王穎，李慧慧，許磊，熊曉亮，黃緋

(杭州市勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

浙北杭嘉湖平原地帶，地勢開闊，屬湖沼相沉積區(qū)，地層呈軟-硬交錯的多元結(jié)構(gòu)，淺層為深厚軟土層，一般為流塑狀淤泥質(zhì)黏土，呈現(xiàn)“三高一低”的特點，力學(xué)性質(zhì)較差，下部為圓礫及風(fēng)化巖層，中間黏性土層往往缺失。該地區(qū)一層地下室一般都位于淤泥質(zhì)土層中，基坑設(shè)計和施工難度大、造價高，尤其對于開挖在4 m～6 m范圍內(nèi)的淺基坑(一層地下室)，由于挖深較淺，容易被設(shè)計、施工和管理單位忽視，因此常發(fā)生失穩(wěn)和局部滑移事故[1]。目前基坑工程多位于繁華的城市中心地段，一旦發(fā)生事故，將會造成重大的經(jīng)濟損失和社會影響。因此基坑支護設(shè)計思路已經(jīng)從強度控制為主轉(zhuǎn)變成變形控制為主，逐漸將基坑工程與周圍環(huán)境作為整體進行考慮，對基坑工程的設(shè)計和施工都提出了更高的要求[2]?；又ёo雖是臨時工程，但破壞后果嚴(yán)重，損失重大，必須引起重視[3]。

某一層地下室基坑工程，在開挖過程中出現(xiàn)了數(shù)次基坑滑移事故，經(jīng)過加固設(shè)計、施工后，基坑工程最終安全完成。本文通過對該工程事故的原因分析和加固方案介紹，旨在為類似基坑工程的設(shè)計、施工、管理提供經(jīng)驗。

2 工程概況

場地周邊環(huán)境復(fù)雜：東側(cè)緊鄰城市廣場，北側(cè)為城市綠化，西側(cè)為主干道，道路下方市政管線密布；南側(cè)緊鄰已建商業(yè)園區(qū)道路停車場和建筑物。

原基坑支護設(shè)計采用φ600@800鉆孔樁結(jié)合一道鋼筋混凝土支撐支護方案；塔樓電梯坑采用φ700@500雙軸水泥攪拌樁重力式擋墻支護形式；圍護樁外側(cè)設(shè)雙軸水泥攪拌樁做止水帷幕，結(jié)合集水明排措施。由于場地土質(zhì)起伏較小，設(shè)計鉆孔樁樁長采用雙重指標(biāo)控制，控制樁底標(biāo)高并要求進入④1粉質(zhì)黏土層或⑥圓礫層不少于 2 m，插入比約1∶1.5。

基坑在土方開挖期間接連出現(xiàn)3次滑移事故，如圖1所示。事故造成了較大的經(jīng)濟損失及工期延誤。

圖1 基坑事故現(xiàn)場照片

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

基坑支護結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)地層自上而下依次為填土、淤泥質(zhì)黏土、硬塑狀粉質(zhì)黏土、圓礫、粉砂巖，部分場地粉質(zhì)黏土層缺失?；涌拥孜挥冖?層淤泥質(zhì)黏土中。土層物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

場地地下水：潛水位約在地表以下0.1 m～2.7 m左右，埋深較淺；孔隙承壓水主要賦存于⑥層圓礫中，屬強透水層，根據(jù)鄰近工程施工經(jīng)驗，由于承壓水流速緩慢，水頭較深，且基坑開挖深度淺，承壓水對基坑影響不大。

場地范圍內(nèi)地表水主要分布于河道及池塘，基坑施工前已進行回填。

到第三圈時，那個一直在前面領(lǐng)跑的六（1）班運動員蔣飛突然沖出了跑道，來到了同學(xué)們中間。然后，他慢條斯理地從桌上拿起一瓶礦泉水，很愜意地喝起水來。無論是跑道上的運動員，還是周圍圍觀的同學(xué)，都不知道蔣飛葫蘆里到底賣的什么藥，所有人都用一種無比驚疑的目光打量著他。

4 基坑滑移事故過程

事故發(fā)生前現(xiàn)場已完成雙軸水泥攪拌樁、圍護鉆孔樁、南北兩側(cè)支撐梁等支護體系，土方基本南北對稱開挖，出土口位于西側(cè)對撐位置?；颖眰?cè)臨邊區(qū)域已開挖到底，正施工底板；西南角主樓以北地庫區(qū)域已開挖到底正施工墊層?；娱_挖到東側(cè)臨邊區(qū)域時，短短半月內(nèi)東側(cè)有兩處(東側(cè)北段約 20 m范圍和東南角位置約 20 m)出現(xiàn)圍護樁踢腳現(xiàn)象，樁身向坑內(nèi)傾斜 0.5 m～1.0 m，坑內(nèi)土體隆起，且有部分工程樁偏位嚴(yán)重；局部冠梁、支撐梁出現(xiàn)貫穿裂縫，露筋嚴(yán)重；東側(cè)城市廣場綠化帶內(nèi)產(chǎn)生明顯的橫向裂縫，裂縫寬度約 15 cm。東側(cè)在進行加固方案外審過程中，基坑南側(cè)中段土方開挖到底時再次塌方，影響范圍較大，約 50 m，坑內(nèi)土體隆起，南面小區(qū)的停車位下土方向本基坑內(nèi)垮塌，園區(qū)的擋墻和道路出現(xiàn)明顯的平行裂縫，道路下方敷設(shè)的一條污水管破壞滲水。

