某深基坑險(xiǎn)情分析與加固處理

陳 靜

(興化市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江蘇 興化 225700)

0 前 言

為了節(jié)省土地，充分利用空間，城市建設(shè)開始向地下發(fā)展，導(dǎo)致基坑工程日益增多，促進(jìn)了基坑支護(hù)技術(shù)的研究與發(fā)展，產(chǎn)生了新的支護(hù)型式、施工工藝，并出現(xiàn)了很多成功的案例。但由于多方面的因素，也出現(xiàn)了不少基坑工程的事故[1-4]。本文以南京市某基坑工程為例，分析了事故發(fā)生的原因，并提出了積極有效的處理辦法。由于該工程險(xiǎn)情處理及時(shí)，未造成嚴(yán)重破壞性后果，其經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)值得總結(jié)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 項(xiàng)目概況

擬建項(xiàng)目為一棟3～6層的商業(yè)綜合體，下設(shè)1層整體大底盤地下車庫(kù)。基坑面積約14 271.19 m2，周長(zhǎng)達(dá)475.4 m，開挖深度4.75～7.75 m?；?xùn)|側(cè)為城市主干道，地下室外墻距路芽約11 m；南側(cè)為城市主干道，地下室外墻距路芽約26 m；西側(cè)為住宅小區(qū)，建筑物距離地下室外墻最近約4.8 m，坑邊分布有市政管線；北側(cè)為住宅小區(qū)，建筑物距離地下室外墻最近約6.2 m，坑邊分布有市政管線。

1.2 工程地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地地貌類型屬崗地及其邊緣，主要沉積的黏性土，根據(jù)本次勘探下伏基巖埋深在7～15 m?；娱_挖影響范圍內(nèi)土層如下。①層素填土：灰-灰黃色，以軟塑狀粉質(zhì)黏土為主，含少量的植物根莖及小碎石等，上部約20～30 cm耕土，其力學(xué)性質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，密實(shí)度差，堆填時(shí)間2～3年；②層粉質(zhì)黏土：灰-灰黃色，軟-可塑，切面稍有光澤，含黑色鐵錳結(jié)核，干強(qiáng)度中，韌性中；③層粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑-硬塑，含黑色鐵錳結(jié)核，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高；④層粉質(zhì)黏土：黃褐色，軟-可塑，切面稍有光澤，含黑色鐵錳結(jié)核，干強(qiáng)度中，韌性中；⑤層粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑-硬塑，含黑色鐵錳結(jié)核，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性高；⑥層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖：磚紅色，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈碎塊狀局部呈黏土狀，螺紋鉆難鉆進(jìn)，遇水軟化，為極軟巖，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。設(shè)計(jì)土層參數(shù)見表1。

表1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)土層參數(shù)一覽表

1.3 水文地質(zhì)概況

擬建場(chǎng)地在勘察深度范圍內(nèi)，地下水類型為孔隙潛水。潛水主要賦存于①層土中，大氣降水補(bǔ)給，排泄于大氣蒸發(fā)?？辈炱陂g測(cè)得穩(wěn)定水位埋深在1.04～1.15 m，初見水位埋深與穩(wěn)定水位基本一致，據(jù)區(qū)域水位地質(zhì)資料，該層地下水位變化幅度約1.0 m，近3～5年最高地下水位埋深位于地表下0.50 m。

1.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

綜合基坑的周邊環(huán)境要求、地質(zhì)條件以及基坑挖深，確定本工程的側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)取1.0?；又ёo(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為變形控制要求高的西側(cè)、北側(cè)局部區(qū)段采用懸臂樁或樁錨支護(hù)，如圖1所示。其他區(qū)段采用土釘墻支護(hù)，如圖2所示。

1.5 事故險(xiǎn)情介紹

設(shè)計(jì)單位于2017年4月根據(jù)勘察報(bào)告及結(jié)構(gòu)圖紙進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，此時(shí)基坑挖深為4.55～6.55 m，方案分別采用懸臂樁和土釘墻支護(hù)，由于南京地區(qū)土釘不能出紅線，而GFRP的抗剪強(qiáng)度相對(duì)較低，對(duì)相鄰地塊后期工程的實(shí)施影響不大，因此，土釘均采用GFRP土釘。甲方為了縮短工期，在該方案未報(bào)審的情況下開始施工。

圖1 樁錨支護(hù)段剖面圖

圖2 土釘墻支護(hù)段剖面圖

由于未辦理施工許可，項(xiàng)目停工。為了繼續(xù)施工，甲方要求設(shè)計(jì)單位將施工圖報(bào)審，審圖過程中發(fā)現(xiàn)勘察報(bào)告孔口高程與實(shí)際地面相差1 m，基坑挖深變?yōu)?.75～7.75 m，由于挖深較深處填土厚度也比較大，此時(shí)方案采用中部以北采用灌注樁+1層支撐的支護(hù)型式，中部以南仍采用放坡土釘。但由于部分支護(hù)結(jié)構(gòu)已施工，且該方案不滿足甲方的造價(jià)和工期要求，設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及甲方要求進(jìn)行調(diào)整并二次送審，此時(shí)在變形控制要求高的基坑北側(cè)HJ段采用樁錨的支護(hù)型式，而挖深最深的西北角FG段由于距離房子11.8 m，且該區(qū)段建筑物為半地下室，工程樁為管樁，F(xiàn)G段仍然采用土釘墻支護(hù)。

