張永雨，孫玉永

（1.河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有公司，河南 鄭州 451450；2.銅陵學(xué)院建筑工程學(xué)院，安徽 銅陵 244000）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷擴(kuò)大，城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也逐漸轉(zhuǎn)向地下，諸如地下綜合體、地下停車場(chǎng)、地鐵車站等不斷涌現(xiàn)。進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)利用，不可避免的會(huì)涉及到基坑工程，而基坑工程屬危險(xiǎn)性較大的分部分項(xiàng)工程，其安全性受到多種因素的影響，如地層參數(shù)、水土壓力、地下水情況、施工機(jī)械、施工臨時(shí)荷載等因素（徐楊青，2001；楊學(xué)林，2012；律文田和李偉勇，2020）。此外，基坑工程一般都作為臨時(shí)工程，無(wú)論是設(shè)計(jì)單位還是施工單位對(duì)其的重視程度都不如永久性工程，因此也造成了一些基坑工程事故。

本文以某一邊坡失穩(wěn)基坑工程為背景，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、計(jì)算分析等手段，系統(tǒng)分析了引起基坑邊坡失穩(wěn)的原因，并針對(duì)性提出了一些應(yīng)對(duì)措施，可為類似基坑工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

1 工程概況

該項(xiàng)目為高層住宅樓，包括34層住宅3棟、3層商業(yè)輔助用房及一層地下車庫(kù)，建筑總面積57119.27 m2，位于鄭州市北部，場(chǎng)地地面標(biāo)高93.1～93.2 m，高層主樓采用錘擊管樁，樁徑400 mm，車庫(kù)采用天然地基筏板基礎(chǔ)。

該項(xiàng)目基坑形狀為梯形，周長(zhǎng)379.9 m，開(kāi)挖深度7.5～8.5 m，地下室開(kāi)挖采用整體分層開(kāi)挖。基坑?xùn)|北側(cè)為40 m寬主干路的綠化帶，基坑南側(cè)、西側(cè)為擬建道路?；悠矫娌贾萌鐖D1所示。

圖1 基坑平面布置圖

2 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)地屬黃河沖積平原，地層主要為第四系沖積的粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂層，具體包括：①耕植土，稍密，以粉土為主，埋深0.3～1.0 m，平均厚度約0.52 m；②粉土，稍濕～濕、稍密，埋深0.3～5.8 m，平均厚度約2.9 m；③粉土，稍濕～濕、稍密，埋深5.4～10.9 m，平均厚度約2.7 m；④-1粉質(zhì)黏土，黃褐色～灰褐色，軟塑，局部可塑，埋深6.7～12.4 m，平均厚度約2.9 m；④-2粉土，灰褐色，局部為黃褐色，濕，稍密，局部夾薄層粉質(zhì)黏土，埋深7.5～12.4 m，平均厚度約2.45 m；⑤粉質(zhì)黏土，灰褐色～黃褐色，可塑，局部軟塑，切面較光滑，埋深11.9～15.8 m，平均厚度約3.06 m；⑥粉土，褐黃色，濕，中密，搖震反應(yīng)迅速，埋深13.0～17.2 m，平均厚度約1.56 m；⑦粉質(zhì)黏土，黃褐色，可塑，埋深14.8～18.6 m，平均厚度約1.74 m；⑧細(xì)砂，灰褐色～黃褐色，飽和，密實(shí)，埋深24.5～28.7 m，平均厚度約10.2 m。基坑范圍內(nèi)的地層設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土層參數(shù)

勘察期間為3月份，該場(chǎng)地初見(jiàn)水位位于地面以下11.20～12.50 m，穩(wěn)定水位位于地面以下17.61～19.30 m，地下水屬于潛水，含水層主要為下部粉土層或細(xì)砂層。由于場(chǎng)地淺部存在粉質(zhì)黏土相對(duì)隔水層，淺部局部存在上層滯水，上層滯水水位埋深約11.60 m，主要受大氣降水補(bǔ)給和地下水開(kāi)采的影響。

3 基坑設(shè)計(jì)

依據(jù)基坑規(guī)模、開(kāi)挖深度、地質(zhì)水文條件、周邊環(huán)境條件及有關(guān)技術(shù)規(guī)定，基坑側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，基坑支護(hù)方案采用土釘墻方案，支護(hù)平面圖詳見(jiàn)圖1，依據(jù)13#鉆孔地層資料設(shè)計(jì)的Ⅰ-Ⅰ’支護(hù)剖面圖詳見(jiàn)圖2。依據(jù)各層地質(zhì)參數(shù)，計(jì)算Ⅰ-Ⅰ’剖面的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.329>1.3，抗隆起穩(wěn)定安全系數(shù)（孫玉永和肖紅菊，2013；侯曉亮和譚曉慧，2015；胡康俊等，2015；蔡露等，2018）最小值為1.615>1.60。

