CN105064371A - 一种深基坑变形报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深基坑变形报警方法，包含基坑变形控制指标体系的建立，基于该指标体系设置报警级别并进行报警；指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成，所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值，所述变形加速度具有对应的第四报警。本发明可以及时准确地评价基坑的安全状态，提高了基坑施工的安全度。

Description

一种深基坑变形报警方法

技术领域

本发明涉及一种基坑变形危险报警方法，尤其涉及地铁深基坑开挖变形监测报警的方法。

背景技术

地铁是解决大城市交通拥堵问题的重要交通方式之一。地铁车站的基坑一般具有长，深特点。如地铁二层车站的基坑开挖深度接近20m，三层车站基坑开挖深度25m。处于软土地区的深基坑，由于周边建筑较多且较近，控制基坑变形至关重要。目前虽然国内多个规范，如《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)、《上海地铁基坑工程施工规程》(SZ-08-2000)、《南京市建设工程深基坑工程管理办法》及《上海市工程建设规范-基坑工程施工监测规程》(DG/TJ08-2001-2006)，《城市轨道交通工程测量规范》(GB50308-2008)等均给出了明确的报警值，一般有累计报警值和速率报警值。设计文件也参考相应规范，给出了严格的报警值(一般取规范所规定小值)，其初衷和目的是为了更好地控制变形量。设计文件一般也会标明了现场变形超过报警值时，要加强监测，必要时进行注浆加固。例如《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》(SJG05-2011)对支护结构水平位移控制值如下规定：

表1支护结构最大水平位移允许值(mm)

注：表中h为基坑深度(mm)

湖北省地方标准《基坑工程技术规程》(DB42/159-2004)中规定，“基坑监测项目的监控报警值，如设计有要求时，以设计要求为依据，如设计无具体要求时，可按如下变形量控制：重要性等级为一级的基坑，边坡土体、支护结构水平位移(最大值)监控报警值为30mm；重要性等级为二级的基坑，边坡土体、支护结构水平位移(最大值)监控报警值为60mm。”

《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)将开挖深度大于15m的基坑均作为一级基坑，对照表1所示，基坑等级愈高，控制变形愈严，控制值愈小。而实际是基坑开挖深度愈深，则变形相对愈大，于是形成了一对矛盾。因此在实际工程中基坑变形是很容易达到规范规定的变形累计报警值。目前存在的突出问题是，当基坑变形达到报警值后，如何处理？这是一个非常重要的问题。目前的行业规范及设计文件对基坑变形报警的规定，存在如下问题。

报警值所代表的意思不明确。变形报警值有速率报警值和累计报警值两种，当现场变形值大于报警值时就应该报警，于是这个“报警值”所表达的意思是“变形比较大，达到报警值”，由于影响基坑变形的因素复杂，纯粹报警反映基坑什么状态不明确。基坑地表变形、围护结构的深层水平位移的速率报警值2mm/d。软土基坑在开挖过程中首先是坑内卸荷，必然引起坑内外土压力的不平衡。于是岩土体就有较大的变形增大发展阶段，在这个阶段中岩土体结构通过变形达到力的重新分布，与基坑安全度关系不大，因此这个阶段中软土基坑变形是很容易达到的报警值，但不直接表示基坑不安全；这个阶段的变形速率有报道很大，达到2～5倍，甚至更大，如胡义刚在论文《深基坑工程支护桩水平位移监测报警阈值研究》报道了基坑变形速率(4～20)mm/d，但并未有明显的事故迹象出现；当基坑附近正在高压旋喷桩施工，较大的注浆压力也会使围护深层水平位移突然增大；杭州地铁1号线的湘湖站北2基坑的地表沉降与施工中采取抽取地下水措施相关等。这种意义不明确的报警方法严重影响了报警工作的权威性与有效性。

