王衛(wèi)國 蔡峻杰

寧波建工工程集團有限公司 浙江 寧波 315040

沿海地區(qū)軟土分布廣，土體具有含水量大、孔隙比大、壓縮性高、抗剪強度低等特點，對支護體系穩(wěn)定性和抗隆起等影響明顯；隨著城市化進程加快，河道、魚塘、農(nóng)田等均作為城市開發(fā)用地，有些未進行清淤換填；社會的環(huán)保意思增強，土方外運難且成本高，往往造成周邊場地高。軟土疊加河道、堆土等，深基坑支護體系存在巨大的安全隱患。楊宇等[1]指出軟土地質(zhì)工程力學(xué)性質(zhì)差，應(yīng)評估支護結(jié)構(gòu)的安全可靠度和施工的可操作性；馮誠等[2]指出深厚軟土地區(qū)開挖基坑易引起滑移破壞，并提出了事故預(yù)防和處理方案。本文以工程實例為基礎(chǔ)，研究在復(fù)雜周邊環(huán)境條件下如何處理軟土深基坑支護體系破壞的問題。

1 工程概況

某項目除西側(cè)為規(guī)劃用地外，其他三側(cè)均為社會道路，南側(cè)道路距離基坑約4 m，北側(cè)距離基坑約10 m，南側(cè)和北側(cè)均存在管線，南側(cè)為已建的小區(qū)；整個場地原地貌為魚塘，魚塘未按規(guī)范進行清淤換填；西側(cè)南端距離基坑約15 m的紅線外存在80 m×80 m的堆土，高度約2.5 m；西側(cè)支護樁橫穿魚塘，其他部位均在魚塘外（圖1）。

圖1 施工項目平面示意

支護采用φ600 mm鉆孔灌注樁加1道內(nèi)撐，樁長15 m，內(nèi)撐為2個中心圓加對撐，場地標(biāo)高約－0.90 m，地下室底板面結(jié)構(gòu)標(biāo)高－5.70 m，底板厚度500 mm，承臺厚度為1 000～1 500 mm，挖深為5.60～6.60 m；坑中坑二次挖深為1.50～3.50 m，二次支護形式為重力式水泥土墻（圖2）。

圖2 支護體系剖面示意

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，場地內(nèi)地質(zhì)層起伏不大，基坑坑底位于土性較差的②3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，②3、④1層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土厚度約20 m，含水率約40%，具有流塑、高壓縮性、抗剪強度低、承載力低等特點，具體見表1。

表1 地質(zhì)參數(shù)

2 支護體系破壞的過程及原因分析

2.1 支護體系破壞的情況

2019年10月10日，本項目基坑西南角發(fā)生支護破壞，具體見圖3和圖4。軸以南開挖到基坑底，軸開挖到冠梁底1.5 m左右，軸內(nèi)撐上裂縫開始發(fā)展，半個小時后內(nèi)撐發(fā)生脆性破壞；軸為魚塘和原狀土交接部位，軸為最先破壞的部位，軸和軸間相距約18 m；支護破壞后，冠梁最大位移為2.3 m（位于軸），軸3道短內(nèi)撐出現(xiàn)剪切破壞；受內(nèi)撐破壞的影響，南側(cè)西端支護樁以⑩軸為支點，向基坑內(nèi)擺動，造成南側(cè)瀝青道路在①軸和⑩軸處裂開，路緣石和道路間的縫隙產(chǎn)生；支護樁傾斜，坑底隆起。為了避免險情進一步發(fā)展，坑外卸土30 m，坑內(nèi)回填到⑧軸，整個基坑基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 基坑事故現(xiàn)場

圖4 西南角內(nèi)撐破壞情況

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)說明

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析后，選取2個具有代表性的深層土體水平位移監(jiān)測點，主要位于⑩軸和軸的基坑邊。2019年10月10日西南角支護破壞，同年10月12日暴雨，10月15日內(nèi)撐修復(fù)完成， 10月30日PC工法樁施工，10月15日西南角土方開挖；軸的基坑邊的監(jiān)測點因支護破壞，需重新補點，數(shù)據(jù)監(jiān)測重新開始；監(jiān)測數(shù)據(jù)最大值發(fā)生在坑底下1 m左右[3-5]（圖5、圖6）。

