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深基坑施工過程中會存在多種風(fēng)險，包括滲流破壞、支撐失穩(wěn)、坑內(nèi)滑坡、踢腳破壞、坑底隆起、承壓水突涌等[1-3]。為了將深基坑風(fēng)險控制在可接受范圍之內(nèi)，風(fēng)險監(jiān)控便成為必不可少的措施。

目前，深基坑風(fēng)險等級基本是以其監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合工程實際經(jīng)驗進(jìn)行確定[4-5]，在施工過程中，需通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析才能得出深基坑的風(fēng)險狀態(tài)和等級。為了能夠更直觀、明確地判定施工過程中深基坑的風(fēng)險狀態(tài)，本文依據(jù)基坑監(jiān)測報警值劃分其風(fēng)險等級，并采用數(shù)值模擬方法，對若干施工工況下的深基坑受力變形情況進(jìn)行分析；再根據(jù)已劃定的風(fēng)險等級，確定各個施工工況下深基坑的風(fēng)險狀態(tài)。本研究為不同條件下，深基坑施工風(fēng)險等級的確定，提供了一種新的參考方法。

1 基于監(jiān)測報警值的深基坑施工風(fēng)險等級劃分

根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》GB 50497—2009要求，基坑變形監(jiān)測項目一般包括圍護(hù)墻頂部水平位移、圍護(hù)墻頂部豎向位移、深層水平位移、坑底隆起（回彈）、土體分層豎向位移、周邊地表豎向位移等。不同安全等級的基坑對各項監(jiān)測項目的要求不同，而3 種安全級別的基坑均有監(jiān)測要求的項目為圍護(hù)墻頂部的水平和豎向位移，可見該項目在基坑監(jiān)測中具有代表性意義。因此，本文在進(jìn)行深基坑風(fēng)險等級劃分時，把圍護(hù)墻頂部的水平位移和豎向位移的報警值作為參考值。深基坑是安全等級為一級的基坑，上海地區(qū)的深基坑一般采用地下連續(xù)墻的圍護(hù)形式，以《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 GB 50497—2009中一級基坑地下連續(xù)墻頂部的水平位移和豎向位移的監(jiān)測報警值為準(zhǔn)。同時，在實際工程當(dāng)中，會采用報警值的70%～80%，作為監(jiān)測的預(yù)警值。

基坑變形過大，往往會引發(fā)基坑事故，基坑變形程度不同，代表其處于不同的風(fēng)險狀態(tài)，因此，可根據(jù)基坑變形大小來劃分基坑的風(fēng)險等級。在對某項工程進(jìn)行風(fēng)險評估過程中，一般將工程風(fēng)險等級分為5級，與之相對應(yīng)的還包括風(fēng)險描述和風(fēng)險接受準(zhǔn)則[6]。本次風(fēng)險等級劃分是以深基坑監(jiān)測報警值為依據(jù)，根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》 GB 50497—2009和《基坑工程設(shè)計規(guī)程》 DG/TJ 08—61—2010對深基坑監(jiān)測報警值的要求，本文建立了4級的風(fēng)險等級劃分，各等級對應(yīng)的風(fēng)險描述和風(fēng)險接受準(zhǔn)則見表1。其中，結(jié)合工程實際情況，采用70%的監(jiān)測報警值作為一、二風(fēng)險等級的劃分標(biāo)準(zhǔn)。

表1 風(fēng)險等級（4級）、風(fēng)險描述及接受準(zhǔn)則

在風(fēng)險等級判定過程中，若有一項監(jiān)測項目達(dá)到相應(yīng)風(fēng)險等級描述的水平，則深基坑的風(fēng)險狀態(tài)就被判定為該風(fēng)險等級，并采取相應(yīng)措施，降低風(fēng)險等級。

2 數(shù)值模擬分析各工況下深基坑的風(fēng)險等級

引起深基坑事故的風(fēng)險因素有很多，如超挖、堆載、降水不到位、土方開挖過快、支撐架設(shè)不及時、止水結(jié)構(gòu)破損等[2]。各因素嚴(yán)重程度不同，會引起基坑發(fā)生不同程度的變形。為了更直觀地判定各種風(fēng)險因素作用下，深基坑的風(fēng)險狀態(tài)等級，本文以上海國際金融中心項目為例，建立數(shù)值模型，分析不同工況下深基坑的變形情況，再根據(jù)表2中劃分的風(fēng)險等級，確定深基坑的風(fēng)險狀態(tài)。

2.1 工程概況和數(shù)值模型建立

上海國際金融中心項目位于上海市竹林路（規(guī)劃中）以東，張家浜河以北，楊高南路以西，北側(cè)緊鄰竹園商貿(mào)區(qū)2-16地塊，基坑面積約為48 860 m2，周長約為950 m，開挖深度為26.6～28.8 m。根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，基坑工程安全等級為一級。基坑北側(cè)有楊高南路雨水泵站且位于1 倍基坑開挖深度范圍內(nèi)，按上海市標(biāo)準(zhǔn)《基坑工程技術(shù)規(guī)范》DG/TJ 08—61—2010規(guī)定，北側(cè)楊高南路雨水泵站區(qū)域基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級為一級；基坑普遍區(qū)域基坑工程的環(huán)境保護(hù)等級為二級。

