软土基坑风险设计控制要点

688 2020-08-25 08:54:31

▼ 引言 ▼

21世纪是地下空间的世纪，随着轨道交通、建筑地下室等建设发展，基坑工程越来越多。但在软土基坑建设中，风险事故也是时有发生，带来工程费用、工期甚至人生安全事故。典型的如2008年11月15日下午3时15分，地铁1号线湘湖站北2基坑发生大面积坍塌事故，造成21人死亡，24人受伤，直接经济损失4961万元。

▼ 目录 ▼

一、软土深基坑的特点

二、软土深基坑的风险因素

三、面向风险控制的软土深基坑设计

四、设计风险控制下的施工工艺

五、BIM技术在基坑工程中的应用初探

六、结束语

▼ 内容简介 ▼

一、软土深基坑的特点

1、软土的特点

软土（通常指淤泥、淤泥质土、流塑至软塑的粘土等）具有“三高一低”的特点：孔隙率高、含水率高、可压缩性高、灵敏性高、承载力低，软弱土则包括粉土、粉砂、软-可塑的粘土等。

2、软土深基坑的事故现象

3、软土深基坑的风险特点

软土深基坑的地质及事故现象，表现出软土深基坑的风险控制有如下特点：

1、软土的侧压力大，要求围护结构与支撑强度、刚度足构且有效。

2、软土的稳定性差，对围护结构底、坑底抗隆起等的稳定性好，坑底土体加固及插入比足够。

3、软土抗承压水突涌、砂土地层管涌对降水要求高。

4、软土易沉降、固结变形等对环境保护要求高，易引起环境破坏(路面、管线、建构物物等）。

二、软土深基坑的风险因素

软土深基坑从破环造成的后果来看，主要风险因素从两个方面考虑，即基坑自身安全风险与环境保护风险，包括设计方案与措施是否具有针对性，施工是否落实到位，监控量测是否准确有效，风险控制预案是否齐备可执行。

基坑安全自身风险因素：

1、围护结构；2、支撑体系；3、土体加固；4、降水工艺；5、施工工艺；6、降排水措施；7、监测与安评；8、应急预案

环境安全风险因素：

1、围护与支撑的变形控制；2、降水的环境影响；3、环境条件的不利变化；4、环境破坏对基坑的不利影响；5、环境监测误判

三、面向风险控制的软土深基坑设计

1、了解基坑性状及环境条件

（1）基坑深度、宽度、深宽比、长宽比。

（2）基坑所处的土层性状、水文性质。

（3）基坑周边的管线、建构筑物、道路、河流等条件及保护要求。

2、确定基坑等级

（1）根据基坑深度、环境条件确定基坑等级。支护结构的安全等级为一级，结构重要性系数为1.1；支护结构安全等级为二级、三级，结构重要性系数为1.0、0.9。

（2）根据环境保护及基坑变形控制要求确定基坑变形保护等级。基坑支护结构变形控制保护等级为一级时，围护墙最大水平位移≤25‰H；支护结构变形控制保护等级为二级时，围护墙最大水平位移≤49‰H；支护结构变形控制保护等级为三级时，围护墙最大水平位移≤8~12‰H；其中H为基坑深度，有保护建筑物物取小值，否则采用大值。

3、明确分析模型

（1）围护与主体结构的复合或叠合。综合结构防水等级、施工工艺、水文环境及耐久性、基坑深度等，明确围护与主体结构的复合构造还是叠合构造，围护结构是否参与主体结构的承载等。

（2）围护结构土水压力的分、合算。根据地质及水文条件下土层的渗透性，确定围护结构承担的土、水压力采用分算还是合算。

4、勘察计算参数选取

土层计算参数的选取：直剪（C,φ）、固块，三轴参数，要根据基坑土体的固结及应力条件选取，选用标准值还是平均值等等，基床系数与M比例系数。

基坑围护结构的插入比初选：如下对于本工程事故诱发段的地下连续墙插入深度略显不足，未考虑墙底的落底问题。

坑外超载取值，结构自身参数。

5、选取围护结构形式

根据基坑深度、地质条件、水文条件、环境保护要求，经经济技术比较后合理选用基坑围护结构：分级放坡土钉墙、重力墙、钢板桩、SMW、TRD、TAD、钻孔排（咬合）桩、地连墙（接头形式）等。通常如下：

