趙 群

（佛山市順德區(qū)碧桂園物業(yè)發(fā)展有限公司 廣東佛山528312）

基坑工程是一門新學科，其發(fā)展經歷了重要的三個階段：第一階段鋼板樁，第二階段地下連續(xù)墻，再到第三階段樁排支護，這3種支護的特點是工程復雜，同時造價方面較高。后來隨著技術發(fā)展出現了土釘墻支護［1，2］，它的優(yōu)點覆蓋了前三階段工程支護的缺點，成本低，施工快，因此在工程中得到大量的應用。土釘墻復合技術的發(fā)展產生了一種全新支護技術——復合土釘墻，具有施工快、成本低、工期短、用料少等優(yōu)點，因此被大量用于基坑支護工程中［3，4］。與傳統(tǒng)經過幾十年經驗積累的前三個階段發(fā)展的支護方案對比，復合土釘墻還需要大量的工程經驗和數據。

就支護結構剛度方面而言，復合土釘墻較小，所以側向變形較大，這與傳統(tǒng)的支護方式樁排或連續(xù)墻結構剛度大，由被動區(qū)土體和內支撐維持基坑穩(wěn)定是不同的［5］。由于影響基坑變形的因素很多，如人工挖孔樁的速度、天氣氣候因素等，因此要掌握變形的規(guī)律需要收集這些竣工工程的大量數據［6］。

在支護形式中分為剛性和柔性支護2 大類，復合土釘墻屬于后者，具有柔性支護變形大的特點，而樁支護或墻支護屬于前者，剛度比較大，結構的變形很小。因此土釘墻采用復合技術計算的模型大多只進行整體穩(wěn)定計算，但變形估算方法有待進一步研究。對基坑工程研究可知基坑發(fā)生過大變形時可能是由各類因素綜合影響造成，如天氣雨季影響、勘查地質參數、計算模型以及施工進度等，除此之外，基坑周邊環(huán)境的復雜多樣性，地下各類管線等等［7］。本文通過對溫州市某項目的土釘墻支護實例整理、分析，旨在總結工程支護設計與施工、工程施工與監(jiān)測、工程加固與監(jiān)測等多方面之間的一些關系，為相似工程提供參考。復合土釘墻技術的實用性與應用性很高，為此類工程積累基礎性數據。

1 基坑概況

溫州某住宅小區(qū)地下人防工程位于溫州市濱海園區(qū)丁山墾區(qū)，東北側為緯十二支路，東南側為經六支路，西南側為緯十支路，西北側為隔經五河和經五路，為2 層人防地下工程，結構支撐體系為框剪結構，基礎采用端承的摩擦型灌注樁，人工開挖，強風化花崗巖作為樁端持力層。本基坑安全等級為Ⅱ級，人防地下室總長為827 m，室外標高±0.00 取10.20 m，采用黃海高程，場地規(guī)劃設計標高取9.70 m，規(guī)劃道路的高程按照10.20～12.10 m 取值。人防地下工程挖深按照8.75 m 計算，此標高為相對標高，底板厚400 mm，樁基礎承臺厚度為1.5 m；基礎下素混凝土100 mm 和200 mm灌砂片石作為墊層，墊層標高-9.25 m。

2 基坑工程地質情況

2.1 基坑工程地質概況

巖土工程勘察報告如圖1 所示，工程地質自下而上劃分為4 層，基坑基礎設計方案選擇第4 層為花崗巖作為持力層，對地質情況簡要描述如下：

第1 層土層頂標高為9.46～9.64 m，相對應的底部標高為 6.04～8.78 m，厚 1.80～3.00 m，為黃褐色填土層，土質不均勻，稍濕，屬新近回填土，土層結構松散。緊接著第2 層土層，其局部不均勻厚度為0，平均厚度為0～8.80 m，為硬質黃粘土，可塑性，粉質土，土質韌性好，強度較高。第3 層土層頂標高為6.04～8.78 m，相對應底部標高為-6.18～3.14 m，粘土，其土層厚范圍為2.50～19.00 m，硬塑粘土，砂質，灰黃粘性土，部分土質堅硬，以粘、粉粒為主，含石英碎片。第4 層為全風化層花崗巖，頂標高為-6.18～3.14 m，其底部標高為0.74～-12.89 m，其厚度約為1.80～8.10 m，巖層厚度大于3 m，滿足基礎設計要求持力層厚度［8］。

