m，平均厚3.24m，自由膨胀率29-110%，平均64%，属弱-强膨胀土，全场分布。

②a层红粘土（Q4el+dl）：褐灰色，硬塑-可塑，湿，标贯锤击数N=4.8击，埋深2.1-7.6m，厚2.45-8.0m，平均厚5.37m,自由膨胀率30-45%，平均39.2%，弱膨胀性。

（3）泥盆系翠峰山组（D1C2）

③层强风化泥岩：浅灰色,黄绿色，碎块状，块状，裂隙发育，隙面浸染，岩石较软，遇水软化，岩体完整程度为破碎，岩体基本质量等级为V级，属极软岩。埋深3.8-13.0m，厚0.2-6.5m，平均厚1.92m，全场分布。

④1层强风化粉砂岩：灰-灰白色薄层状粉砂夹泥质粉砂岩。裂隙发育，隙面铁锰质浸染，岩体破碎呈碎块状，岩体基本质量等级为V级，埋深6.7-14.8m，厚0.2-11.7m，平均厚6.44m，全场分布。

场地地下水位深为92.4-96.6m，在部份钻孔中③层顶部存在10—20CM细砂层，富存地下水，地下水分布呈透镜状，属第四系孔隙水。地下水富存于基岩裂隙中，属基岩裂隙水，地下水补给源于大气降水，补给区为西面距场地3公里廖廓山一带。

3.3基坑支护方案

根据场地地质条件、环境情况，经多方案经济、技术对比，紧靠道路房屋处选定采用“钢管微型桩（CT室楼下原保留土台采用注浆花套管加固）+喷锚支护（局部加设预应力锚杆）+坑内人工挖孔降水井降水”联合支护方案。

(1)以地下室基础外边线为准，向外扩大0.5-2.0m为基坑开挖支护线。满足地下室施工作业和降水井布置的要求。

(2)钢管微型桩的设置

土方垂直开挖时，为防止坑壁土体塌落及流砂涌出，沿基坑周边设单排或双排竖向微型桩。φ48㎜的微型桩间距500-1000mm，双排按梅花形错开布置，深6.0-9.0m。

(3)锚杆设置

坑壁设3-6层φ48钢管锚杆，层间距为1.50m，水平间距为1.50m。

(4)钢筋网喷射砼面层设置

坑壁挂φ6.5@250×@250钢筋网。锚杆之间再用φ16钢筋纵横焊接加强，最后喷上7-10㎝厚C20细石砼面层。

(5)降水井设置

深坑内周边设8口人工挖孔降水井，井深为10-13m，比基坑底深约3m。

4.施工中动态管理出现的险情及处理

根据现场条件和施工要求及监测方案的设计规定，曲靖二院门诊楼深基坑工程施工现场监测的主要目的是监测深基坑坡体是否稳定，基底土体变化情况及周围环境影响状态，从地质勘察报告、周围相近基坑开挖情况及施工在枯水季节综合考虑，其内容主要监测有针对性的选择为深基坑支护结构变形的信息化监测、周围环境的信息化监测和土体形状受施工影响而引起变化的信息化监测三个方面，这些监测能准确的反映深基坑开挖和地下施工，围护结构的动态信息、周围环境的影响程度等，满足方案调整和施工安全的需要具体监测结果和动态管理情况如下：

4.1深基坑支护结构变形的监测。包含喷锚钢管支护结构顶部水平位移监测、倾斜监测、沉降监测三部分。

4.1.1喷锚钢管支护结构顶部水平位移监测。根据本工程的具体情况，门诊楼基坑周围有共同沟、煤气管、城市主干道而且开挖零距离就有CT楼等医院重点建筑，基坑变形保护等级属于一级安全等级基坑支护，对支护变形要求较高，因此这是一项很重要的监测，地面最大沉降量≤0.1%H每隔5.5米布设一个监测点，麒麟西路作为城市主要干道重点监测。深基坑开挖期间，麒麟西路每隔2天监测一次，每道支撑实施未完成时位移较大时，每天监测2次。

