明挖深基坑施工應急處置及預防管理

崔光財，周 李

（中交四航局第六工程有限公司 廣東珠海519000）

1 軟土地區(qū)深基坑施工安全概念

隨著城市建設的進一步發(fā)展，城市地下基礎設施的建設越來越多，如地下道路、下穿隧道、綜合管廊、地下停車場和地鐵等，相應帶來了一系列的深基坑安全生產(chǎn)問題，近年來基坑生產(chǎn)事故時有發(fā)生，對工程建設、社會經(jīng)濟、民生安全等造成了不同程度的不良影響。為強化深基坑安全生產(chǎn)管理，住房和城鄉(xiāng)建設部在2018 年明確將開挖深度大于等于5 m 的深基坑定性為超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程，并要求專項施工方案中將應急處置措施作為主要內(nèi)容［1］。

珠三角地區(qū)以軟土地層為主，淺層主要為淤泥或淤泥質(zhì)土層，層厚可達30 m。城市明挖深基坑深度一般在5～18 m，即整個基坑處于軟弱地層中。而淤泥和淤泥質(zhì)土具有高壓縮性、高含水量、低強度、韌性低等特性，土體抗側(cè)力極低，加大了深基坑的安全穩(wěn)定風險。因而對于粵港澳大灣區(qū)的城市地下基礎設施建設，項目施工管理者有必要更加重視深基坑施工的應急處置管理。針對深基坑的具體地質(zhì)和周邊環(huán)境情況，聯(lián)系設計和勘察，在開工建設前對深基坑基坑施工的應急處置管理進行全面系統(tǒng)分析，制訂好深基坑應急對策，落實好深基坑施工的安全預防措施。

2 典型案例分析

2.1 案例1

中山市某新建建筑地下室開挖深度8.4 m，采用4.5 m 放坡+3.9 m 懸臂支 護形式。2019 年9 月 開挖至7 m深度時出現(xiàn)圍護結(jié)構(gòu)變形，暫停施工后，10月放坡面發(fā)生滑坡、支護結(jié)構(gòu)內(nèi)傾（見圖1）。事故發(fā)生后，采取了坡頂卸載、坑內(nèi)回填措施，有效遏制了事故的進一步擴大，未造成人員傷亡。經(jīng)事故調(diào)查分析，造成事故發(fā)生的主要直接原因為圍護結(jié)構(gòu)強度不足，放坡面坡比偏大，造成支護體系失穩(wěn)。

圖1 中山市某基坑滑坡現(xiàn)場Fig.1 Landslide Site of a Foundation Pit in Zhongshan City

2.2 案例2

珠海市某地下隧道設計開挖深度20.7 m，布置有5 層支撐。2012 年7 月開挖至約18.0 m 深度時發(fā)生變形，并引發(fā)局部坍塌（見圖2）。坍塌后施工方及時采取坑內(nèi)回填措施，避免了事故的惡化，未造成人員傷亡。經(jīng)事故調(diào)查分析，造成事故發(fā)生的主要直接原因為開挖速率過快，支撐安裝嚴重滯后，按施工要求僅允許超挖0.5 m，而施工開挖至18.0 m深度時欠缺第4、第5道2層支撐的安裝。

圖2 珠海市某基坑坍塌現(xiàn)場Fig.2 Collapse Site of a Foundation Pit in Zhuhai City

2.3 案例3

中山市某地下道路設計開挖深度13.8 m，2020 年4 月開挖至13.5 m 深度時坑底發(fā)生突涌，夾帶少部分泥沙（見圖3）。發(fā)現(xiàn)涌水后，施工方立即使用沙袋壓住涌水點，并在冒水口下進行水玻璃注漿，及時止住突涌，未造成人員傷亡和經(jīng)濟損失。經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)該處坑地下有1 m 厚夾砂層距離坑底不足2 m，開挖過程中擾動了該處土體引起突涌是該事件發(fā)生的直接原因。而在施工部署中，未有降水措施才是間接發(fā)生突涌的原因。