基坑深度小于4m：采用放坡或水泥土搅拌桩重力式挡墙围护或SMW工法桩；

基坑深度4～8m：采用单排650SMW搅拌墙围护（内插H500×200×10×16型钢）；

基坑深度8～12m：采用单排850SMW搅拌墙（内插H700×300×13×24型钢）；

基坑深度12～15m：采用800mm厚地下连续墙围护；

基坑深度15～20m：采用1000mm厚地下连续墙围护；

基坑深度大于20m：采用1200（1500）mm厚地下连续墙围护；

主体结构与围护墙组成复合（叠合）结构，受力形式、顺（逆）施工。

6、支撑形式

要根据基坑强度、刚度、稳定性及开挖与环境保护要求，合理选用支撑形式。

砼支撑：第一道（非必须）和其它道数

钢管支撑：Φ609/φ800或其它，轴力及位移补偿

型钢组合支撑：

锚索支撑：

根据基坑宽度：是否设置格构柱、支撑纵向联系梁。

支撑与围护结构的可靠有效连接受力等。

7、施工工艺要求

顺做施工：从上到下开挖、支撑，封底，从下倒上浇筑主体结构；

全逆做施工：分层从上到下开挖，随挖随施工主体结构形成支撑；

局部逆做：基坑深度范围某部分顺做、某部分逆做；

盖挖及半盖挖施工：

开挖要求：挖土机械，支撑间距3+3或4+2或其它。

8、基坑降排水

潜水：根据管涌计算，对于有一定渗透性能降水固结改善坑内土体的粉砂土或粉质粘土，对于渗透性很小的粘土，坑内抽排水。

承压水：根据抗突涌计算，采用土体加固抗压、帷幕隔水阻压、内外抽水降压或综合处置措施。

应急降水：尤其对与粉土粉砂地层的围护结构质量不好的情况下，设置坑外应急降水是很有必要的，可作为设计措施或施工措施考虑。

9、坑内土体加固

坑内软弱土体加固：可有利于坑内土体机械开挖，增加被动区抗力。

加固形式：抽条加固，裙边加固，组合加固。

加固范围：宽度、深度、间距；

加固参数：土体强度、水泥掺量等。

加固方式：注浆、搅拌、旋喷等

10、基坑检测与监测

基坑检测：各围护结构及支撑系统材料、安装方面；

基坑监测：基坑自身与环境条件方面的监测内容、方法、频率、报警值、评估与评价等等，一定要内容全面有针对性，真实及时。

如湘湖车站监测内容相对于规范少了3项必测内容，且不真实及时有效。

11、环境保护

要针对具体的环境保护对象及要求，分析保护措施的安全可行性，制定针对的保护加固措施、监控要求、施工工艺要求、分级应急应对措施。

12、基坑设计的风险识别及风险预案

根据住建部2018年37号令及建办质31号文的要求，基坑设计要识别基坑建设中的风险因素，并给出相关的风险评价及对策。同时要提示施工单位在施工中应开展的施工安全专项论证，比如涉及基坑的吊装、开挖、支模架等等。

四、设计风险控制下的施工工艺

1、导墙及槽壁加固

对于填土、表层送审粉细砂土以及坑边有距离较近的保护对象，围护结构导墙难以有效控制钻孔或成槽质量的，要考虑槽壁加固措施。

2、围护结构施工工艺

周边环境条件保护严格的，围护结构钻孔及成槽成墙要考虑分区、分段、跳槽施工，减少基坑的环境效应影响。

3、开挖与支撑

周边环境条件保护严格的，基坑分区、分段、分层开挖，充分利用时空效应，加快支撑与主体结构回筑。

4、环境条件专项监测

对周边环境条件的特定保护对象，制定专项的环境监测方案，比如地铁边施工基坑。

五、BIM技术在基坑工程中的应用初探

BIM技术在基坑中应用，可以让基坑设计与施工更直观，计量更准确。在杭州博奥隧道中做了些初步应用。

BIM技术在基坑中应用，可以让基坑设计与施工更直观，计量更准确。在杭州博奥隧道中做了些初步应用，主要是BM上，在I上还需进一步深化。

六、结束语

软土深基坑随着经济及技术的发展朝着更大、更深、更新方向发展，各种新的围护结构及支撑手段不断发展，如型钢组合支撑、TAD墙、轴力补偿与位移补偿等等。但不管如何发展，安全施工及质量更优与施工更快效益更好是永恒的追求，尤其是安全与质量方面，要设计更安全经济环保高效，施工更是要精心精益精细精准。

原标题：软土基坑风险设计控制与BIM应用初探

作者：张迪

中铁第四勘察设计院集团有限公司

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