各测项的报警值与结构物变形破坏现象关联性不一致。基坑围护结构变形值、地表下沉量达到报警值(如表1中一级基坑的报警值为30mm)时，现场不会有明显的变形破坏现象。即使地表下陷特征，所造成影响也很小；有压管线，规范的报警值是沉降量(10～30)mm，《建筑基坑工程监测技术规范》(GB50497-2009)中5.3.7条规定不能用直接点时就用间接点，间接点就是地表点，那么报警值参考地表点还是管线点的要求？规范没有明确。另外，建筑物沉降报警值为倾斜率0.2％，有资料及现场经验证明一般建筑物的倾斜率接近0.2％时，就出现开裂现象，于是就会引起纠纷，造成一定的社会影响。因此建筑物沉降的报警值已经表明建筑物有破坏迹象，而地表沉降的报警值表明还没有破坏迹象。这个报警的结果所形成的后果是：一方面许多基坑变形值已经达到规范、设计文件中变形极限值，但由于现场大部分无明显的破坏迹象，如大于10mm的裂缝、错台、陡坎现象，更无从重大事故的发生，另一方面加固措施的实施也存在一定的工程风险，从而大大消弱了报警的基本作用。这种现象并非个别基坑，而是具有一定的普遍性。因此目前规范中报警值既不利于变形控制，也不利于建筑物的保护。

报警后设计文件、现有的基坑规范、基坑研究成果中均没有给出具体的，与各测项变形报警值相关的处理方案，更没有说明加固措施实施后，基坑变形如何在前期变形基础上叠加或者消除、后续基坑变形报警如何实施的内容。目前工程设计文件中处理措施无非是加强监测、注浆加固；现场施工单位出于注浆施工的风险性，减少次生灾害的可能性，并且考虑到现场无明显的灾害特征，因此一般不会采取加固在措施，只要求监测单位加强监测。加强监测其实不能作为基坑变形的控制措施，因为通过监测已经发现了问题，并且报警警示了，还需加强监测的意义明显不合理，这是不相信监测结果，无视报警工作，不愿采取有效措施避免事故发生的管理工作。由此可导致玩忽职守、埋下安全隐患，最后酿成重大事故的发生。

总之，目前基坑变形报警方法存在严重的缺陷。这种带有严重缺陷的报警工作严重影响了现场工程师对基坑安全性的工程判断；使报警工作形同虚设，导致施工承包单位对报警司空见惯，设计单位无可奈何，建设单位束手无策，监管单位视而不见。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种深基坑变形报警方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种深基坑变形报警方法，包含基坑变形控制指标体系的建立，基于该指标体系设置报警级别并进行报警；所述指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成，所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值，所述变形加速度具有对应的第四报警值；

当累计变形量或者变形速率达到对应的第一报警值时，启动蓝色报警，表示该处变形累计变形量较大，或者变形速率较大；

当累计变形量及变形速率均达到对应的第一报警值时，或累计变形量、变形速率单项达到对应的第二报警值时，启动黄色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率较大，对基坑安全的威胁；

当累计变形量及变形速率均达到了对应的第二报警值时，或者累计变形量、变形速率单项达到对应的第三报警值时，启动橙色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率很大，对基坑安全产生了严重威胁；

在橙色报警基础上，当变形加速度达到对应的第四报警值时，启动红色报警，表示基坑大范围处于滑动状态，事故已经发生。

具体地，所述蓝色报警用于第一提醒，提醒设计者分析原因，确定一下现场变形情况是否与设计状态一致，如果不一致，需要变更设计，防止以后更为严重的报警出现。

具体地，所述黄色报警用于警告工程各方事故即将发生，要求工程各方及时安排险情出现前补救工作。

具体地，所述橙色报警是工程失稳前的特征，用于要求局部停止施工，进行局部抢险工作。

具体地，所述红色报警表示事故已经发生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作业，调集机械、车辆、人员迅速进入抢险、救护状态。

具体地，在每次报警后，如采取措施消除了变形所引起的工程灾害的可能性，使危险源恢复至初始状态后，则消除此项报警，变形归零处理，重新计算以后的变形量。

具体地，如果变形速率在减小，则表明变形趋向稳定状态发展，安全可控。

使用时。岩土体是典型的黏弹塑性体，具有明显的流变性，其表现为岩土体的应力、应变状态随时间而变化的规律。在荷载作用下，岩土体变形发展有三个阶段：第一阶段是变形速率(Δε/Δt)随时间而呈下降趋势，此阶段属于稳定阶段，变形加速度为负值；第二阶段：变形速率不变，即(Δε/Δt)＝常数，这一段是直线，说明此阶段变形加速度为零；第三阶段：变形速率随时间而上升，随后破坏，说明此阶段变形加速度为正值。

