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建筑基坑支护结构异常应急措施探讨

摘要:针对基坑工程风险性高,易对周边环境产生不良影响的情况,提出应根据不同的支护体系编制不同的应急预案,在施工过程中遇到异常情况,应立即启动应急措施并进行演练,确保施工人员安全,同时,通过实际的工程案例,阐述了发生异常情况后的具体应急措施。

关键词:基坑支护体系,应急预案,应急措施

引言

随着我国城镇化进程的加快,城市中高层建筑不断涌现,超高层建筑也越来越多,施工过程中开挖的基坑也越来越深。同时,现有的施工场地周边的环境都比较复杂,通常在基坑开挖深度3倍的范围之内均有既有建筑物或者城市道路。由于基坑工程是一个相对复杂的系统工程,它涉及的学科较多,包括土力学、基础工程、结构力学、原位测试等多门学科,所以基坑工程的施工往往伴随着风险,在施工过程中或多或少都会对周边建筑物和道路产生影响。基坑开挖的过程实际上是一个应力释放的过程,基坑侧壁土压力的卸载使原来处于静态的土体失去应力平衡,发生了应力状态变化。由于应力状态发生变化,导致基坑工程的支护结构也会相应发生一定的变形。当变形量处于规范允许范围之内时,可进行正常的施工作业;但是当变形量超过允许范围或者出现异常时,则必须立即停止施工,并且采取有效的应急措施,防止变形的进一步扩大,危及人员的安全。

1工程案例

项目一包括两栋高层建筑及地库,基坑尺寸为160m×73m,基坑开挖深度7.5m~12.5m。根据拟建建筑的要求和现场的地质勘察情况,同时考虑施工对周边既有建筑物和道路的影响,决定采用双排桩和桩锚结合的方式进行基坑支护,采用三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。施工单位在基坑开挖过程中,按照设计图纸的要求,分层分段开挖,整个过程中并未出现违规行为。但在基坑即将开挖到基底的时候,基坑东北角及东侧顶部土体突然出现开裂,周边地表也出现了开裂和塌陷的现象,此异常情况引起了各方高度重视。第三方基坑监测单位及时对该项目进行了加密监测,根据监测数据的变化情况随时调整监测频率,变形量较大时,监测频率一度达到了每隔3h~6h进行一次监测。根据监测数据,支护结构的变形量确实存在突然增大的现象,基坑顶部水平位移的变化速率最大时达到每隔6h变形2mm的程度。变形量最大点的部分监测数据见表1。现场情况见图1,图2。项目二为某条拟建道路的地道部分,基坑开挖深度为7.5m~10.5m。该项目基坑支护范围内主要为高灵敏度饱和粉质黏土,当受到扰动、荷载增加、浸水时,黏土的结构极易被破坏,土的强度明显降低,压缩性明显增大。为保证该项目的正常施工,基坑支护采用了钢筋混凝土灌注桩加1道(或2道)预应力锚索支护方式,三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。在施工过程中,第三方基坑监测单位密切关注基坑的变形情况,根据监测数据,发现在锚索的施工,支护桩的施工以及土方的开挖过程中,基坑侧壁的位移量发生了明显的增大,最大变化速率达到30mm/d。变形量最大点的部分监测数据见表2。图3中的粗黑线为冠梁的初始位置,图中显示出冠梁已发生严重的挠度变形。

2理论计算与现场施工存在差异的原因

在上述两个工程实例中,施工单位都按照“基坑支护设计文件”完成了支护的施工,施工过程中也并未出现超挖等违反施工安全规程的行为,但仍然出现了地表开裂、下沉和变形量过大等异常情况。由此可见,基坑支护的设计理论与现场的实际情况存在差异。一方面原因是勘察人员的技术水平良莠不齐,勘察设备不够先进等原因,导致地质勘察所获得的数据不能准确代表岩土层的全面情况;另一方面,岩土工程设计理论和依据仍不完善,各个区域的地质条件有所差异,对不同地质条件的区域采用同一个本构模型,或者使用相同的假定参数都会造成理论计算与实际情况产生误差。

3异常情况后的应急措施

正是由于理论计算与现场实际情况有所差异,所以即便是严格按照“基坑支护设计文件”进行施工,同时在施工过程中严格执行安全生产的规定和要求,也难免会出现基坑位移变形较大,基坑顶部及周边环境出现异常等情况。为了保证基坑工程的正常进行,人员、财产安全不受损失,对每个基坑工程都应该制定应急预案,在发生危险和异常的时候,能够及时地采取应急措施。应急措施应包括以下几个方面:1)施工单位的项目部成立以项目经理为第一责任人的应急领导小组,其下设各部门相应的抢险队,各抢险队员由项目经理部挑选各部门有责任心的人参加。应急领导小组成员和抢险队成员的通讯应保持全天候开通,随时准备应对突发状况的发生。一旦出现险情,应急小组人员立即就位,各负其责,排除险情。2)根据本工程的具体情况,针对基坑围护桩施工、开挖、支撑架设和拆除等工序,提前对可能出现的险情制定有针对性的应急预案,要求全面、仔细,保证万一出现险情时能及时顺利启动。同时,应急预案中要做好相应的应急机械、人员队伍、材料物资等方面的安排与储备。3)根据制定的应急预案,预备应急物资。应急物资除了准备一定数量的水泥、型钢等抢险物资外,还应在现场准备钻机、注浆机、挖机等设备,并落实好具体操作人员。一旦发现基坑有渗漏水现象,要做到能够及时封堵;若发现基坑位移变形过大,要及时采取临时支撑措施,必要时在围护结构与周边建筑之间进行注浆加固,甚至立即进行基坑的回填。4)应急预案要事先进行安全演练,确保完善有效。同时应急领导小组要和周边医院、消防等部门建立有效的联系,确保出现人员受伤的情况时能够及时得到救助。5)在基坑工程正式施工前,应对施工区域内的电缆、电线和各种管道进行详细调查,并作出明确标记,施工中注意避让和保护,防止损坏。基坑四周地面设截水沟,截排地表水,防止地表水进入已经开挖的基坑。上述两个工程实例中,在基坑出现异常时,施工单位根据提前制定的应急预案,及时采取应急措施对出现险情的部位进行加固处理。根据第三方的监测数据,在采取应急措施后,基坑变形速率开始显著减小,周边地表的裂缝也没有再发生明显的变化。图4为基坑坡顶发生较大变形后,施工单位紧急采取砂袋反压和斜撑支顶的方式对基坑侧壁进行处理,同时在坡顶挖走一定量的土体,减小支护结构的侧压力。图5为变形稳定后,施工单位用混凝土逐步将临时支护材料替换。图6为施工单位采取坡顶土方卸载的方式进行紧急处理。

4结语

随着城市建设的需要,基坑开挖的深度也越来越深,对周边环境的影响也越来越大,所以制定应急预案,确保其合理、有效是保证基坑工程安全施工的一道必不可少的“防线”。在基坑施工过程中,对异常情况一定要及时记录、上报,结合监测数据综合进行判断,一旦发现有异常的变形和表现,要及时采取应急措施,保证人员财产安全。

参考文献:

[1]GB50497—2009,建筑基坑工程监测技术规范[S].

作者:谷大志 单位:太原市安全生产信息调度中心

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