圖3 中山市某基坑突涌現(xiàn)場Fig.3 Surge Site of a Foundation Pit in Zhongshan City

3 深基坑常見事故原因分析

3.1 支護體系自身強度不足

軟土地區(qū)深基坑支護體系由圍護結(jié)構(gòu)、基底加固、支撐或錨桿系統(tǒng)組成［2］，直接關(guān)乎著基坑的安全。如果支護體系出現(xiàn)強度不足，小則地面變形開裂、周邊建筑物沉降，大則基坑坍塌、周邊地表沉陷。支護體系強度不足產(chǎn)生的主要原因有兩方面：一方面各項工藝的質(zhì)量把控不嚴，如圍護結(jié)構(gòu)樁長不夠、樁體水泥摻量不達標、支撐或錨桿預加應力不足、坑內(nèi)被動土加固效果欠缺等；另一方面主要是支護體系中的主要構(gòu)件材料特性因不同原因未能發(fā)揮，如混凝土結(jié)構(gòu)的齡期不足導致強度不足，鋼筋或鋼構(gòu)件接頭位置在同一斷面上導致產(chǎn)生截面突變，圍楞填縫不充分導致圍護結(jié)構(gòu)受力不均勻等

3.2 土方開挖速度過快，未及時加撐、加錨或封底

明挖深基坑開挖過程造成基坑支護體系內(nèi)外側(cè)荷載平衡被打破，支護體系在外側(cè)土壓力的作用下發(fā)生變形，開挖速率過快將造成內(nèi)側(cè)卸載加劇，使得外側(cè)土體深層位移加快，極易突破監(jiān)測變形報警值。若此時未能及時安裝支撐或施做錨桿［3］，將可能造成變形進一步加大，甚至突破支護結(jié)構(gòu)強度極限，導致基坑位移沉降失控，從而釀成不良事故的發(fā)生。開挖至基底后，不能在一定期限內(nèi)進行底板澆筑，基底受施工條件制約，容易出現(xiàn)積水泡水等現(xiàn)象，使得支護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)卸載，導致支護體系內(nèi)外荷載不平衡，可能出現(xiàn)基坑坍塌事故。

3.3 降水、截水或防排水不當

在地下水位較高的地區(qū)，采用坑內(nèi)降水布置時，如果降水過量，容易導致坑內(nèi)外水位差大于坑底土體的浮密度，從而產(chǎn)生坑底管涌、突涌現(xiàn)象，處理不當會直接威脅到基坑。采用坑外降水時，如果降水不足，一旦截水帷幕出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，基坑外部水壓就會引發(fā)坑壁滲流、流沙情況；降水過量，由于降水漏斗曲線的作用，嚴重時會導致基坑周圍建筑物和道路不均勻沉降、開裂甚至破壞。

深基坑施工時間跨度長，基坑頂面防護不到位［4］，雨季時會常出現(xiàn)雨水大量下滲，使得坑外土粘聚力和內(nèi)摩擦角減少［5］，錨桿錨固力降低，土體側(cè)壓力增大，支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，從而導致基坑垮塌。如果坡頂截水溝設置不到位，雨季不僅基坑內(nèi)部集水，坡頂兩側(cè)也會形成匯水流入基坑，此時不及時抽水，輕者坑內(nèi)土體、基底軟化，發(fā)生滑坡，嚴重者軟化圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)土體，導致基坑圍護體系產(chǎn)生踢腳現(xiàn)象。

4 應急處置對策

針對明挖深基坑施工中常出現(xiàn)的事故，應制定針對性應急處置對策。按照事故類別和原因簡要總結(jié)為以下5點：

⑴由于支護體系強度不足引起的圍護結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，在變形變化報警時，就應暫緩基坑開挖，限制坑頂周邊荷載。有支撐設計的增補支撐，采用放坡開挖、懸臂支護或錨桿設計的可以對坑外土體進行加固。如果變形仍然呈現(xiàn)失穩(wěn)趨勢，應進行坡頂土方挖除以卸載，必要時對坑內(nèi)采取回填處理［6］。