根據(jù)監(jiān)測報告，基坑塌方事故具有突發(fā)性，事故發(fā)生前相應(yīng)位置變形較小，累計位移和日變形速率數(shù)據(jù)均未超出報警值，且事故多發(fā)生在夜間，故而征兆不明顯。

5 事故原因分析

基坑出現(xiàn)事故的原因是多樣的，勘察資料、設(shè)計方案的缺陷，以及施工質(zhì)量不滿足要求都有可能導(dǎo)致基坑工程出現(xiàn)險情[4]。從事故發(fā)生的突然性，以及支護結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)判斷，該基坑事故屬于支護樁踢腳外移[5]引發(fā)的深層滑移以及坑內(nèi)隆起破壞。

5.1 施工質(zhì)量

基坑接連發(fā)生滑移事故，根據(jù)現(xiàn)場情況，委托第三方檢測單位對已施工支護結(jié)構(gòu)進行了安全評估，發(fā)現(xiàn)原圍護結(jié)構(gòu)施工情況主要存在如下問題：

①部分圍護樁頂部過量鑿除，與冠梁連接處存在露筋現(xiàn)象，且圍護樁主筋未錨入冠梁；②支撐梁局部存在裂縫、露筋現(xiàn)象，平整度不符合要求，導(dǎo)致支撐系統(tǒng)剛度減弱；③根據(jù)圍護樁鋼筋籠長度的抽檢結(jié)果，部分圍護樁由于鋼筋籠上浮存在樁底標(biāo)高不滿足設(shè)計要求的現(xiàn)象，導(dǎo)致樁身嵌入下部較硬土層的深度不足，實際樁底標(biāo)高比原設(shè)計高出 0.5 m～2.9 m。

根據(jù)實際檢測樁長，采用理正深基坑軟件計算出開挖到底時繞支撐點的抗傾覆穩(wěn)定性(踢腳破壞)安全系數(shù)對比如表2所示。

表2 樁長減短后抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)

根據(jù)基坑支護規(guī)范[6]要求，安全等級為二級的基坑抗傾覆穩(wěn)定性(踢腳破壞)安全系數(shù)應(yīng)不小于1.200，因此樁長不滿足設(shè)計要求時，開挖到底工況出現(xiàn)了圍護樁踢腳破壞。而且以支撐點為轉(zhuǎn)動軸心的圓弧條分法計算坑底抗隆起穩(wěn)定性均不滿足規(guī)范規(guī)定。計算結(jié)果與現(xiàn)場實際情況相吻合。

5.2 分區(qū)塊開挖

在軟土中開挖基坑，時空效應(yīng)顯著，隨著基坑寬度及深度的增加還會產(chǎn)生深層土體滑移帶的變形，對周邊環(huán)境影響區(qū)域比一般基坑明顯擴大[7]。因此一般要求土方單位控制開挖面的寬度和深度。本工程原始場地大面積分布的池塘、河道及被填土掩埋形成的暗塘對工程建設(shè)和基坑開挖十分不利。地表以下分布著深厚的淤泥質(zhì)黏土，該軟土層含水量超過50%，在施工動荷載作用下擾動后易發(fā)生觸變使土體強度降低。施工過程中，由于工期緊，施工單位在開挖臨邊土方時一次性開挖過長，形成完全發(fā)育的深層土體滑移帶，坑內(nèi)土體隨之發(fā)生塑性隆起，引起坑外地表沉降增大，基坑周圍土體產(chǎn)生滑動，從而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。

6 加固設(shè)計

該基坑項目由于主要圍護結(jié)構(gòu)已施工完畢，且中間區(qū)域尚有一半土方未開挖，為避免后續(xù)開挖過程出現(xiàn)類似事故，需在原圍護方案基礎(chǔ)上進行加固處理。原先三處滑移事故發(fā)生后現(xiàn)場立即進行了坑內(nèi)土方回填反壓，因此基坑圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向變形暫時得到控制[8]，后續(xù)等加固措施施加之后再進行二次開挖。