圖2 Ⅰ-Ⅰ’支護(hù)剖面圖

4 基坑失穩(wěn)現(xiàn)狀及機(jī)理分析

2017年6月底，設(shè)計(jì)單位完成基坑支護(hù)設(shè)計(jì)文件，并通過(guò)審查后交付甲方，施工單位8月份進(jìn)場(chǎng)，8月10日開(kāi)始土方開(kāi)挖，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工于8月14日開(kāi)始依據(jù)土方開(kāi)挖進(jìn)度進(jìn)行施工，交叉作業(yè)。由于揚(yáng)塵管控，土方開(kāi)挖存在突擊現(xiàn)象，支護(hù)結(jié)構(gòu)施工跟不上土方開(kāi)挖進(jìn)度?；娱_(kāi)挖至地面下7.2 m時(shí)，錘擊管樁施工開(kāi)始。管樁僅在主樓基礎(chǔ)下，樁徑400 mm，樁間距1.4 m，管樁施工采用跳打原則，隔一打一，先中間后兩邊，1#樓北側(cè)距離滑塌區(qū)域距離在14.4～29.8 m之間。

10月22日，接甲方通知，基坑開(kāi)挖至地面以下7.2 m，錘擊管樁正在施工，第5排土釘準(zhǔn)備施工，基坑?xùn)|北側(cè)出現(xiàn)坑底隆起、坡角突起、失穩(wěn)滑塌現(xiàn)象。坡腳土體成軟塑狀，基坑底出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，坡面整體沒(méi)有破碎，但出現(xiàn)多處貫通的豎向裂縫，坡頂5 m范圍內(nèi)呈錯(cuò)臺(tái)狀，錯(cuò)臺(tái)高度0.3～1.5 m，邊坡滑塌長(zhǎng)度約51 m，坡頂為40 m寬的道路綠化帶?；踊鷽](méi)有造成道路變形或開(kāi)裂?；F(xiàn)狀照片詳見(jiàn)圖3和圖4。

圖3 坡角現(xiàn)狀圖

圖4 坡頂現(xiàn)狀圖

依據(jù)基坑設(shè)計(jì)文件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工順序，基坑底部正好位于軟土層④-1層粉質(zhì)黏土，該層承載力特征值為80 kPa，壓縮模量為3.1 MPa，承載力較低，屬高壓縮性土，當(dāng)基坑開(kāi)挖至地面下7.2 m時(shí)，在無(wú)側(cè)限情況下該層變形量增大，邊坡變形逐步顯現(xiàn)。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，挖土機(jī)械和拉土車輛的反復(fù)碾壓下，④-1層土被擾動(dòng)，強(qiáng)度進(jìn)一步下降。當(dāng)錘擊管樁施工時(shí)，上層滯水水位由勘察時(shí)的11.60 m（3月份），上升至7.2 m（10月份），水位上升了4.4 m。水位的上升進(jìn)一步加劇了④-1層土軟化，抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步的下降，變形量進(jìn)一步加大，邊坡內(nèi)部拉應(yīng)力逐步增大，最終拉應(yīng)力超過(guò)土釘極限抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致土釘錨固體破裂，鋼筋被拔出。最終坑底隆起，坡角失穩(wěn)，出現(xiàn)邊坡滑塌現(xiàn)象。依據(jù)邊坡失穩(wěn)機(jī)理的分析，邊坡剪出口位于基坑隆起位置，邊坡的后緣位于坡頂豎向裂縫位置，推測(cè)滑動(dòng)帶（張永雨，2020）位置見(jiàn)圖2中ABC位置。

5 基坑失穩(wěn)原因分析

基坑失穩(wěn)滑塌后，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行了核查，邊坡坡度、面層厚度、面層中鋼筋網(wǎng)、土釘長(zhǎng)度、錨固體直徑、鋼筋型號(hào)等方面與設(shè)計(jì)文件基本一致，施工質(zhì)量基本合格，但質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收程序缺失。從斷裂的錨固體看，鋼筋沒(méi)有完全居中，處于錨固體下部1/3位置。此外，還存在其它如勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)等方面問(wèn)題。

5.1 勘察因素

（1）地層劃分不合理，建議土層指標(biāo)參數(shù)不準(zhǔn)確。復(fù)核地質(zhì)勘察報(bào)告，第④-1 粉質(zhì)黏土層的靜力觸探錐尖阻力范圍0.356～0.963，平均值0.567，標(biāo)準(zhǔn)值0.527，最大值是最小值的2.7 倍，說(shuō)明指標(biāo)統(tǒng)計(jì)離散性大，地層劃分不盡合理，該層存在更軟弱的夾層，夾層的承載力小于該層的建議值，軟弱夾層正是基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及施工的不確定性因素之一。

