楊麗娜 戴彥雄(機(jī)械工業(yè)勘察設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710043)

隨著我國(guó)地下工程的不斷發(fā)展，深基坑工程也越來(lái)越多地受到關(guān)注，近年來(lái)隨著城市發(fā)展步伐的加快，基坑工程和周邊環(huán)境都日趨復(fù)雜，對(duì)支護(hù)工程設(shè)計(jì)及施工的要求也越來(lái)越高，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的事故也越來(lái)越多。2011年西安地區(qū)的降雨次數(shù)增多，大范圍強(qiáng)降雨增加，特別是進(jìn)入9月份以后，從9月1日到9月17日，西安地區(qū)的降雨量達(dá)236.3mm之多，已先后經(jīng)歷了三次大范圍強(qiáng)降雨過(guò)程，降雨覆蓋范圍廣、強(qiáng)度大、歷時(shí)長(zhǎng)，降雨量達(dá)常年同期降雨量50mm的4.7倍，為1961年有氣象記錄以來(lái)之最，導(dǎo)致多處發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事件，同時(shí)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)及坍塌等事件的數(shù)量也為歷年之最。

1 工程概況

擬建場(chǎng)地位于西安市北郊鳳城三路某小區(qū)內(nèi)，場(chǎng)地北側(cè)及東側(cè)鄰近已開挖基坑，基坑上口線距離兩個(gè)場(chǎng)地圍墻約1.0 m～2.0 m，基坑開挖深度9.6 m。

該場(chǎng)地地貌單元屬渭河右岸Ⅱ級(jí)階地，場(chǎng)地各巖土層巖性為：①-1層雜填土，雜色，土質(zhì)雜亂，以建筑垃圾為主，稍濕，松散，層厚0.4 m～3.3 m。①-2層素填土褐色或黃褐色，土質(zhì)不均結(jié)構(gòu)疏松，以粘性土為主，含植物根系，可見少量磚瓦碎屑及灰渣等。層厚0.6 m～2.5 m。②層黃土狀土：褐～黃褐色，土質(zhì)較均勻，大孔隙發(fā)育，含少量蝸牛殼、結(jié)核及植物根系，可見網(wǎng)狀鈣質(zhì)條紋。堅(jiān)硬～硬塑，具中等～強(qiáng)烈濕陷性和自重濕陷性。屬中高壓縮性土，層厚0.7 m～3.3 m。③層黃土：褐黃色，土質(zhì)均勻，針狀孔隙發(fā)育，含少量蝸牛殼及結(jié)核，可見鈣質(zhì)條紋。堅(jiān)硬～硬塑，屬高壓縮性土，具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性，層厚2.4 m～3.5 m。④層黃土：褐黃色，土質(zhì)均勻，針狀孔隙發(fā)育，含少量蝸牛殼及結(jié)核，可見鈣質(zhì)條紋，可塑，屬中高壓縮性土，具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性,層厚3.6 m～4.8 m。⑤層黃土：褐黃色，土質(zhì)均勻，針狀孔隙發(fā)育，含少量蝸牛殼及結(jié)核，可見鈣質(zhì)條紋，可塑，屬中壓縮性土，個(gè)別試樣具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性,層厚1.9 m～3.8 m。⑥古土壤：棕黃～棕褐色，土質(zhì)較均勻，可見針狀孔隙，稍具塊狀結(jié)構(gòu)，含鈣質(zhì)條紋及鈣質(zhì)結(jié)核，可塑，屬中壓縮性土，個(gè)別試樣具輕微濕陷性和自重濕陷性，層厚3.1 m～5.1 m。該場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷性土一般分布深度為7.5 m～15.0 m，基坑開挖深度內(nèi)基本為濕陷性土層。

該場(chǎng)地地下水類型屬于潛水，勘察期間（2010.10）穩(wěn)定水位為19.5 m～20.2 m，主要受大氣降水及地下徑流補(bǔ)給。年水位變幅為1.0 m～2.0 m。

本基坑周邊建筑物情況：西側(cè)鳳新路主干道距離基坑底口線6.5 m；基坑南側(cè)有已建成的10#、11#、12#和15#樓，均為6層新建房屋，采用條型基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-3.0 m，灰土墊層處理，墊層底標(biāo)高-6.1 m，距離基坑邊6 m～8 m；場(chǎng)地周邊地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，基坑南側(cè)普遍存在雨水、污水和給水管線。坍塌區(qū)域具體情況詳見圖1所示。

