沈曉斌

(杭州市拱墅基建設(shè)備管理中心，浙江 杭州 310015)

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某幼兒園基坑搶險(xiǎn)加固方案的實(shí)踐

沈曉斌

(杭州市拱墅基建設(shè)備管理中心，浙江 杭州 310015)

摘要：結(jié)合杭州市某幼兒園在深基坑圍護(hù)施工過(guò)程中基坑塌方的工程實(shí)例，介紹了該幼兒園基坑在塌方事故后搶險(xiǎn)加固處理的經(jīng)過(guò)及采取的技術(shù)措施，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行了基礎(chǔ)變更，可供同行參考。

關(guān)鍵詞：基坑；搶險(xiǎn)加固；基礎(chǔ)變更

杭州市某幼兒園總建筑面積4 990 m2，地下室為1層，地下建筑面積880 m2，基坑開挖到承臺(tái)底為4.400～4.800 m，基礎(chǔ)采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)，幼兒園四周皆為土地出讓前已平整土地，未毗鄰建筑物，工程地質(zhì)勘探，基坑開挖影響范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)黏土層，基坑底也位于該土層中。因地質(zhì)條件不理想，故雖基坑開挖深度未到5 m,仍采用基坑圍護(hù)，同時(shí)進(jìn)行基坑周邊深層土體的水平位移監(jiān)測(cè)。

1基坑圍護(hù)方案選擇

1.1基坑特點(diǎn)

1)基坑開挖深度不大，約為4.400～4.800 m。

2)基坑開挖面積不大，地下建筑面積約為880 m2。

3)基坑開挖影響范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)黏土層，基坑底也位于該土層中。

4)本基坑各側(cè)環(huán)境總體較好，允許圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定量的變形。

1.2基坑圍護(hù)體系選擇

基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)根據(jù)本基坑工程的開挖深度、環(huán)境條件和地質(zhì)條件，同時(shí)結(jié)合類似工程的經(jīng)驗(yàn)，采用的圍護(hù)方案包括：1)放坡開挖；2)復(fù)合土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)。本圍護(hù)方案為弱圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

放坡開挖是最為經(jīng)濟(jì)的圍護(hù)形式，具有施工速度快、土方開挖方便等優(yōu)點(diǎn)。本工程北側(cè)和西側(cè)紅線為空地，故可借地放坡，這兩側(cè)采用放坡開挖，放坡約15 m并噴射8 mm厚C20混凝土。

土釘墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)性好、施工方便、工期短等優(yōu)點(diǎn)，目前在軟土地基的基坑工程中得到了廣泛的運(yùn)用。當(dāng)坑底處于軟弱土層中時(shí)，為防止在基坑開挖過(guò)程中出現(xiàn)隆起破壞和整體滑移，可在坡腳打入水泥攪拌樁以形成復(fù)合土釘墻，有利于提高坡腳土體的承載力和基坑的整體穩(wěn)定性，并減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移。本工程南側(cè)和東側(cè)距離用地紅線較遠(yuǎn)，這兩側(cè)采用水泥攪拌樁復(fù)合土釘墻的形式。因土壤表層為雜填土，故聽取專家論證建議后，對(duì)攪拌樁施工要求摻入SN201。

2基坑塌方原因分析

基坑塌方原因經(jīng)事后總結(jié)，主要有以下幾點(diǎn)：

1)周圍偷倒土嚴(yán)重，貫穿基坑開挖前后。施工前實(shí)地踏勘現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，幼兒園用地紅線范圍內(nèi)及周邊區(qū)域已在短時(shí)間內(nèi)被大量廢土偷倒形成土堆，甚至基坑開挖時(shí)，周邊的場(chǎng)地內(nèi)經(jīng)常有大車來(lái)偷倒淤泥土，而淤泥質(zhì)土流動(dòng)性極大，對(duì)基坑圍護(hù)的穩(wěn)定性造成挑戰(zhàn)。見圖1、圖2。

2)施工單位未及時(shí)將開挖土方外運(yùn)，而且卸土施工不專業(yè)。在基坑圍護(hù)施工中，施工單位對(duì)幼兒園用地紅線范圍內(nèi)及放坡所涉及區(qū)域的土方未及時(shí)外運(yùn)。施工單位在搶險(xiǎn)初期卸土先卸近處，再卸遠(yuǎn)處，導(dǎo)致施工過(guò)程中造成局部高低差過(guò)大。