6.1 原支護系統(tǒng)復(fù)核

對于已施工的原支護結(jié)構(gòu)，經(jīng)過第三方檢測機構(gòu)隨機抽取的6根圍護鉆孔樁，發(fā)現(xiàn)有一半樁長不滿足設(shè)計要求。但北側(cè)臨邊區(qū)域底板已澆筑完成，判斷該側(cè)圍護樁雖然嵌固深度不足，但目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以繼續(xù)使用。原支撐系統(tǒng)局部有裂縫露筋現(xiàn)象，但對基坑整體穩(wěn)定性沒有決定性影響。

6.2 加固方案

該基坑圍護加固方案遵循“強樁強撐”思路配合現(xiàn)場施工措施，并盡量利用原支護體系，具體如下：

(1)已經(jīng)滑移區(qū)域原圍護樁鑿除，外圍新打φ800@1100鉆孔樁，補打的圍護樁樁底需進入⑥層圓礫層不少于 3 m，如圖2所示；

圖2 支護結(jié)構(gòu)加固剖面

(2)修復(fù)或者重建受損支撐系統(tǒng)以及立柱樁。局部破壞的支撐梁外側(cè)包角鋼及綴板焊接固定，整體破壞的支撐梁重新澆筑，主筋錨入未破壞的支撐梁內(nèi)；偏扭立柱加固措施如圖3所示，彎扭區(qū)域加密綴板后封模通過頂部注漿孔注漿，注漿范圍進入垂直區(qū)域不小于 500 mm，注漿完成后插入直徑 60 mm鋼棒。

圖3 偏扭立柱樁加固示意

(3)南側(cè)污水管滲水位置補打一排Ⅳ號拉森鋼板樁小鎖扣打，充當(dāng)止水帷幕，對漏水的管道進行修復(fù)或者引流避免直排；其余位置圍護樁內(nèi)側(cè)掛網(wǎng)噴砼；

(4)尚未開挖區(qū)域?qū)螙|側(cè)、西側(cè)以及已開挖的西南角區(qū)域進行預(yù)防性加固，在現(xiàn)有圍護樁外圍新打一排φ800@1500鉆孔樁，通過現(xiàn)澆壓頂板與前排已施工冠梁連接成為一個整體，形成雙排樁框架體系；

(5)嚴(yán)格按設(shè)計要求分區(qū)分塊施工；對于坑外地表裂縫及時灌漿修補，防止雨季地表水匯入；

(6)嚴(yán)格控制拆撐條件，規(guī)定合理的拆撐次序和工藝，減少拆撐工況引起的變形。同時加強全部范圍的底板換撐措施，在底板面以上肥槽內(nèi)采用素混凝土堆高措施以抬高剛性鉸。

新增支護結(jié)構(gòu)與原有支護結(jié)構(gòu)的有效連接，協(xié)同變形是本次加固設(shè)計處理的關(guān)鍵。如圖4所示，新增支護樁冠梁與原支護樁的冠梁通過鋼筋混凝土壓頂板及植入槽鋼等方式形成有效連接。后期土方再次挖開后，基坑能保持穩(wěn)定狀態(tài)且變形可控。目前，該工程地下室已施工完成。

圖4 新舊圍護結(jié)構(gòu)連接示意

7 結(jié) 語

基坑支護工程作為臨時性工程，不驗收且多為隱蔽項目，是建設(shè)工程中的重大風(fēng)險所在。本工程施工單位由于在周邊場地施工經(jīng)驗豐富而不注重施工管理和施工質(zhì)量，未完全按圖施工，最終導(dǎo)致事故發(fā)生。同時，本工程事故及加固也為類似工程提供了經(jīng)驗：

(1)上部軟土下部硬土無明顯過渡的地層中，一旦樁長不足極易發(fā)生踢腳失穩(wěn)，因此圍護樁質(zhì)量及樁長應(yīng)嚴(yán)格把控，不能偷工減料。

(2)基坑加固設(shè)計應(yīng)充分調(diào)查事故發(fā)生原因，有針對性進行加強，避免脫離實際進行加固，造成不必要的工期和經(jīng)濟浪費；并盡可能在原圍護結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行加固，以免進一步降低基坑穩(wěn)定性。

(3)基坑加固設(shè)計應(yīng)考慮淤泥質(zhì)土層在開挖過程和滑移事故中受擾動導(dǎo)致土強度降低的因素，原則上應(yīng)進行原位測試和室內(nèi)試驗重新確定土參數(shù)。在不進行補勘的情況下，建議對土體力學(xué)指標(biāo)按經(jīng)驗折減處理，或提高基坑加固安全等級。

(4)在軟土基坑開挖過程中，抑制深層土體滑移帶的形成是減少基坑周邊環(huán)境影響的有效手段。

深厚軟土基坑事故的分析以及后續(xù)對場地地質(zhì)條件、原有支護結(jié)構(gòu)的評估分析是加固設(shè)計成功的關(guān)鍵。合理的施工管理，就是在對工程潛在的風(fēng)險進行評估的基礎(chǔ)上做出決策，與專業(yè)技術(shù)同樣重要。