圖1 地質結構剖面Fig.1 Profile of Geological Structure

2.2 水文及地質工程概況

地下水主要是承壓水以及地表水，2 者在地塊巖土勘察報告中有詳細說明。報告顯示其中的微承壓水，在存在構造巖層裂隙密集區(qū)，位于中等風化的花崗巖中，富水性方面密集區(qū)較好，整體上不均勻分布。強風化區(qū)域的花崗巖層存在弱透水層，整個區(qū)域的富水性以及透水性都較弱，有部分發(fā)育裂隙中有不少水存在。地下水的水位報告顯示埋深在1.3～2.6 m之間。

報告對水質分析的結果是在交替干濕環(huán)境中，地下水對結構中的鋼筋沒有腐蝕性，同時長期的浸水環(huán)境下同樣沒有腐蝕性。對于混凝土，地下水具有中等程度腐蝕性，因此對結構中的混凝土需要做處理。

3 基坑工程支護方案

3.1 項目基坑工程特點

⑴ 巖土勘察地質報告顯示，項目場地內工程地質為花崗巖殘積層，且不存在軟土層，也不存在透水層，但作為人工挖孔樁持力層的花崗巖巖層具有遇水軟化特性，挖空至樁底時需要特別注意，遇水崩解軟化會造成樁底持力層無法達到設計要求。

⑵ 地下人防基坑東北側由于無建（構）筑物的影響，且基坑邊緣距離道路滿足放坡開挖條件，即此側采取放坡開挖。東南側靠近經六支路以及西南側靠近緯十支路采用局部放坡開挖，開挖高度2 m，其余側同東南側及西南側局部放坡開挖。

⑶ 基坑東南側靠近經六支路，重要軍事管線沿著經六支路走向鋪設，需要重點保護此側，因此基坑經六支路側壁安全等級為一級，未注明的基坑側壁安全等級為二級。

⑷ 地下水位高程依據地勘報告基坑外側按照黃海高程9.20 m，內側按照黃海高程取-10.25 m，取此高程進行設計。

3.2 支護方案

⑴ 根據巖土工程勘察報告，土層各層參數選取如表1中所示。

表1 土層參數Tab.1 Soil Parameter

⑵ 依據巖土工程勘察報告顯示的地下水為承壓水和地表水，因此設泄水孔在開挖面上排水，不設止水帷幕，坑內設明排集水井及排水溝。

⑶ 基坑周邊能放坡開挖位置，先按照放坡開挖約2 m，然后采取垂直開挖，加強型噴錨網及超前鋼管樁型支護設計方案。支護設計方案的設計參數如表2所示。

表2 設計參數Tab.2 Design Parameter

基坑東南側靠近經六支路的方案剖面如圖2 所示，整體的穩(wěn)定性方面按照基坑滑動面計算，取基坑底的圓弧形滑動面［9，10］。依據總應力法來計算基坑土的抗剪，因此基坑的Ks為：

其中，li是指第i圓弧形滑動面土條的弧長（m），li=bi/cosαi；qi為第i圓弧形滑動面土條的荷載（kPa）；bi為第i圓弧形滑動面土條的寬度（m）；wi是指第i圓弧形滑動面土條的重量（kN），重度取值分為地下水位以上和以下，分別對應取天然重度和浮重度；α i是指第i條圓弧形滑動面的滑弧的中點切線與水平夾角（°）；ci是指第i條圓弧形滑動面的土粘聚力（kPa）；φ i是指第i條圓弧形滑動面的滑弧中點切線和水平夾角（°）［11］。