2.2 數(shù)值模型的建立

根據(jù)工地現(xiàn)場實際情況和土層物理力學(xué)性質(zhì)，運用PLAXIS2D軟件建立有限元模型，模擬在不同超挖和堆載情況下基坑圍護(hù)墻頂部的水平位移量和豎向位移量。超挖和地面堆載情況下的數(shù)值模擬模型分別見圖1和圖2。

圖1 不同超挖量情況下圍護(hù)墻變形分析的數(shù)值模擬模型

圖2 不同地面堆載情況下圍護(hù)墻變形分析的數(shù)值模擬模型

通過數(shù)值模擬得出，超挖量分別為基坑深度的0、2%、4%、6%、8%、10%，和地面堆載分別為0 kPa、10 kPa、20 kPa、30 kPa、40 kPa、50 kPa時的圍護(hù)墻變形量，結(jié)合表2確定的風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，確定不同超挖和堆載情況下基坑的風(fēng)險等級，建立較為直觀的現(xiàn)場施工狀況與基坑風(fēng)險等級的關(guān)系。

2.3 不同風(fēng)險因素作用下基坑的變形分析

本次數(shù)值模擬分析主要考慮超挖和堆載對深基坑變形的影響，分別對不同超挖量和不同堆載的基坑進(jìn)行了變形分析（主要為圍護(hù)墻頂?shù)乃轿灰坪痛怪蔽灰疲?，?shù)值分析結(jié)果分別如表2、表3和圖3、圖4所示。

表2 不同超挖情況下深基坑圍護(hù)墻的變形

表3 不同堆載情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

由表2和圖3可以看出，不同超挖工況下，圍護(hù)墻頂部發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移。同時，通過對比數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)墻頂部的水平位移量較之豎向位移更接近報警值，更能反映基坑此時處于風(fēng)險等級較高的狀態(tài)。因此，不同超挖工況下，將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險等級的一個指標(biāo)。將表2中數(shù)值模擬所得的圍護(hù)墻頂水平位移量與表1相結(jié)合，可得不同超挖工況下基坑風(fēng)險等級情況（見表4）。

圖3 不同超挖情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

圖4 不同堆載情況下深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

表4 不同超挖工況下基坑風(fēng)險等級

由表4可知，當(dāng)基坑超挖量不超過6%時，基坑基本處于2級風(fēng)險等級狀態(tài)；當(dāng)超挖量超過6%之后，基坑風(fēng)險等級上升為3級。按風(fēng)險接受準(zhǔn)則要求，3級等級風(fēng)險是不希望發(fā)生的，因此在施工過程中，應(yīng)該對超挖情況進(jìn)行控制，超挖量應(yīng)不允許超過6%。

再由表3和圖4可以看出，不同地面堆載情況下，圍護(hù)墻頂部也發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移，而且其水平位移量較之豎向位移更接近報警值。因此，不同地面堆載工況下，也將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險等級的一個指標(biāo)。將表3中數(shù)值模擬所得的圍護(hù)墻頂水平位移量與表1相結(jié)合，可得不同超挖工況下基坑風(fēng)險等級情況（見表5）。

由表5可知，當(dāng)基坑周邊的地面堆載到達(dá)10 kPa時，基坑即處于3級風(fēng)險等級狀態(tài)；當(dāng)?shù)孛娑演d超過40 kPa時，基坑風(fēng)險等級上升至4級，為不可接受等級，應(yīng)立即采取控制措施。因此，在施工過程中，基坑周邊地面堆載應(yīng)不超過10 kPa；若基坑周邊確需堆載材料時，應(yīng)采取相應(yīng)保護(hù)措施，保證基坑安全。

表5 不同地面堆載工況下基坑風(fēng)險等級

3 結(jié)語

（a）基坑變形監(jiān)測包括多個項目，其中，3 種安全級別的基坑均有對圍護(hù)墻頂部水平和豎向位移監(jiān)測的要求，說明2 個項目在基坑監(jiān)測中具有代表性意義，因此，將其作為基坑風(fēng)險等級劃分時的參考值。

（b）不同超挖和堆載情況下，圍護(hù)墻頂部均發(fā)生了不同程度的水平位移和豎向位移。而在超挖和堆載2 種工況中，圍護(hù)墻頂部的水平位移變化均比豎向位移更接近基坑變形報警值，因此，分析中將圍護(hù)墻頂水平位移量作為判斷基坑風(fēng)險等級的指標(biāo)。

（c）結(jié)合數(shù)值模擬數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)可得，當(dāng)超挖量達(dá)到6%和地面堆載達(dá)到10 kPa時，基坑風(fēng)險等級為3 級。由表2風(fēng)險等級描述可知，施工過程中是不希望基坑出現(xiàn)三級風(fēng)險狀態(tài)的，因此，施工中應(yīng)不允許超挖量超過6%，地面堆載不允許超過10 kPa；如出現(xiàn)超挖量超過6%，或者地面堆載超過10 kPa時，應(yīng)采取措施保證基坑安全。

根據(jù)相關(guān)專家的施工經(jīng)驗可知，本方法評估結(jié)果可為深基坑施工風(fēng)險預(yù)防和控制提供參考依據(jù)。