⑵由于支護體系強度不足已經(jīng)發(fā)生坍塌的深基坑，應立即疏散作業(yè)人員，設置防護隔離帶，對發(fā)生坍塌的位置進行土方回填，并清理基坑周邊的土方進行卸載。如果已造成人員傷亡，第一時間扒土對被困人員進行搜救；其次，及時對上部土體進行臨時支撐，防止再次出現(xiàn)坍塌。

⑶由于開挖速度過快、未及時安裝支撐或錨桿產(chǎn)生的監(jiān)測異常，立即減緩開挖速率、及時加撐加錨能夠起到良好的效果［7］。對于已開挖至坑底的深基坑，可以采取坑內(nèi)加固，視情況加快墊層施工。如果已經(jīng)產(chǎn)生較大的變形，應參照支護體系強度不足的措施進行處置。

⑷由于降水不當造成的坑底突涌、管涌或坑壁滲流、流沙情況，采用沙袋或鋼板對涌水點進行及時封堵的同時使用導流管引流，并在滲透處進行水玻璃或水泥漿注漿固結(jié)［8］。如果尚未開挖至基底，需增補降水井，如果已開挖至基底，及時完善坑底臨時排水設施，涌水得到控制后加快墊層施工。

⑸由于截排水不當造成的坑內(nèi)土體軟化產(chǎn)生滑坡時，及時清理土方，增加排水措施。造成基底土體軟化從而導致圍護體系踢腳時，應對深基坑采取加撐、硬底化處理。如果因為地表降水下滲導致錨桿錨固力降低，則應對錨固區(qū)進行注漿加固，支護結(jié)構(gòu)變形嚴重時應及時進行坑外卸載和坑內(nèi)回填。

5 針對性預防措施

根據(jù)深基坑常見事故原因，必須要將事故扼殺在發(fā)生前，以保證深基坑施工的人員和財產(chǎn)安全。

⑴加強支護和降排水體系質(zhì)量控制，做到4 個“嚴把”：嚴把圍護結(jié)構(gòu)的長度、厚度參數(shù)；嚴把支撐的預加力、錨固系統(tǒng)錨固長度指標；嚴把被動加固區(qū)、止水帷幕的成樁效果；嚴把坡面防護、降水排水的標準。

⑵強化深基坑工序施工過程管理，做好4 個“及時”：及時進行支撐、錨桿安裝，提高支護系統(tǒng)可靠性；及時進行基坑封底，強化深基坑整體穩(wěn)定性；及時完成深基坑抽排水工作［1］，避免深基坑土質(zhì)因泡水出現(xiàn)軟化；及時完成地下結(jié)構(gòu)施工以便回填，縮短深基坑暴露期。

⑶ 提高施工現(xiàn)場綜合管理水平，堅持5 個“落實”：落實土方開挖遵循分層、分段、限時、限高和對撐［3］，保證基坑卸載有序進行；落實深基坑臨邊荷載限制，控制支護系統(tǒng)外加力；落實技術(shù)交底和安全教育，提升作業(yè)人員安全意識；落實質(zhì)量檢驗驗收制，保障支護結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；落實深基坑監(jiān)測制，確保深基坑變形沉降數(shù)據(jù)可控［10］。

6 結(jié)語

明挖深基坑屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的工程，尤其是城市明挖深基坑，周邊環(huán)境情況特別復雜，社會影響十分巨大。而且深基坑施工技術(shù)難度較大，易發(fā)生事故，所以須引起足夠的重視。

負責施工的企業(yè)和管理人員，應增強自身的安全質(zhì)量責任意識，熟悉深基坑常見事故，分析和評估各項風險。針對項目具體情況做好預防措施，制定應急處置對策。施工過程中落實好各項管理要求，關(guān)注深基坑及周邊構(gòu)筑物的變形沉降情況，及時發(fā)現(xiàn)問題處理問題，才能將深基坑事故對社會財產(chǎn)和人民安全的威脅降到最低。