基坑由中部向北側(cè)開挖，施工過程中一直存在土方超挖、土釘施工跟不上挖土速度的情況。險(xiǎn)情發(fā)生在開挖西北角FG段時(shí)，該段挖深7.75 m。在甲方搶工期的要求下，土方單位一挖到底，土方開挖當(dāng)晚下了一場(chǎng)暴雨，暴雨過后西側(cè)已施工的EF段靠北區(qū)段、西北角FG段、北側(cè)GH段發(fā)生滑塌，滑塌長(zhǎng)度北側(cè)約41 m、西側(cè)約45 m。且北側(cè)緊鄰坡頂?shù)男^(qū)道路沿地下管線走向出現(xiàn)明顯裂縫，裂縫寬約25 mm。北側(cè)采用樁錨支護(hù)的HJ段則不受影響。

2 事故分析及處理措施

2.1 事故原因

1)土方嚴(yán)重超挖。超挖是這次事故的直接原因，F(xiàn)G段豎向共設(shè)置5層土釘，設(shè)計(jì)要求分層開挖。按照設(shè)計(jì)工況，整體穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算如表2。

表2 分層開挖工況整體穩(wěn)定性安全系數(shù)

規(guī)范規(guī)定安全等級(jí)為二級(jí)的土釘墻，整體穩(wěn)定性安全系數(shù)不應(yīng)小于1.3。

當(dāng)一次開挖到底時(shí)，整體穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算如表3。此時(shí)的安全系數(shù)遠(yuǎn)小于規(guī)范要求。

表3 一次開挖到底整體穩(wěn)定性安全系數(shù)

2)強(qiáng)降雨的作用。該側(cè)素填土為北側(cè)建筑物半地下室的回填土，結(jié)構(gòu)松散，開挖后遇到強(qiáng)降雨，由于應(yīng)力釋放和大氣降水的迅速浸入裂隙中，使裂隙急劇擴(kuò)大，土的整體性質(zhì)急劇破壞，使得土體強(qiáng)度急劇降低。

3)勘察資料不準(zhǔn)確。根據(jù)勘察報(bào)告FG段地層為4.2 m厚的①層素填土，其下為②層粉質(zhì)黏土，軟-可塑狀，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況，西北角②層土質(zhì)類似淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，土層工程性質(zhì)差。

4)土釘材料選取不適。GFRP由于其彈性模量較小，對(duì)邊坡的變形控制較差。且其抗剪強(qiáng)度低，對(duì)存在滑裂面的邊坡支護(hù)存在被剪斷的風(fēng)險(xiǎn)。該工程填土層深厚，結(jié)構(gòu)松散，變形大，采用鋼筋(花管)土釘更合適。

2.2 事故處理措施

發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后，施工單位立即通知甲方和監(jiān)理，并連夜組織挖機(jī)在坡腳回土反壓。險(xiǎn)情發(fā)生的第二天早晨9:00，所有參建單位及專家討論處理措施。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開挖情況，針對(duì)西側(cè)、北側(cè)出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象的EF、FG、GH段進(jìn)行加固處理。

1)在坡腳采用土方進(jìn)行反壓處理，防止產(chǎn)生二次滑坡。

2)對(duì)目前空鼓的掛網(wǎng)噴漿進(jìn)行切割處理，對(duì)坡面進(jìn)行修坡處理并及時(shí)噴射鋼筋混凝土面層。

3)在坡面電纜下方增設(shè)4排直徑80 mm、壁厚3.0 mm花管注漿，長(zhǎng)度6.0 m，水平間距1.0 m，豎向間距0.80 m，梅花形布置(如遇與原有土釘有沖突，可適當(dāng)調(diào)整豎向間距)，對(duì)原有松動(dòng)土體進(jìn)行加固處理，端部設(shè)置橫向加強(qiáng)筋，使其與鋼筋混凝土面層形成整體，具體型式見圖3。

4)在第3(4)排土釘坡面位置增設(shè)豎向直徑108 mm、壁厚4.0 mm錨管樁，間距1.0 m，長(zhǎng)度9.0 m(6.0 m)，端部通過與面層鋼筋及加強(qiáng)筋與土釘進(jìn)行焊接，形成整體。

6)對(duì)坡頂管線內(nèi)積水進(jìn)行疏排，同時(shí)根據(jù)填土分布情況在坡面填土下部增設(shè)泄水孔。對(duì)坡頂已產(chǎn)生裂縫進(jìn)行灌縫處理。

7)土釘支護(hù)應(yīng)嚴(yán)格按照分層開挖、順序施工的原則。

8)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視及基坑監(jiān)測(cè)，做到信息化施工。

圖3 加固處理圖

經(jīng)過上述加固方案處理后，基坑邊坡的變形得到了控制，北側(cè)路面開裂寬度沒有再擴(kuò)大， 達(dá)到了預(yù)期效果。

3 結(jié) 論

1)基坑工程雖為臨時(shí)性工程，但同時(shí)也是一項(xiàng)非常重要的巖土工程，一旦出現(xiàn)事故后，不僅經(jīng)濟(jì)遭受損失，工期受到拖延，嚴(yán)重時(shí)更會(huì)威脅到群眾的生命安全，造成的后果十分嚴(yán)重。設(shè)計(jì)過程中一定要堅(jiān)持安全第一的原則，不能為了迎合業(yè)主要求而冒風(fēng)險(xiǎn)。業(yè)主不能一味追求經(jīng)濟(jì)效益和縮短工期，強(qiáng)令設(shè)計(jì)冒險(xiǎn)。施工單位應(yīng)按圖施工，不得心存僥幸。

2)在雨季施工且深度超過6 m的基坑應(yīng)慎用土釘支護(hù)，若必須采用該支護(hù)型式，應(yīng)做好坡頂擋水，并及時(shí)地封閉坡頂，必要時(shí)應(yīng)加寬翻邊。

3)GFRP作為土釘用于基坑支護(hù)時(shí)，由于其彈性模量較小、抗剪強(qiáng)度較低，更適用于抗剪強(qiáng)度高的老黏土土層中。