南側(cè)凹形部分長(zhǎng)62 m，寬19.6 m，其中AB、CD、EF和GH段采用鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑0.7 m，樁間距1.5 m，灌注樁樁長(zhǎng)18 m；樁間每隔1.5 m設(shè)置一道20 m長(zhǎng)的預(yù)應(yīng)力錨桿，鎖定力150kN。樁頂設(shè)置C 30混凝土冠梁，冠梁截面0.40m×0.70 m。其中BC和FG段采用土釘墻進(jìn)行支護(hù)，土釘采用梅花型布置，水平間距1.5 m，豎向間距1.6 m，土釘孔徑120mm，長(zhǎng)度6.0 m～9.0 m，考慮到此處管線密布，因此第一排土釘開孔位置為地面下2.0 m。

后期施工中坍塌的部位為FG段，同時(shí)BC段變形比較大。

2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

為了掌握基坑開挖期間基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，在基坑南側(cè)沿支護(hù)結(jié)構(gòu)布置水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，護(hù)坡樁支護(hù)部分布置在冠梁頂，土釘墻支護(hù)部分布置在土釘墻墻頂。BC和FG段的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為N 1～N 6。

3 基坑支護(hù)失穩(wěn)及分析

基坑開挖過(guò)程中，坡頂水平位移是基坑變形的重要控制指標(biāo)，能直觀的反映出基坑開挖過(guò)程中坡體的變形情況和邊坡的穩(wěn)定情況?；娱_挖過(guò)程中隨著土體應(yīng)力狀態(tài)的改變，在支護(hù)結(jié)構(gòu)體系施工完成前邊坡土體應(yīng)力釋放，產(chǎn)生向基坑內(nèi)的水平位移，隨著支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工，水平位移的發(fā)展受到限制，但還是緩慢的發(fā)展，之后若發(fā)生特殊情況改變了土壓力狀態(tài)，水平位移才會(huì)發(fā)生異常變化。

圖2為測(cè)點(diǎn)N1～N5從2011年3月15日到2011年11月30日水平位移的變化情況。

從圖2水平位移的變化情況并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況來(lái)看，F(xiàn)G段土釘墻的坍塌和BC段支護(hù)結(jié)構(gòu)變形超過(guò)變形控制值的原因有以下幾個(gè)方面：

（1）圖2顯示8月12日之前水平位移曲線的曲率很平緩，位移增加緩慢，屬于正常的基坑開挖過(guò)程；9月1日出現(xiàn)第一次出現(xiàn)水平位移突增，各點(diǎn)此段時(shí)間水平位移增加4.0mm～12.9mm不等。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，基坑開挖時(shí)，上部回填土比較松散，8月中旬西安地區(qū)大面積持續(xù)降雨，使得基坑上部的回填土在雨水下滲的情況下產(chǎn)生下沉，原有給水管在此段基坑邊剛好有個(gè)接口，因此下沉的土層和土體自重增加，導(dǎo)致基坑邊原有的給水管破裂，基坑外圍土層含水量急劇增加，導(dǎo)致坡壁土體側(cè)壓力增加，基坑坡頂水平位移劇增。因此基坑頂部欠壓密的回填土和給水管破裂是導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形突增的原因之一。

圖1 基坑南側(cè)周邊環(huán)境圖(北)

（2）第二次出現(xiàn)水平位移突增是在9月18日前后，從圖上可以看出N4和N 5點(diǎn)已經(jīng)破壞，N 1～N 3點(diǎn)曲率比較大。經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從9月1日到9月17日，西安降雨量達(dá)236.3mm之多，已先后經(jīng)歷了三次大范圍強(qiáng)降雨過(guò)程。受強(qiáng)降雨影響，現(xiàn)場(chǎng)基坑頂部未進(jìn)行有效封閉，排水措施也不到位，使得雨水下滲，浸濕坡壁，土體側(cè)壓力迅速增加使得水平位移量變大。因此，強(qiáng)降雨導(dǎo)致的地表水下滲，土體抗剪強(qiáng)度降低是支護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移突增的又一因素。

（3）從地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)，基坑開挖范圍內(nèi)土層基本為濕陷性黃土，水管滲漏和破裂使得土體含水量增加，連續(xù)的強(qiáng)降雨后，土體含水量進(jìn)一步增加。因濕陷性黃土具有大孔隙和欠壓密性，含水量的變化對(duì)土體的強(qiáng)度影響較大，其在含水量增加的情況下，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)急劇降低，同時(shí)坡壁土體的重度增加，支護(hù)結(jié)構(gòu)承受的側(cè)向土壓力迅速增大，使得按正常狀態(tài)計(jì)算的支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足飽和狀態(tài)下的使用要求，因而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)變形超過(guò)預(yù)警值或者坍塌。從監(jiān)測(cè)圖上可以看出，9月18日FG段坍塌，BC段坡頂水平位移累計(jì)最大達(dá)23.7mm，超過(guò)了其允許值。因此，坑壁浸水增濕[2]，濕陷性黃土抗剪強(qiáng)度急劇下降是導(dǎo)致基坑失穩(wěn)的主要原因。