3)天氣原因。在基坑開挖時(shí)段暴雨持續(xù)長(zhǎng)，導(dǎo)致幾次基坑搶險(xiǎn)不僅延誤搶險(xiǎn)進(jìn)度，同時(shí)導(dǎo)致土壤土層多次擾動(dòng)，工程力學(xué)性質(zhì)較差，搶險(xiǎn)效果受影響。

于是，基坑開挖過(guò)程中土層失穩(wěn)滑坡，最終導(dǎo)致多次的基坑開裂和坍塌現(xiàn)象。

圖1　幼兒園及周邊原狀圖

圖2　幼兒園被偷倒土后現(xiàn)狀圖

3搶險(xiǎn)加固處理及采取的技術(shù)措施

因基坑開挖過(guò)程出現(xiàn)諸多不可控因素，故在基坑多次搶險(xiǎn)過(guò)程中多次召開五方主體研討會(huì)及基坑專家論證會(huì)。

3.1第一次搶險(xiǎn)，搶險(xiǎn)方式為施打松木樁

4月12日，北邊約30 m場(chǎng)挖到-4.5 m標(biāo)高位置處，東邊挖到-0.3 m處左右，發(fā)現(xiàn)北邊開始出現(xiàn)裂縫。4月14日下午到晚上持續(xù)暴雨，基坑監(jiān)測(cè)第一份報(bào)告示警，監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示北面3號(hào)孔當(dāng)天最大位移90 mm，施工單位按設(shè)計(jì)要求往北側(cè)卸土。14日至17日施工北側(cè)往外卸土，東側(cè)和南側(cè)17日新增裂縫較大。4月18日，北面基坑邊坡上出現(xiàn)裂縫且根據(jù)基坑圍護(hù)監(jiān)測(cè)單位提供的數(shù)據(jù)，北面、東面及東南角的累積位移均超預(yù)警值，17日下午，甲方、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方?jīng)Q定對(duì)北面進(jìn)行搶險(xiǎn)處理，在接近坡腳處用松木樁進(jìn)行了加固處理。18日土體有輕微滑移，施工單位打2排松木樁。打松木樁加固處理后，北面基坑位移得到了抑制但位移仍較大，在4月20日中午12點(diǎn)出現(xiàn)了土體滑坡，并對(duì)北面的工程樁造成擠壓，北面監(jiān)測(cè)孔破壞。為保證施工安全，避免出現(xiàn)更大經(jīng)濟(jì)損失，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方于當(dāng)日下午協(xié)商決定暫?；娱_挖并對(duì)除西南角一側(cè)的整個(gè)基坑進(jìn)行1 m左右的回填，基坑基本穩(wěn)定。

3.2第二次搶險(xiǎn)，搶險(xiǎn)方式為從外向里卸土

第一次搶險(xiǎn)完成后，基坑基本穩(wěn)定，但要繼續(xù)基坑挖土卻可能造成再次坍塌，故經(jīng)各方協(xié)商，將工作重心放在基坑周邊卸土上面。4月24日，基坑專家到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，提出先放坡卸土。專家特別指出，卸土應(yīng)該從外到里，即外面先卸土，里面再卸土，堅(jiān)決避免因卸土局部出現(xiàn)高低差過(guò)大導(dǎo)致土壤擾動(dòng)。經(jīng)基坑設(shè)計(jì)、監(jiān)理及專家等各方意見，一致認(rèn)為，北側(cè)土放坡從1∶2.5放緩至1∶5，坡長(zhǎng)38 m左右，東側(cè)、南側(cè)的基坑邊坡土需要卸土駁運(yùn)至40 m以外的地方。按此原則，從4月20日至5月2日，全部對(duì)基坑周圍的堆土進(jìn)行卸土處理。