由上式計算可得，整體穩(wěn)定安全系數結果為1.353，能夠滿足此建筑的基坑相關規(guī)范要求，滿足基坑監(jiān)測等安全方面的要求［11］。

3.3 基坑的設計方案

在基坑周圍的建（構）筑物包含各類建筑及管線設施，往往在基坑開挖后容易發(fā)生各類危害，主要是開挖后造成的地質沉降、水平方向的位移、整體基礎的不均勻沉降等原因導致，同時，地面的水平位移和地基土水平應變發(fā)生改變也同樣給周圍的環(huán)境造成危害。依據基坑設計的相關經驗［12］，參考基坑規(guī)范及規(guī)定，本工程實施基坑全過程監(jiān)測。

⑴ 監(jiān)測點：基坑東北側靠近緯十二支路具備放坡開挖條件不設置監(jiān)測點。東南側靠近經六支路以及西南側靠近緯十支路采用局部放坡開挖，設置位移監(jiān)測點、沉降監(jiān)測點等，東南側基坑錨桿設置變形監(jiān)測點，基坑底部設置地下水位的變化監(jiān)測點。

⑵ 監(jiān)測頻率：基坑東南側壁2 m放坡開挖范圍監(jiān)測頻率2 d/次，2 m以下位置邊開挖邊支護，監(jiān)測不出現險情的情況下監(jiān)測頻率同放坡開挖頻率?；拥装迨┕そY束采取3 d/次的監(jiān)測頻率，發(fā)現基坑異常的情況采取加密至1 d/次或1 d多次的監(jiān)測頻率。

⑶ 預警值控制：項目地下水位在監(jiān)測點降深不得超過2 m，并且每天降深發(fā)展不得超過500 mm；設計等級為一級的基坑東南側壁最大水平位移≤50 mm；東南側靠近經六支路以及西南側靠近緯十支路采用局部放坡開挖設置的監(jiān)測點頂部位移≤50 mm。

東南側基坑支護面如圖2所示。

4 基坑施工過程監(jiān)測分析

基坑工程在2016 年8 月初開始施工，截至施工第68 d 時，當挖孔樁施工至9～14 m，項目基坑的東側已經開挖至底板墊層底，但此時基坑出現的累計位移約為4.0 cm，且變形累計按照規(guī)范要求及設計方案，達到了監(jiān)測預警值。針對工程的此種情況，具體分析了可能導致基坑工程位移超過限的原因如下：

圖2 東南側基坑支護面Fig.2 Profile of Southeast Pit Supporting

⑴ 項目基坑工程開挖至進度的第68 d，最初施工階段，挖孔樁的基礎開挖深度較淺，開挖對基坑變形基本上沒有影響。由于挖孔樁施工速度緩慢導致樁孔內容易形成較多地下水。樁孔深度加深，需要不斷抽出樁孔中的地下水，造成了開挖施工的過長周期，從而導致項目基坑工程變形加大。

⑵ 地質勘察報告顯示基底中有較深層的風化花崗巖，在最初設計階段，將強風化花崗巖層作為挖孔樁的樁端持力層。在隨后的人工開挖過程中，逐步發(fā)現樁底的花崗巖殘積層遇水軟化崩解造成了樁底涌土明顯。特別是遇上雨水天氣，基坑施工過程中花崗巖殘積層遇水軟化崩解造成了現場難以辨別挖孔樁是否已經挖到持力層。同時，花崗巖的開挖難度很大，設計樁底擴孔至0.3 m，施工難以按照設計方案擴孔。

⑶ 基坑開始施工就由于雨季的原因，雨水導致地表水滯留，這些地表水使基坑側壁的主動土壓力加大了，從而導致累計位移超過規(guī)范規(guī)定的監(jiān)測預警值。

鑒于以上分析原因，項目甲方代表與設計駐場代表溝通后，采用修改原設計擴孔孔徑，擴孔由0.3 m 改為0.1 m，按照規(guī)范規(guī)定以及計算要求，修改后的方案增加樁長2 m，成孔的長度約為12～18 m。但當基坑施工至第132 d，由于多方面的綜合原因使監(jiān)測到的累計最大變形位移數值遠超過設計預警值，累計位移已經達到6 cm，且超過了基坑規(guī)范要求，需要對項目基坑進行加固以消除基坑安全隱患，同時保障基坑周邊建筑物安全。