圖5 ⑩軸基坑邊深層土體水平位移監(jiān)測

圖6 軸基坑邊深層土體水平位移監(jiān)測

2.3 支護破壞的原因分析

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，最大深層土體位移發(fā)生在坑底下約1 m，靠近魚塘底部，正好是主動土壓力最大部位。西南角部位于2019年10月9日開挖軸以北，開挖前累計變形量監(jiān)測數(shù)據(jù)為33 mm，開挖后累計變形量監(jiān)測數(shù)據(jù)為48 mm，累計變形量未超過控制值，但日速率遠遠超過控制值（5 mm/d），因未引起足夠的重視，2019年10月10日凌晨發(fā)生支護脆性破壞。

基坑底部處于②3層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，支護樁（樁長15 m）在④1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中，軟土抗剪強度低，坑邊超載，易引起失穩(wěn)和隆起；魚塘回填過程中底部淤泥未清理，此部位為主要的滑移面；因為魚塘底部的淤泥和堆土，支護樁易出現(xiàn)縮徑、坍孔等問題，造成部分支護樁夾泥露筋；支護破壞前為臺風(fēng)天氣，大量的雨水滲透到西側(cè)堆土中，土體含水率增加，內(nèi)摩擦角、黏聚力下降，抗剪能力進一步下降[6]。軸以北是魚塘部位，開挖后深層土體日變化12 mm，并且最大變形處靠近魚塘底部，所以堆土和魚塘是造成軟土基坑事故發(fā)生的主要原因。

3 基坑安全隱患排除措施

3.1 重、難點分析

1）基坑南側(cè)和對撐東側(cè)土方均已開挖，但未施工底板，時空效應(yīng)大。

2）支護破壞后遇暴雨，西側(cè)土體沿魚塘底部向東滑移，內(nèi)撐上新增裂縫。

3）基坑南側(cè)①軸—⑩軸繼續(xù)往基坑內(nèi)擺動，裂縫等持續(xù)加大，南側(cè)在⑩軸附近，瀝青道路裂開約50 mm，路緣石和道路間的縫隙約100 mm；在①軸附近，瀝青道路裂開20 mm。

4）對于環(huán)形內(nèi)支撐，需要保證受力均衡性，因西南角破壞，對西側(cè)整個內(nèi)支撐均有不同程度的影響。

3.2 排除措施

基坑安全隱患排除的目的主要是減少暴雨后的不良影響，降低空間和時間效應(yīng)，確保環(huán)形內(nèi)支撐受力均勻，控制變形等。

1）為了減少暴雨和堆土對基坑的影響，繼續(xù)卸土至基坑邊約45 m，堆土高度低于2 m，并在40 m處設(shè)置寬1 m的緩沖溝，開挖到老魚塘底部；基坑內(nèi)繼續(xù)回填到環(huán)形內(nèi)支撐內(nèi)側(cè)，并高出環(huán)形內(nèi)支撐頂標(biāo)高，平衡基坑外的土壓力，確保環(huán)形梁裂縫穩(wěn)定；開始施工基坑南側(cè)和對撐東側(cè)底板。

2）雨水滲入基坑周邊裂縫后，加快基坑邊土體滑移，通過砂漿對裂縫進行修補并覆膜。

3）北側(cè)西段土方未開挖，南側(cè)西段已開挖，為了保證整個環(huán)形內(nèi)支撐的受力均衡性，需要對南側(cè)西端進行加固處理。通過對結(jié)構(gòu)圖紙進行分析，在地下室外墻到支護樁邊的范圍為承臺基礎(chǔ)，先行施工承臺，承臺間隙用混凝土填充，并澆筑到支護樁邊，厚度至少為350 mm。同時在短內(nèi)撐兩側(cè)增加φ508 mm×12 mm鋼管，鋼管端部設(shè)置600 mm×600 mm×20 mm鋼板，鑿除環(huán)形內(nèi)支撐保護層，露出主筋，主筋與端部鋼板焊接；鋼管加固后，再逐一對混凝土內(nèi)撐進行修復(fù)，考慮到中間最短內(nèi)撐受力較大，先修復(fù)兩側(cè)，最后修復(fù)中間，鑿除破壞的混凝土，保留鋼筋，澆筑高標(biāo)號微膨脹細石混凝土，待混凝土達到一定的強度后，再修復(fù)下一道內(nèi)撐[7-8]（圖7）。