根据岩土体变形规律，分析基坑变形的产生、发展与破坏过程，可知：对于某一荷载作用后下的基坑变形的产生、发展规律遵从岩土体变形规律。因此所有基坑变形均有时间效应，同时作为空间实体的岩土体受边界约束的影响而产生空间效应，根据这一特性，建立了基坑安全度的变形控制指标体系，即累计变形量、变形速率及变形加速度三种变形控制关键指标。将基坑变形的报警级别分为三级，并与基坑变形控制关键指标相关联。基坑变形的报警四级为：蓝色报警、黄色报警，橙色报警及红色报警。

累计变形量或者变形速率达到对应的第一报警值，即为蓝色报警。蓝色报警是表示该处变形累计变形量较大，或者变形速率较大，起到第一提醒的作用。此时需要工程各方，尤其是设计者分析原因，确定一下现场变形情况是不是与设计状态一致。如果不一致，需要变更设计，防止以后更为严重的报警出现。

当累计变形量及变形速率均达到了第一报警值，或者累计变形量、变形速率单项达到第二报警值，启动黄色报警。黄色报警是表示该处变形累计变形量及变形速率较大，对基坑安全的威胁，局部开始出现了小于1mm的细小裂缝、错台等现象，警告工程各方事故即将发生，要求工程各方及时安排险情出现前补救工作。

当累计变形量及变形速率均达到了第二报警值，或者累计变形量、变形速率单项达到第三报警值，加速度未达到报警值，启动橙色报警。橙色报警是表示该处变形累计变形量及变形速率很大，对基坑安全产生了严重威胁，出现了局部明显的，大于10mm的裂缝、错台、陡坎现象，这是工程失稳前的特征，要求局部停止施工，进行局部抢险工作。

在橙色报警基础上，当变形加速度也达到报警值，启动红色报警。红色报警是表示基坑大范围处于滑动状态，事故已经发生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作业，调集机械、车辆、人员迅速进入抢险、救护状态。

蓝色报警只是起到了工程危险的提醒作用；黄色报警达到了警示作用，要求做好险情出现前补救工作，避免事故的发生；橙色报警起到了告诫作用，此时基坑安全产生了严重威胁，出现了局部明显的裂缝、错台、陡坎现象，这是工程失稳前的特征，要求局部停止施工，进行局部抢险工作；红色报警起到了对事故的通报作用，此时基坑大范围处于滑动状态，事故已经发生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作业，调集机械、车辆、人员迅速进入抢险、救护状态。在每次报警后，如果已经采取了措施，消除了变形所引起的工程灾害的可能性，使危险源恢复至初始状态后，可消除此项报警，变形归零处理，以后的变形量宜重新计算。

如果变形速率在减小，则表明岩土体变形处于第一阶段的变形状态，属于安全可控的稳定状态。虽然岩土体处于稳定状态，但周边环境，如管线、建筑物如果未进行应力释放，状态恢复至初始状态，仍处于危险状态。

有益效果：本发明通过对变形控制关键指标的选取，以及第二报警值的设置，相比目前的规范能够更加及时准确地判断基坑的变形程度，报警处理要求具体，可大大提高基坑的安全度。

除了上面所述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点外，本发明的一种深基坑变形报警方法所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。

附图说明

图1是本发明实施例1中某A基坑断面09地表位移随时间变化沉降曲线；

图2是本发明实施例1中某A基坑不同开挖深度下桩体CX3深层水平位移曲线；

图3是本发明实施例2中某B基坑监测平面图；

图4是本发明实例3中杭州萧山湘湖站北基坑平面图。

具体实施方式

实施例1

某A地铁车站主体基坑明挖顺做法施工，开挖深度为16.8m，围护结构采用钻孔咬合桩(Φ1000800荤素间隔，插入深度13m～14m)，支撑有4道，首道为800mm×1000mm砼支撑(间距9m)，其余为Φ609×16钢支撑(间距3m)。