5 基坑加固方案及加固監(jiān)測

由于基坑累計位移較大，暫停項目基坑施工，但基坑側壁變形位移并未穩(wěn)定。經過業(yè)主方組織相關設計院、監(jiān)理方、市專家組等研究認為本工程由于水平位移引起安全隱患，需要進行加固。同時，結合參考全國類似工程實例，采用土體施加預應力的錨索和面層噴射混凝土的土釘墻加固基坑的方案［13，14］。

同時，加固過程中基坑東南側壁頂點位移監(jiān)測點頻率由原來施工階段的1 d/次調整為暫停施工階段時期的0.5 d/次，監(jiān)測頻率增加1倍，監(jiān)測點位置不變化。同時，做好在基坑頂限制堆載，基坑周圍也限制通行，以防止事故發(fā)生及造成基坑安全隱患進一步發(fā)展。

基坑基礎施工控制在安全線以外，劃定安全線范圍以內暫停施工。以外區(qū)域在安全有保障的前提下，施工的速度加快，以減少雨水對持力層巖層的影響［15］。加強了基坑監(jiān)測異常機制，設置多重應急預案，遇到異常情況通知施工方暫?；A施工，以及各專家組等進行緊急處理?；蛹庸谭桨妇唧w數據如圖3所示。

圖3 基坑支護加固Fig.3 Retaining of Pit Supporting

基坑按照設置2道施加預應力的錨索，面層噴射混凝土的土釘墻的方案加固實施后，通過2次/d實測監(jiān)測到的八號點的監(jiān)測數據，水平位移如圖4所示，由監(jiān)測結果顯示該處項目基坑的累計變形約為7.7 cm，且在施工日期2016 年12 月1 日后發(fā)現監(jiān)測點的變形收斂在約7.8 cm 處，業(yè)主方邀請各方對工程進行評估，通過嚴謹的論證得出基坑變形基本上得到控制。截止人防地下工程施工完畢，沒有再出現新險情，基坑工程的變形趨于穩(wěn)定，據此也驗證此支護方案在巖層地區(qū)對此類基坑事故處理的有效性。

圖4 監(jiān)測點J8深層位移成果Fig.4 Deep Displacement Results of Monitoring Point J8

6 結語

⑴ 基坑的土體變形特征對于基坑支護方案具有決定性因素，除此之外還有基坑開挖方式以及地質情況等的影響，根據這些因素的實際情況，同時結合基坑的實時監(jiān)測數據，進行基坑支護方案的設計。從本基坑的監(jiān)測的結果反映出變形是本基坑支護方案需要重點控制的，最終的基坑支護設計方案為復合土釘墻、鋼管樁支護的聯(lián)合設計方案，較好的控制了基坑的變形，同時也對周圍建（構）筑物起到安全保障作用。

⑵ 在基坑施工基礎過程中，由于氣候的原因，大量雨水及地下水使持力層花崗巖遇水軟化，導致花崗巖無法達到作為持力層的設計要求。特別是最靠近項目基坑側壁進行挖空樁施工時，可能會導致變形的超限，造成工程基坑安全系數降低［16］。若有類似基坑工程，在設計方案及施工過程中可借鑒此工程，加強監(jiān)測基坑位移。

⑶ 基坑設計全過程動態(tài)化及是基坑安全的保障，由于基坑受到基坑工程地質、周邊建構物、甚至天氣氣候等多方面影響，因此需要對基坑全過程監(jiān)測，監(jiān)測數據使施工數據信息化，同時隨著數據變化設計全過程動態(tài)化。本項目基坑初期支護方案雖產生較大位移，得益于全過程監(jiān)測，監(jiān)測數據及時，借助多方專家會審找出基坑事故原因，并對項目基坑側壁及時進行了加固處理，通過實踐證明加固方案取得了較好的效果，證明了復合土釘墻和鋼管樁聯(lián)合加固方案有效，最終滿足項目進度及基坑安全開發(fā)之需要。