因为施工现场狭窄，施工工序多监测点常被阻挡，现场采用了两种方法进行监测：一是用位移收敛计对支护结构顶部进行收敛量测，该方法测点布设灵活方便，仪器结构不复杂，操作方便，读数可靠，测量精度为0.05mm，从而可准确地捕捉支护结构细微的变位动态，并尽早对未来可能出现的险情进行预测预报。二是用精密光学经纬仪进行观测，在深基坑长直边延长线上的两端静止的建(构)筑物上设观测点和基准点，并在观测点位置旋转一定角度的方向上设置校正点，然后监测深基坑长直边上若干测点的水平位移。监测采用设置基准点，架设经纬仪对周边建筑物、基坑周边定期进行观测，并及时反馈观测数据，如发现异常则增加观测次数并及时调整锚杆的长度和密度，把变形控制在允许的安全值内，将安全隐患消除在施工过程中，切实做到观测信息指导支护施工。三是用伸缩计进行量测，仪器的一端放在支护结构的顶部，另一端放在稳定的地段上并与自动记录系统相联，可连续获得水平位移曲线和位移速率曲线。

4.1.2支护结构倾斜监测。支护结构、地基土的侧向位移对深基坑底部的稳定和周围结构的不均匀沉降都将产生很大影响。为了了解由于地基开挖而引起的支护结构、地基土深层各个部分侧向位移，必须进行支护结构的倾斜观测。根据支护结构受力及周边环境等因素，用光学经纬仪观测支护结构，测出土层的相对位移、位移速率、最大位移量等数据，掌握支护结构在各个施工阶段的倾斜变化情况，及时提供支护结构深度、水平位移、时间的变化曲线及分析计算结果。

4.1.3支护结构应力监测。在深基坑施工过程中支护结构的应力是在不断变化的，随时测量出这些应力的变化情况，以防止某些支护结构杆件发生突发性失稳而破坏，也是对支护结构预应力设计是否合理的检验。检测方法一般可用钢筋应力计对桩身钢筋和桩顶圈梁钢筋中较大应力断面处的应力进行监测，对钢管内支撑，可用测压应力传感器或应变仪等监测其受力状态的变化。这项监测可作为基坑安全监测的参考指标。

4.2周围环境的信息化监测。相邻建(构)筑物、道路、管线等设施的监测。项目实施了对深基坑周围建(构)筑物、道路、管线等设施的监测。主要测量了麒麟西路人行道位移、城市下水管位移沉降、道路中心绿化带分隔缝位移；石油勘探局道路路面分隔缝位移；CT楼、综合楼位移沉降、煤炭厅围墙水沟的位移沉降。，采用精密水准仪、经纬仪等观测监测工具进行观测。施工过程中麒麟西路人行道发生了裂缝（已采取措施消除了危险），其余观测主体均无位移及沉降。

4.3基底隆起监测。为了在深基坑开挖3m以后，及时监测掌握基坑内地基土的隆起量，防止基底发生塑性变形和剪切破坏，引起周围结构的不均匀沉降，采用的方法是:在基坑底安置回弹管，用精密水准仪测量回弹量。在A区支护施工到－7.3m时，B区施工－13.15m层支护时，测量与A区交界处B区基底隆起，若不采取措施继续开挖，A区及麒麟西路有连动整体滑移到B区的危险。

4.4地下水位的动态监测。由于旱季施工用人工挖孔桩为降水井可较为方便的确切了解地下水位的升降情况，掌握地下水位升降对深基坑开挖的影响，应进行地下水位的动态测试，以及渗漏、冒水、管涌和冲刷的观测。

4.5肉眼巡视与裂缝观测。本工程肉眼巡视主要是对支护结构、邻近建(构)筑物、地面的裂缝、塌陷以及支护结构工作失常、流土、渗漏或局部管涌等不良现象的发生和发展进行记录、检查和分析。