另外，勘察報(bào)告中給出第④-1層粉質(zhì)黏土層承載力特征值80 kPa，壓縮模量3.1 MPa，黏聚力為23 kPa，內(nèi)摩擦角為13°。依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.5條①，根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值的公式：

式（1）中：fa為由土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值，kPa；Mb、Md、Mc為承載力系數(shù)，無(wú)量綱；γ為基礎(chǔ)底面以下土的重度，kN/m3；b為基礎(chǔ)底面寬度，m，大于6 m時(shí)按6 m取值，對(duì)于砂土小于3 m時(shí)按3 m取值；γm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，kN/m3；d為基礎(chǔ)埋置深度，m；ck為基底下一倍短邊寬度的深度范圍內(nèi)土的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa。

估算得到該層的承載力特征值為165.0 kPa，與勘察報(bào)告給出的建議值（80 kPa）相差較大。因此勘察報(bào)告給出的第④-1 層粉質(zhì)黏土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)明顯不合理，與該層承載力建議值不匹配。

（2）水文地質(zhì)條件未完全查清?？辈炱陂g地下水初見(jiàn)水位埋深11.20～12.50 m，穩(wěn)定水位埋深17.61～19.30 m，上層滯水水位埋深約11.60 m；而基坑開(kāi)挖至7.2 m時(shí)，地基土含水量較大，呈軟塑狀。因此，水文地質(zhì)條件與實(shí)際情況不符，尤其是上層滯水的富存情況，也未進(jìn)一步評(píng)價(jià)其對(duì)基坑工程的影響。另外，下部承壓水及其與上層滯水的相互關(guān)系也未查清。

5.2 設(shè)計(jì)因素

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，勘察報(bào)告提供的④-1層粉質(zhì)黏土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)與承載力不匹配，指標(biāo)偏大。復(fù)核Ⅰ-Ⅰ’剖面支護(hù)設(shè)計(jì)，④-1層黏聚力和內(nèi)摩擦角按11.4 kPa、8.6°估算時(shí)，三個(gè)工況的整體穩(wěn)定性驗(yàn)算安全系數(shù)分別為1.276、0.954、0.993，均小于1.3，整體穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求；基底抗隆起穩(wěn)定性安全系數(shù)為0.598，遠(yuǎn)小于1.6，抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求。

因此設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)結(jié)合區(qū)域經(jīng)驗(yàn)正確鑒別和使用勘察資料，尤其是影響基坑設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。同時(shí)還應(yīng)了解主體設(shè)計(jì)施工中影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要因素，尤其是大型機(jī)械、基樁施工等方面的影響，提出合理的施工時(shí)序建議，明確施工中影響支護(hù)結(jié)構(gòu)的注意事項(xiàng)。

5.3 施工因素

（1）超挖嚴(yán)重，支護(hù)不及時(shí)?，F(xiàn)場(chǎng)施工未嚴(yán)格遵循基坑開(kāi)挖施工的時(shí)空效應(yīng)。土方開(kāi)挖時(shí)，超挖比較嚴(yán)重，且支護(hù)不及時(shí)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工記錄，豎向分層厚度超過(guò)2.4 m，水平向分段開(kāi)挖整個(gè)基坑?xùn)|側(cè)，分段長(zhǎng)度為120 m，土方開(kāi)挖結(jié)束時(shí)間與基坑刷坡開(kāi)始時(shí)間間隔近3天，基坑刷坡結(jié)束時(shí)間與土釘成孔開(kāi)始時(shí)間間隔近2天。

（2）基礎(chǔ)施工擾動(dòng)。依據(jù)廣東省《錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》②相關(guān)規(guī)定，錘擊管樁施工影響范圍較大，至少影響周圍150 m范圍，尤其是對(duì)基坑工程和周邊建（構(gòu)）筑物的影響。本項(xiàng)目主樓基礎(chǔ)采用錘擊管樁，錘重6.3 t，落距3 m，夯擊能為189 kN·m。樁基施工在基坑開(kāi)挖至7.2 m時(shí)進(jìn)行，但由于壓樁機(jī)的行走、管樁的擠土效應(yīng)以及錘擊振動(dòng)會(huì)造成上層滯水孔隙水壓力增大，水位上升，進(jìn)而引起坡角土體軟化，抗剪強(qiáng)度降低，從而誘發(fā)邊坡變形迅速加大，造成邊坡失穩(wěn)滑塌。為了獲得施工擾動(dòng)對(duì)坡腳土體的影響程度，邊坡發(fā)生失穩(wěn)后，對(duì)坡腳土體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況在坡體下部和基底土體采取環(huán)刀樣，并做了室內(nèi)直剪試驗(yàn)。由試驗(yàn)結(jié)果可知，坡體下部土體黏聚力為11.4 kPa，內(nèi)摩擦角為8.6°，按公式（1）估算承載力特征值為86.4 kPa；受管樁施工影響的基底土體黏聚力9.4 kPa，摩擦角3.5°，估算得到承載力特征值為59.8 kPa。由黏聚力和內(nèi)摩擦角按公式：