3.3第三次搶險(xiǎn)，施打鋼板樁，并繼續(xù)卸土

施工方完成卸土后，現(xiàn)場(chǎng)的每日土體變位觀測(cè)記錄顯示，北面土體在±0 m以下8～9 m處位移最大值達(dá)到120 mm。5月2日北面監(jiān)測(cè)孔第二次破壞。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，5月3日基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)方要求在北面已完成卸土的基礎(chǔ)上采用12 m長(zhǎng)的鋼板樁(工字鋼)進(jìn)行加固，以徹底抑制淤泥質(zhì)土的較大位移流動(dòng)。與此同時(shí)，東面臨近道路，每日位移值雖在安全范圍內(nèi)，但因累計(jì)位移最大達(dá)85 mm，已超過(guò)警戒值，需要采用9 m長(zhǎng)的鋼板樁(槽鋼)進(jìn)行局部加固。5月5日至5月9日上午施工單位根據(jù)加固方案依次完成了北面工字鋼、東面鋼板樁以及西北角工字鋼的加固施工。加固完成后，土體穩(wěn)定，5月11日下午施工方開始北面繼續(xù)卸土。

3.4第四次搶險(xiǎn)，施打H型鋼、壓頂梁和鋼支撐

第三次加固后，基坑又開始開挖，基坑北面、東面又出現(xiàn)變形。5月12日基坑北邊往基坑內(nèi)側(cè)位移最大1 m。5月14日召集建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工各方召開第二次協(xié)調(diào)會(huì)，一致同意先對(duì)工程樁進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果再定下步加固圍護(hù)方案。15日檢測(cè)單位對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所選定的40根樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。為避免東面位移進(jìn)一步擴(kuò)大而影響東側(cè)現(xiàn)有道路，15日夜晚至16日施工方進(jìn)行了土方回填，回填至標(biāo)高-3.00 m，基坑穩(wěn)固。5月19日，建設(shè)各方、專家開了第三次工程協(xié)調(diào)會(huì)議，初步定下了基坑圍護(hù)加固方案。該方案中心思路以卸土卸載為主，將場(chǎng)地北側(cè)、西側(cè)和部分南側(cè)的土方推移至距基坑80 m外的西北方空地，堆土區(qū)要保證自身穩(wěn)定和下臥層穩(wěn)定。再加一道鋼管支撐布置控制東北角和東南角的土體變形，增加部分剖面的鋼板樁和松木樁的植入，以達(dá)到加固目的。此段時(shí)間正值黃梅雨季，明確施工單位確保排水措施。5月21日基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)單位按工程協(xié)調(diào)會(huì)議要求用全站儀復(fù)核了施工場(chǎng)地標(biāo)高，要求施工單位將場(chǎng)地內(nèi)的土挖至設(shè)計(jì)要求標(biāo)高。5月21日至6月9日因加固方案未明確暫停施工。6月9日基坑圍護(hù)加固設(shè)計(jì)方案通過(guò)專家論證，6月10日施工單位從場(chǎng)地外側(cè)由遠(yuǎn)至近向基坑方向卸土，堆土移至基坑邊緣80 m以外。7月11日北側(cè)卸土到位，并經(jīng)監(jiān)理復(fù)核、設(shè)計(jì)確認(rèn)。7月11日基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了基坑加固方案設(shè)計(jì)交底。7月13日至7月30日停工等待施工方案專項(xiàng)論證。施工單位重新編制了施工方案于8月1日在杭州市建筑業(yè)協(xié)會(huì)的召集下進(jìn)行了專家論證。8月3日機(jī)械、設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)準(zhǔn)備，8月4日開始施工H型鋼和32la槽鋼打入，施工壓頂梁和鋼支撐，做鋼支撐時(shí)要考慮到大型機(jī)械進(jìn)入對(duì)現(xiàn)有土體及樁的影響，到8月30日基坑加固施工完成。此后的基坑觀測(cè)顯示，本次基坑加固施工有效。