圖7 內(nèi)撐修復(fù)及地下室外側(cè)示意

4 設(shè)計方案及設(shè)計計算

4.1 方案對比分析

根據(jù)各方建議，支護加固方案主要包括放坡＋水泥土墻、鉆孔灌注樁＋內(nèi)撐修復(fù)和PC工法樁＋內(nèi)撐修復(fù)[9-10]。

1）若西側(cè)南端采用放坡＋水泥土墻修復(fù)支護形式，南側(cè)西端和北側(cè)西端采用錨桿，此方案造價低，環(huán)形內(nèi)支撐受力平衡，完全由南側(cè)和北側(cè)的錨桿承擔(dān)，但錨桿施工沒有工作面，若在內(nèi)撐上施工，入射角、豎向間距等無法保證，安全風(fēng)險較大；水泥土等需要養(yǎng)護，施工周期長。

2）若采用鉆孔灌注樁＋內(nèi)撐修復(fù)支護形式，此方案造價高，老魚塘底部為滑移面，西側(cè)堆土無法外運，鉆孔灌注樁施工中易發(fā)生坍孔等問題，樁身質(zhì)量很難保證；鉆孔灌注樁等需要養(yǎng)護，施工周期長。

3）若采用PC工法樁＋內(nèi)撐修復(fù)支護形式，此方案造價適中，主材可回收、無需水電配合、施工速度快，并且安全性好。

通過方案分析對比，并考慮經(jīng)濟性和安全性等因素后，西側(cè)南端采用PC工法樁＋內(nèi)撐修復(fù)；西側(cè)支護樁處于老魚塘位置，增加1道錨固，通過注漿對魚塘底部的淤泥進行加固；南側(cè)西段雖然在魚塘外，但考慮到受基坑破壞后的影響較大，同時南側(cè)存在管線、道路等，南側(cè)西段增加1道錨桿。

4.2 支護設(shè)計參數(shù)

本項目的自然地面標(biāo)高為－0.90 m，考慮到承臺等因素，基坑計算挖深6.00 m，一級放坡，臺寬1.5 m，坡度系數(shù)1.0，平臺寬2 m，冠梁及內(nèi)撐頂標(biāo)高－2.40 m，支護樁為φ630 mm×14 mm鋼管樁，樁長25 m，截水采用SKSP-IV型長15 m的拉森鋼板樁，具體如圖8所示。

圖8 設(shè)計計算示意

4.3 土層參數(shù)取值

本項目地質(zhì)情況主要以淤泥質(zhì)土為主，原支護樁長15 m，產(chǎn)生踢腳后對原支護樁周邊的土體均有不同程度的影響。

為了確?；影踩瞬课坏耐馏w黏聚力和內(nèi)摩擦角按施工經(jīng)驗均乘以0.5的折減系數(shù)，土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m，按基坑底面位移量10 mm進行取值。

4.4 計算結(jié)果

采用彈性法進行計算，最大位移54.76 mm發(fā)生在開挖基坑底，采用三角形法計算得到距離坑邊最近的沉降量為44 mm，考慮彎矩折減系數(shù)0.85、剪力折減系數(shù)1.00、荷載分項系數(shù)1.25，坑外超載為15 kPa均布荷載和40 kPa矩形分布荷載（距坑邊45 m，作用寬度80 m，長度80 m），基坑內(nèi)側(cè)最大彎矩設(shè)計值為680.32 kN·m，基坑外側(cè)最大彎矩設(shè)計值為311.68 kN·m，最大剪力設(shè)計值為254.92 kN。

經(jīng)過截面驗算、整體穩(wěn)定驗算、抗傾覆穩(wěn)定性驗算、抗傾覆（踢腳破壞）穩(wěn)定性驗算、抗隆起驗算、嵌固段基坑內(nèi)側(cè)土反力驗算等可以得知，計算結(jié)果滿足要求，在此不作羅列。

5 施工要求

5.1 內(nèi)撐修復(fù)