4.6通过观测，第一取土层施工时基本位移值很小。施工至C区距基底2米左右、A区基要至基底时发现了位移，立即增加观测次数为每天一次，通过数据采集发现：东侧设9个观测点，共观测31次，累计位移最大值10mm，平均值5.5mm。西侧设5个观测点，观测19次，累计位移最大值4mm，平均值3mm。南侧相对护壁较低，与建筑物相邻处增设了预应力锚杆，未发现位移。北侧设10个观测点，共观测30次，累计位移最大值已超过30mm。观测发现：每次挖土、洗管、向锚杆注浆荷重增加时都会发生位移。

东、南、西侧最大位移未超过10mm，未发现异常变化，继续施工，继续观测。北侧位移已超过允许值，立即采取了应急处理办法。

4.7第一次险情及处理办法

（1）险情

层土方开挖完成后，沿麒麟西路人行道侧路沿石边即出现10mm左右裂缝。

第三层土方开挖完成后，裂缝继续发展超过10mm，并伴有明显沉降。

（2）原因分析

（A）人行道包括市政管网下回填土方较厚且松散未固结；

（B）回填土下方有一层强膨胀性土，开挖临空后向基坑方向膨胀；

（C）基坑上方有工棚、围墙、钢管和水泥等荷载，且麒麟西路时常有重车通过；

（D）工期较紧，注浆和喷射混凝土养护时间不足；

（E）土方开挖未留斜坡，后部土方过早挖除，且未分段跳挖，局部存在超挖现象。

（3）处理方法

（A）基坑上方工棚、围墙及时拆除，钢管水泥等材料移走，麒麟西路适当封闭，减少重车荷载；

（B）在离坡顶1.5米位置增加一排锚杆，在中部增加部分预应力锚杆，同时局部增加空孔，用以释放部分土体的膨胀应力；

（C）注浆以及喷射要有充足的养护时间；

（D）坑壁后部土方不能过早挖除，并留斜坡土台压脚，分层分段开挖，开挖深度1.0-1.5m。

（4）加固效果

处理完毕后，基坑边壁处于稳定状态。

4.8次险情及处理办法

经过一次险情后，通过对支护设计进行调整，局部补加锚杆后，基坑暂时处于稳定状态，第四层锚杆施工完毕时，坑壁水平位移继续发展，且已接近规范允许极限值。

主要原因是下部土质含水量大，处于软塑状态，且有泥质软弱夹层；由于锚杆施工导致边坡含水量变化，从喷射混凝土面层的变形情况看，面层承受着相当大的侧向土压力，经过分析研究，决定沿麒麟西路中段24m范围第三排与第四排锚杆中间错开增加一排12m长预应力锚杆和一排6m长竖向钢管微型桩。微型桩桩顶与锚杆进行可靠连接。

加固措施完成后，开始开挖A单元土方，加固效果比较好。

4.9第三次险情及处理办法

（1）险情与原因

土方开挖进行至A单元西半部时，麒麟西路人行道北边最大水平位移达12mm，且有进一步发展趋势。

主要原因是A单元与C单元交界处剖面土方开挖速度过快，导致基坑变形持续发展；从土方开挖后剖面情况即可看出：麒麟西路以西软弱土层较厚，与地质报告出入较大，上下坑壁有连动滑移趋势。

（2）抢险加固措施

（A）基坑内剩余土方立即停止开挖，待加固完成A单元与C单元交界处剖面且上方桩基施工完毕变形稳定后再行安排；

（B）麒麟西路上剖面西侧24m范围增加一排竖向钢管微型桩，深至基岩，间距500，并在原设计第三排与第四排锚杆间错开增加一排15m长水平锚杆。

（C）A单元与C单元交界剖面西侧第一排和锚杆均加长至9m，并且第三排锚杆保证深入基岩3m。

（3）抢险加固效果

抢险加固完成后，基坑整体稳定，位移收敛。

5.结论

5.1不同的位置、不同的条件、不同的高度、不同的土质采取不同的支护方法，虽然给施工带来不便，但节约了成本。信息化施工确保工程安全和质量验证设计的正确与合理性；为动态实施施工方案提供客观数据。在施工过程中对支护进行监测是必不可少的，本工程在施工过程中出现的险情，通过监测为我们提供了准确预报以阻止变形的进一步发展，使我们即时采取措施