式（2）中：τ為土的抗剪強(qiáng)度，kPa；c為土的黏聚力，kPa；σ為作用于剪切面上的法向應(yīng)力，kPa；φ為土的內(nèi)摩擦角，° 。

估算抗剪強(qiáng)度，分別為19.8 kPa、11.4 kPa，可見(jiàn)擾動(dòng)土體的抗剪強(qiáng)度僅為原土體的57.6%。

因此，地基施工對(duì)基底土體影響較大（李亮輝，2019），造成基底土體的抗剪強(qiáng)度和承載力大幅降低，進(jìn)而影響了邊坡穩(wěn)定性和基礎(chǔ)穩(wěn)定性。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，通過(guò)土工試驗(yàn)及原位測(cè)試，估算出水位變化及管樁施工對(duì)邊坡土體的影響程度，土體的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)約為0.576，承載力折減系數(shù)約為0.692（鄭瑞雄和劉祖德，2005）。

5.4 變形監(jiān)測(cè)缺失

發(fā)生基坑滑塌時(shí)，未見(jiàn)基坑變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，且早期發(fā)現(xiàn)地表裂縫時(shí)沒(méi)有預(yù)警也未及時(shí)采取應(yīng)急措施。

6 基坑應(yīng)急處治方案

依據(jù)基坑滑塌現(xiàn)場(chǎng)情況采取如下應(yīng)急措施：立即停止基坑土方開(kāi)挖及樁基施工、有險(xiǎn)情的坡角堆土反壓，采用明渠和輕型井點(diǎn)迅速降低地下水位，并立即加強(qiáng)邊坡變形監(jiān)測(cè)，了解邊坡的變形發(fā)展趨勢(shì)，為下一步處治方案選型提供依據(jù)。

勘察單位復(fù)核現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)條件，提供土層合理的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，基坑設(shè)計(jì)單位復(fù)核邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算，并結(jié)合臨近工程經(jīng)驗(yàn)，最終采用工字鋼+土釘墻的復(fù)合土釘墻方案（劉彥忠，2002；楊志銀等，2005）進(jìn)行加固，同時(shí)邊坡中部加密一排12 m的土釘，下部未施工的土釘加長(zhǎng)至9 m。應(yīng)急處置方案詳見(jiàn)圖5。

圖5 應(yīng)急處置方案支護(hù)剖面圖

通過(guò)應(yīng)急處治方案的實(shí)施，提高了坡角土體的抗剪強(qiáng)度和承載力，處理了失穩(wěn)滑塌部位，同時(shí)確保了基坑其它部位穩(wěn)定性，后期變形監(jiān)測(cè)中坡頂最大水平位移為26 mm，其它監(jiān)測(cè)值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

7 結(jié)論

（1）由于巖土工程自身的復(fù)雜多變性，勘察報(bào)告質(zhì)量參差不齊，多地存在重視承載力特征值、輕視抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的現(xiàn)象，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度與承載力特征值不匹配。因此基坑設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，復(fù)核勘察報(bào)告的水位、承載力及抗剪強(qiáng)度等關(guān)鍵參數(shù)。

（2）基坑工程應(yīng)嚴(yán)格遵照基坑開(kāi)挖合理的時(shí)空效應(yīng)，嚴(yán)禁超挖及不及時(shí)支護(hù)的情況。

（3）基坑設(shè)計(jì)要充分考慮坑內(nèi)施工擾動(dòng)對(duì)土層強(qiáng)度的影響，必要時(shí)可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得更準(zhǔn)確的抗剪強(qiáng)度。結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，通過(guò)土工試驗(yàn)及原位測(cè)試，估算水位變化及管樁施工對(duì)邊坡土體的影響程度，土體的抗剪強(qiáng)度折減系數(shù)約為0.576，承載力折減系數(shù)約為0.692。

注 釋

①中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.2011.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50007-2011[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

②廣東省建設(shè)廳.2008.錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程:DBJ/T 15-22-2008[S].廣州:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.