支護破壞后，環(huán)形內(nèi)支撐產(chǎn)生裂縫，立柱樁產(chǎn)生傾斜；環(huán)形內(nèi)支撐作為最主要的受力構(gòu)件，需要確保修復(fù)質(zhì)量。

1）環(huán)形內(nèi)支撐裂縫修復(fù)。環(huán)形內(nèi)支撐先采用壓力注漿對裂縫進行封閉，再采用加大截面法進行加固，1 600 mm×600 mm梁每側(cè)各增寬300 mm，通過φ20 mm@300 mm植筋和鑿毛確保新舊混凝土連接。

2）雙立柱樁確保環(huán)形內(nèi)支撐穩(wěn)定。環(huán)形內(nèi)支撐是整個支護體系的關(guān)鍵部分，若在環(huán)形內(nèi)支撐一側(cè)增加立柱樁，可能會造成內(nèi)撐傾斜等風(fēng)險；在立柱樁破壞部位的環(huán)形內(nèi)支撐兩側(cè)各增加1根立柱樁。

5.2 施工順序及要求

根據(jù)計算結(jié)果，開挖到基坑底最大位移55 mm，數(shù)據(jù)相對較大，為了確?；影踩紫刃枰_保環(huán)形內(nèi)支撐受力均衡性，先施工南側(cè)西段和西側(cè)北段的錨桿，并對魚塘底部進行土體加固；為了減少空間效應(yīng)，對撐以東地下室底板完成后，于2019年10月30日進行鋼管樁施工；為了減少運土車等對基坑的影響，在西側(cè)中部設(shè)置出土口，所有車輛需垂直離開基坑。加強對支撐的保護，先在支撐兩側(cè)填土，填土高度須高出支撐頂面500 mm以上，然后在其上方鋪設(shè)路基箱，方可通行機械車輛；分區(qū)分段進行土方開挖，并做到“五邊”施工，即：邊挖、邊鑿、邊鋪、邊澆、邊砌，保證基坑土體不長期暴露，確保基坑穩(wěn)定[11-12]。

1）待基坑圍護施工完畢且達到設(shè)計強度后，自四周向中心以大于1∶1.5放坡分層開挖，每層厚度不宜大于1.5 m；挖至各區(qū)域設(shè)計標(biāo)高后及時設(shè)墊層；挖坑內(nèi)四周底板范圍內(nèi)土體至設(shè)計標(biāo)高，邊挖邊設(shè)墊層。

2）開挖時要求分段開挖至板底標(biāo)高，且邊挖邊設(shè)墊層及磚胎模。

3）機械挖土至設(shè)計標(biāo)高后，立即進行人工修土和設(shè)墊層，基坑坑邊8 m范圍內(nèi)應(yīng)設(shè)置厚200 mm的C20素混凝土墊層，并在4 h內(nèi)完成。

4）挖出的土體及時外運，不得堆放在基坑四周，基坑外側(cè)基礎(chǔ)施工挖出的土方也要及時外運，否則會使支護結(jié)構(gòu)變形過大，危及基坑安全。

5.3 基坑監(jiān)測

6 結(jié)語

對于軟土基坑，其在穩(wěn)定性、抗隆起等方面相對較差，再受疊加堆土和雨水的影響，加速了魚塘底部淤泥的滑移，造成支護體系脆性破壞，通過對案例的分析，提出以下建議：

1）在搶險階段，先通過四周卸土和坑內(nèi)加載等方式確保基坑基本穩(wěn)定后，再對現(xiàn)場和圖紙進行分析，確定合理的內(nèi)撐修復(fù)方式和換撐施工措施等。本項目利用臨時鋼管支撐修復(fù)內(nèi)撐、地下室外承臺先行施工等使整個環(huán)形內(nèi)支撐受力均勻，并達到安全要求。

2）在基坑穩(wěn)定后，通過對支護加固方案進行對比分析，確定采用PC工法樁＋內(nèi)撐修復(fù)，局部增加錨桿的方式，并采取注漿結(jié)合加大截面法進行裂縫修復(fù)、雙立柱樁確保環(huán)形內(nèi)支撐穩(wěn)定性等措施，順利完成了地下結(jié)構(gòu)的施工。