3.5基礎(chǔ)變更

工程樁承載力有兩種檢測(cè)方法：靜載和大應(yīng)變，一般采用靜載。樁身完整性一般用小應(yīng)變。工程樁5月15日通過(guò)小應(yīng)變得出的樁身質(zhì)量的檢測(cè)報(bào)告顯示，共抽測(cè)49根樁，僅1根樁為Ⅱ類樁，其余48根樁均為Ⅲ類樁，以此可推測(cè)基坑內(nèi)管樁已基本被破壞(樁共220根)。建設(shè)各方在工地會(huì)議室對(duì)基礎(chǔ)施工的兩種方案進(jìn)行論證比較：一是將原有樁進(jìn)行修復(fù)后再使用；二是將基礎(chǔ)形式改為片筏基礎(chǔ)。方案一存在的問(wèn)題是：1)樁需要先檢測(cè)樁的傾斜度、樁斷裂在何處、樁的破壞程度等關(guān)于樁身質(zhì)量的報(bào)告，然后再確定先糾偏后灌芯，還是先灌芯再糾偏。2)樁的糾偏處理需要有支撐點(diǎn)，而工地現(xiàn)場(chǎng)四周由于土質(zhì)均為軟土，均無(wú)這樣的支撐點(diǎn)可以借力。所有的樁糾偏所需要的費(fèi)用約在100萬(wàn)元左右，而且完成時(shí)間不確定。3)糾偏完成后還須對(duì)樁進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測(cè)和樁承載力檢測(cè)，在我們現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況無(wú)法對(duì)樁進(jìn)行堆載試驗(yàn)，而且堆載試驗(yàn)若檢測(cè)出樁的質(zhì)量不符合要求，則需要補(bǔ)樁。補(bǔ)樁已經(jīng)不具備條件，而且鋼板支撐的租賃費(fèi)也是每天在發(fā)生。考慮到樁糾偏后繼續(xù)使用存在較大的成本和施工難度，且又有巨大的不確定因素，建設(shè)各方初步?jīng)Q定：將幼兒園地下室部分基礎(chǔ)改用片筏基礎(chǔ)，并施打樹根樁(靜壓錨桿樁)進(jìn)行局部處理，對(duì)地下室所屬區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有缺陷樁折減考慮其承載能力加以利用。采用此方案將縮短工期，并減少土體滑坡后基坑圍護(hù)糾偏的費(fèi)用，避免更大的經(jīng)濟(jì)損失，且大大降低該工程基坑的風(fēng)險(xiǎn)。

4基坑塌方及加固的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

基坑圍護(hù)的技術(shù)性要求高，基坑塌方事故不僅僅只有客觀因素，對(duì)基坑塌方事件的教訓(xùn)進(jìn)行了反思，同時(shí)也總結(jié)基坑搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)。

4.1基坑塌方教訓(xùn)反思

1)禁止基坑邊堆載。在基坑圍護(hù)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制基坑邊超載，除出土通道外，基坑四周嚴(yán)禁堆土，特別是初期采用弱圍護(hù)結(jié)構(gòu)，堆土對(duì)弱圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響很大，所以應(yīng)及時(shí)將偷倒土及基坑開挖土方外運(yùn)。

2)卸土施工應(yīng)講究施工順序，控制挖土機(jī)械數(shù)量。為保護(hù)基坑內(nèi)工程樁，挖土?xí)r應(yīng)保證高差，因?yàn)槎淹吝^(guò)高不僅會(huì)對(duì)下部的土壓實(shí)產(chǎn)生土壓力，而且還會(huì)對(duì)基坑底造成涌起的力，故先往外推土再挖土，卸土應(yīng)先卸遠(yuǎn)處，再卸近處，土坡的高度不宜過(guò)大，同時(shí)控制挖土機(jī)械數(shù)量，過(guò)多機(jī)械會(huì)導(dǎo)致下層土體過(guò)大擾動(dòng)。

3)在有機(jī)質(zhì)土的情況下，用水泥攪拌樁強(qiáng)度不高。在地質(zhì)勘察報(bào)告中描述淤泥質(zhì)黏土層有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)含量較高，見少量腐木。而有機(jī)質(zhì)能夠與水泥礦物發(fā)生一系列化學(xué)作用，阻礙水泥水化產(chǎn)物的晶體生長(zhǎng)，不利于水泥土強(qiáng)度的增長(zhǎng)，導(dǎo)致水泥土結(jié)構(gòu)疏松，故原基坑設(shè)計(jì)方案中單排甚至雙排攪拌樁的作用其實(shí)最主要是排水，抗土壓力的作用不大，為弱圍護(hù)結(jié)構(gòu)。故基坑圍護(hù)方案應(yīng)在基坑圍護(hù)安全的前提下才考慮經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)在基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)慎重考慮設(shè)計(jì)方案。

4)土釘應(yīng)由專業(yè)單位施工。在錨桿支護(hù)過(guò)程中應(yīng)注意注漿要飽滿，土釘要做抗拔試驗(yàn)。下層土方應(yīng)在上層土釘注漿完成3 d后方可進(jìn)行。土釘注漿的水泥用量應(yīng)不小于20 kg/m。土釘注漿的水泥用量應(yīng)進(jìn)行專門計(jì)量，以確保水泥用量，鋼管土釘打設(shè)至設(shè)計(jì)長(zhǎng)度后，應(yīng)洗凈鋼管內(nèi)殘留土體后再開始注漿。而施工單位注漿未飽滿，待整改后才抗拔合格，故土釘應(yīng)由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)單位施工。