从表2可知，设计文件中给定的监测报警值是与国家规范(《建筑基坑工程监测技术规范(GB50497-2009)》)基本一致的，即设计文件满足国家规范的要求。

应用本发明，根据现有规范及设计文件，如图1所示，埋设于距基坑的距离9m、14m地表测点在第四级支撑；图2中第二道支撑时已经达到报警值，基坑变形危险报警已经发出了蓝色报警，已经通知了工程各方，此时设计方应该分析原因，很明显现场变形情况与设计状态不一致，应该根据现场情况作出变更设计。由于现场在此阶段只是加强监测，未做到设计变更，工程各方也没有其他合理措施，规范中虽然有“监测数据达到报警值的累计值”的强制性标准，也提出了要求”采取应急措施”，但过于笼统，缺乏具体的要求，无法执行。只有第一报警值，没有报警后对报警数据的处理办法，变形只能累加，一直处于报警状态。

直到基坑完成开挖时，最大变形值-37.98mm，为设计报警值1.52倍，桩体深层水平位移最大值为52.17mm，为设计报警值2.08倍。现场无管线，无建筑物，无任何裂缝产生。没有达到本发明中黄色报警所描述的地表“裂缝、错台等”现象。

另外，从图1和图2可知，后期变形增大幅度明显在减小，变形速率在减小，属于第一阶段的减速变形情况，说明基坑是稳定的。

表2某A基坑监测报警值的规范值与设计值对比表

实施例2

如图3所示，某B地铁车站主体深基坑位于南京河西地区软土地基内，开挖深度19.5m，围护结构采用1000mm厚地下连续墙加内支撑，墙底插入埋深为底板下37m，插入比约为0.87。有6道支撑，第一道为800mm×1000mm砼支撑(间距9m)，其余均为Φ609(t＝16mm)钢管支撑，钢支撑水平间距为3.0m左右。车站基坑土层主要为②-2b4层软～流塑粉质粘土、淤泥质粉质粘土，土层厚度为10.1m～20.1m，厚度变化大，该土层底面接近车站底板；位于车站结构底板下的土层为②-3b3-4+c3粉质粘土夹粉土和②-4b3-4粉质粘土，土层厚度为12.8m～18.9m和14.5m～28.5m。车站长边方向：10KV电力750X500，ΦC200燃气管道；ΦC500自来水输水管；ΦC500～ΦC1000雨水管；ΦC500～ΦC800污水管；ΦC500～ΦC1000雨水管。短边方向为给水管，10KV电力1050X300，ΦC600雨水管；Φ300自来水管；Φ1200自来水管，Φ600雨水管；Φ1000污水管；Φ300自来水管；Φ500燃气管。

监测报警值如表2所示。表中没有列出管线的报警值，原因由于现场条件所限，对管线的监测点均通过地表沉降来间接获知，由于不少管线本来埋设不规范，位置也不够明确，寻找管线有一定的风险性，在压力管上布置直接点更是难度极大，同时规范、设计文件也没有对管线报警后有明确、具体的措施，因此监测管线具有费用高，风险大，报警不明确的特点。所以没有单位和个人去故意冒险作业。

表3、表4中可知，对于该软土地区的深基坑实际变形是远超出报警值，最大达到设计报警值4.93倍。墙后地表沉降最大达到设计报警值5.44倍，基坑周围地表出现大量裂缝。

应用本发明，根据现有规范及设计文件，在开挖至8m时，基坑变形危险报警已经发出了蓝色报警，已经通知了工程各方，此时设计方应该分析原因，很明显现场变形情况与设计状态不一致，应该根据现场情况作出变更设计。由于现场在此阶段只是加强监测，设计方未作设计变更，只是强调施工方未完全按照设计文件中的施工方法进行，工程其他各方也没有其他合理措施；规范中有“监测数据达到报警值的累计值”的强制性标准，但对“应急措施”，过于笼统，缺乏具体的要求，无法执行。同时规范中只有第一报警值，没有报警后对报警数据的处理办法，变形持续累加，基坑一直处于报警状态。

根据本发明，如果按照目前规范及设计文件，本工程也达到黄色报警，即“累计变形量及变形速率均达到了第一报警值”，并且地表出现过“裂缝、错台等”现象，工程方通过加铺路面层，填补裂缝方法，其作用只是掩盖事故发生征兆，对基坑安全并没有任何作用。没有采取有效的措施阻止变形继续产生，变形还是在继续累加，基坑不停地报警。

即使现场变形超过设计报警值的(4.93～5.44)倍，基坑周围地表出现裂缝，但现场并无管线断裂、煤气爆炸、水管断裂涌水的事故发生。另外规范及设计文件中缺少第二报警值，是否已经进入橙色报警，以目前的技术还无法判断。