圖2 基坑南側(cè)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖（位移量/mm）

（4）從支護(hù)結(jié)構(gòu)的類型上來(lái)看，坍塌的部位和位移大的部位均在兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)相接的部位，因在同一坡體，兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不同，施工時(shí)，兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)的銜接不到位，沒有可靠的過(guò)渡連接措施，成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)，當(dāng)偶然事件發(fā)生時(shí)，就會(huì)放大這種強(qiáng)度差異，破壞最先發(fā)生。因此，同一坡體采用強(qiáng)度相差比較大的支護(hù)結(jié)構(gòu)，且銜接部位未采取有效的連接過(guò)渡措施是基坑失穩(wěn)的又一個(gè)原因。

4 處理措施

4.1 封閉坡頂，坡腳回填

險(xiǎn)情發(fā)生后，因降雨持續(xù)發(fā)生，為了防止雨水繼續(xù)下滲浸濕坑壁，變形進(jìn)一步增加，迅速在坡頂和坡壁覆蓋塑料膜，并及時(shí)在坡腳位置回填反壓土方，為進(jìn)一步采取加固措施創(chuàng)造條件。

4.2 坍塌部位處理措施

對(duì)于坍塌的FG段，首先將坍塌坡面的松散土體進(jìn)行剝離，露出穩(wěn)定的土體，然后在新的坡面下重新施工土釘，保證釘體進(jìn)去穩(wěn)定的土體中。施工過(guò)程中注意加強(qiáng)對(duì)坡面的觀察，靠近坡面的土體需采用人工剝離，以防新的坍塌發(fā)生；原有坡面的土釘不能繼續(xù)使用，必須按照加固方案重新施做。

4.3 變形較大部位處理措施

對(duì)于變形比較大的BC段，采用預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行加固。原有支護(hù)結(jié)構(gòu)雖然變形比較大，但是未破壞，需要做的就是如何控制變形的進(jìn)一步發(fā)生，設(shè)計(jì)上采用增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨桿的方式對(duì)原有土釘墻進(jìn)行加固。在地面下4 m和6.7m處分別增設(shè)一排12 m的錨桿，施加預(yù)應(yīng)力80kN。10月15日施工完成后，N 1和N2點(diǎn)的變形速率減慢，變形基本趨于穩(wěn)定，支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

4.4 銜接部位處理措施

對(duì)于兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)銜接的部位，考慮到其強(qiáng)度銜接的問(wèn)題，在原有錨拉樁下部增設(shè)一排18 m的錨桿，將其腰梁和土釘墻的腰梁貫通，然后鎖定在坡面上，這樣強(qiáng)度上就有了銜接，水平方向的位移也得到了控制。從實(shí)際效果來(lái)看此種處理方法比較有效。

5 結(jié)論

（1）基坑邊水管破裂是使邊坡失穩(wěn)的誘因，因各類地下管線對(duì)變形的承受能力因管線的新舊和埋設(shè)情況等的不同而相差甚遠(yuǎn)，必須在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)前調(diào)查清楚，特別是像接頭這種最易受損的部位，必須給予高度的重視，采取一定的加強(qiáng)處理措施。

（2）因濕陷性黃土具有受水濕陷、軟化，強(qiáng)度迅速降低且基坑側(cè)壁土體重量迅速增加，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)十分不利，黃土基坑失穩(wěn)或坍塌的工程事故大多與受水浸濕有關(guān)。因此必須對(duì)周圍地面和地下管線排水滲入或排入基坑坡體的可能性取得可靠的資料，以指導(dǎo)基坑設(shè)計(jì)和施工并采用相應(yīng)的預(yù)防措施。

（3）施工過(guò)程中需關(guān)注降雨量的變化情況，制定應(yīng)對(duì)緊急突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案；施工前尤其應(yīng)做好坑外地表排水，杜絕地表水滲入和浸泡坡體，釀成事故。特殊天氣情況下尤其要加強(qiáng)基坑變形監(jiān)測(cè)。

（4）同一個(gè)基坑可以采用幾種支護(hù)結(jié)構(gòu)形式或組合，但是同一坡體水平向宜采用相同的支護(hù)結(jié)構(gòu)，若采用不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，銜接部位必須采用一定的措施使強(qiáng)度變化均勻過(guò)渡，防止不同支護(hù)結(jié)構(gòu)銜接部位成為支護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。

[1]常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)（第四版）[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

[2]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.濕陷性黃土地區(qū)建筑基坑工程安全技術(shù)規(guī)程(JGJ 167-2009)[S].2009,07.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-2012)[S].2012,10.