5)土建設(shè)計(jì)注意管樁排布的疏密。原管樁采用預(yù)應(yīng)力管樁，在用地面積僅有4 700 m2，地下室面積僅有880 m2的情況下共用220根預(yù)應(yīng)力管樁，其中125根用于地下室區(qū)域，管樁太密，預(yù)應(yīng)力管樁相較于鉆孔灌注樁擠土效應(yīng)明顯，對(duì)原來(lái)土體進(jìn)行擾動(dòng)，故土建設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意預(yù)應(yīng)力管樁的排布。

6)應(yīng)提前布置基坑方案調(diào)整論證工作，縮短基坑暴露時(shí)間。在基坑圍護(hù)方案調(diào)整后應(yīng)做兩個(gè)工作，施工單位需要修改基坑施工專項(xiàng)方案，并拿到市建委論證，同時(shí)要對(duì)設(shè)計(jì)院的加固方案進(jìn)行專家論證，時(shí)間較長(zhǎng)，而當(dāng)時(shí)未提前布置申報(bào)工作，故增加了基坑圍護(hù)期時(shí)間，從而造成短時(shí)間內(nèi)停工。

4.2基坑搶險(xiǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.2.1基坑工程監(jiān)測(cè)到位

基坑圍護(hù)體系隨著開挖深度增加必然會(huì)產(chǎn)生側(cè)向變位，關(guān)鍵是側(cè)向變位的發(fā)展趨勢(shì)如何。因此進(jìn)行嚴(yán)密的基坑開挖監(jiān)測(cè)非常重要。在該工程中，通過(guò)每天監(jiān)測(cè)及時(shí)了解了圍護(hù)體系的受力狀況，設(shè)計(jì)可及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，指導(dǎo)下部工作。建設(shè)各方遇異情可及時(shí)采取措施。

4.2.2基坑應(yīng)急措施到位

在基坑變形初期，及時(shí)采取施打雙層松木樁。對(duì)于軟土地基來(lái)講，鋼與木材的材質(zhì)差不多，所以搶險(xiǎn)前期可以采用松木樁，而且雙排比單排效果好。當(dāng)發(fā)現(xiàn)圍護(hù)體變形過(guò)大及變形發(fā)展速率過(guò)快時(shí)，及時(shí)停止相關(guān)范圍內(nèi)的土方開挖，并立即用挖土機(jī)挖土向坡腳回填反壓，最后進(jìn)行坑內(nèi)回填，坑外卸載。在基坑暴露期間暴雨多，及時(shí)用預(yù)先準(zhǔn)備的抽水設(shè)施將基坑內(nèi)部水位排出。

4.2.3基礎(chǔ)變更方案效果好

基坑塌方后，管樁一般斷在接頭處。但仍要先通過(guò)檢測(cè)明確斷的位置與斷的程度(幾類樁)，然后需要由專業(yè)隊(duì)伍來(lái)進(jìn)行糾偏。糾偏后再進(jìn)行灌芯，灌芯需要時(shí)間長(zhǎng)，從而增加了基坑暴露時(shí)間，會(huì)增大樁二次破壞的可能性。而采用將地下室部分基礎(chǔ)改用片筏基礎(chǔ)，并施打樹根樁(靜壓錨桿樁)進(jìn)行局部處理，相較于糾偏不僅縮短工期，且費(fèi)用大大減少。

總體來(lái)說(shuō)，本次的加固在安全的前提下本著節(jié)約資本的原則進(jìn)行搶險(xiǎn)，取得了一定的效果，并選擇了合適的基礎(chǔ)變更方案。對(duì)該案例進(jìn)行總結(jié)反思，在將來(lái)遇到類似情況能及時(shí)應(yīng)對(duì)。

收稿日期：2015-12-23

作者簡(jiǎn)介：沈曉斌(1987—)，男，浙江杭州人，助理工程師，從事工程前期及工程管理工作。

中圖分類號(hào)：TU753.8

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1008-3707(2016)03-0037-04

Practice of the Rescue and Reinforcement Schemeof Foundation Pit for a Kindergarten

SHEN Xiaobin