尽管底板封闭后，所有变形值速率均大大减小，基坑岩土体的变形处于稳定状态，基坑本身安全可控，但管线的安全隐患一直存在着，并且还在不断加大。

表2某B基坑监测报警值的规范值与设计值对比表

表3某B基坑测斜最大水平位移所在深度

表4某B基坑各测点在不同开挖深度下的变形量

实施例3

杭州地铁事故基坑，长107.5m，宽21m，开挖深度15.7～16.3m。设计采用800mm厚地下连续墙四道φ609钢管支撑的围护方案。地下连续墙深度分别为31.5m～34.5m。基坑西侧紧临风情大道，交通繁忙，重载车辆多，道路下有较多市政管线(包括上下水、污水、雨水、煤气、电力、电信等)穿过，东侧有一河道，基坑平面图如图4所示。

1)根据已有的资料，2008年11月15日发生事故前最大沉降316mm，超过规范报警值(9～12)倍，早已发生过蓝色报警。“据媒体报道，就在杭州地铁塌陷事故发生前一个月，曾有人发现施工路段的路面出现裂缝”，表明黄色报警在前一个也应发出过；“事发前，工地工友也已经发现基坑围护墙面出现一道明显的裂缝，有10米多长，宽度能伸进去一只手”，表明此时局部破坏，出现大于10mm的裂缝，橙色报警也应该发出，此时已经出现了局部破坏；最后当事故发生时，位移速率必然增大，位移加速度较大，红色报警发生，表明事故发生。

2)根据已有资料，11月1日CX49(北端头井东侧地连墙)测斜管18m深处最大位移达43.7mm。大于报警值，也应发出蓝色报警。2008年11月13日CX45号测斜管最大变形数据达65mm，超过报警值(40mm)，达到报警值的1.6倍。

由此本发明涵盖了事故的整体过程，报警处理要求具体，从而可大大提高基坑的安全度。

Claims (7)

1.一种深基坑变形报警方法，包含基坑变形控制指标体系的建立，基于该指标体系设置报警级别并进行报警，其特征在于：

所述指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成，所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值，所述变形加速度具有对应的第四报警值；

当累计变形量或者变形速率达到对应的第一报警值时，启动蓝色报警，表示该处变形累计变形量较大，或者变形速率较大；

当累计变形量及变形速率均达到对应的第一报警值时，或累计变形量、变形速率单项达到对应的第二报警值时，启动黃色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率较大，对基坑安全的威胁；

当累计变形量及变形速率均达到了对应的第二报警值时，或者累计变形量、变形速率单项达到对应的第三报警值时，启动橙色报警，表示该处变形累计变形量及变形速率很大，对基坑安全产生了严重威胁；

在橙色报警基础上，当变形加速度达到对应的第四报警值时，启动红色报警，表示基坑大范围处于滑动状态，事故已经发生。

2.根据权利要求1所述的一种深基坑变形报警方法，其特征在于：所述蓝色报警用于第一提醒，提醒设计者分析原因，确定一下现场变形情况是否与设计状态一致，如果不一致，需要变更设计，防止以后更为严重的报警出现。

3.根据权利要求1所述的一种深基坑变形报警方法，其特征在于：所述黄色报警用于警告工程各方事故即将发生，要求工程各方及时安排险情出现前补救工作。

4.根据权利要求1所述的一种深基坑变形报警方法，其特征在于：所述橙色报警是工程失稳前的特征，用于要求局部停止施工，进行局部抢险工作。

5.根据权利要求1所述的一种深基坑变形报警方法，其特征在于：所述红色报警表示事故已经发生，要求工程各方停止不利于安全的一切施工作业，调集机械、车辆、人员迅速进入抢险、救护状态。

6.根据权利要求1所述的一种深基坑变形危险报警方法，其特征在于：在每次报警后，如采取措施消除了变形所引起的工程灾害的可能性，使危险源恢复至初始状态后，则消除此项报警，变形归零处理，重新计算以后的变形量。

7.根据权利要求1所述的一种深基坑变形危险报警方法，其特征在于：如果变形速率在减小，则表明变形趋向稳定状态发展，安全可控。