天津某軟土地層施工缺陷支護樁的安全性評估及處理措施

胡 博，劉文淵，任彥華

(天津市勘察院， 天津 300191)

天津位于典型的軟土地區(qū)，一般具有高壓縮、低承載、易變形、富含水的特點，對工程建設(shè)尤其是基礎(chǔ)施工安全易造成極大的影響[1-3]。

軟土地區(qū)的基坑工程中，由于基坑問題本身的復(fù)雜性，設(shè)計不當，易造成基坑圍護體側(cè)向位移、周圍地表沉陷及坑底隆起[4]；文獻[5-6]對支護樁容易造成縮徑、露筋銹蝕等缺陷性原因分析；大量的工程實例結(jié)合實際監(jiān)測成果對軟土地區(qū)的基坑支護結(jié)構(gòu)安全性分析和拆撐順序提供了較好的借鑒，如陳剛等[7]對軟土地區(qū)超大基坑分段開挖進行了關(guān)鍵性技術(shù)研究。楊卓等[8]對臨河段軟土地區(qū)的基坑支護結(jié)構(gòu)進行了分析。王永剛等[9]對復(fù)雜條件下深基坑內(nèi)支撐體系拆撐技術(shù)的分析。

1 工程概況

天津臨港經(jīng)濟區(qū)某基坑支護項目屬于海相與陸相交互沉積地層，地層20 m范圍內(nèi)，主要為沖填土、淤泥、淤泥質(zhì)黏土層，場地各土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1?；颖眰?cè)和東側(cè)為現(xiàn)狀道路，地下室基礎(chǔ)邊線距離北側(cè)道路約27 m，距東側(cè)道路約11 m，基坑西側(cè)和南側(cè)為內(nèi)部施工場地，西側(cè)距離場地內(nèi)辦公樓(未建，2F，已打樁)最近處約為1.6 m，南側(cè)與用地紅線之間為一條臨時施工道路，詳見總平面布置圖，如圖1所示?；由疃葹?.0 m，基坑支護結(jié)構(gòu)采用樁徑700 mm的灌注樁，樁間距900 mm，嵌固深度12.7 m，樁頂設(shè)置冠梁，支撐體系作用在樁頂冠梁上，止水帷幕采用雙軸水泥土攪拌樁加降水井。

圖1 總平面布置圖

表1 基坑設(shè)計參數(shù)表

注：物性指標均為平均值，C、φ值均為標準值。

2 支護結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)狀分析

支護樁設(shè)計總數(shù)為388根，根據(jù)資料顯示其中137根支護樁存在不同程度的夾泥和露筋現(xiàn)象，所占比例為35%。其中，東側(cè)為35根、占比9%，西側(cè)為54根、占比14%，南側(cè)為19根、占比4.8%，北側(cè)為29根、占比7.5%，該場地淺部地層多為淤泥質(zhì)土，在這種地質(zhì)特性的軟土地基上進行鉆孔灌注樁施工容易造成縮頸，因此導(dǎo)致樁徑較小，鋼筋外露較多[10]。

(1) 基坑已整體開挖完成，基礎(chǔ)墊層已澆筑完工，沿基槽周邊肥槽內(nèi)緊貼支護樁已澆筑完成混凝土邊梁。

(2) 根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果支護樁最大變形10 mm，地面沉降最大值1.86 mm。從現(xiàn)場觀察，支護樁及支撐桿件沒有產(chǎn)生明顯的裂縫，四周地面及道路沒有存在明顯的開裂現(xiàn)象。

(3) 根據(jù)現(xiàn)場觀察以及委托方提供的資料，部分支護樁存在明顯的夾泥和露筋等缺陷，基坑北側(cè)、東側(cè)及南側(cè)缺陷樁較少，且零星分布，西側(cè)較多，且集中連續(xù)分布。

(4) 根據(jù)施工現(xiàn)狀及基坑周邊監(jiān)測資料分析，施工現(xiàn)場夾泥及露筋支護樁多集中于基坑西側(cè)，西側(cè)為場內(nèi)用地，距離用地紅線較遠，東側(cè)夾泥露筋支護樁比較分散，對于后續(xù)施工比較有利；目前階段已經(jīng)開挖至坑底并施做底板墊層，基坑周邊水平位移及沉降已穩(wěn)定且均在警戒值內(nèi)，說明基坑支護體系有效，拆撐工況時支護樁彎矩會小于最大彎矩值，故現(xiàn)場支護體系現(xiàn)狀能滿足現(xiàn)階段施工需要。

綜上，由于樁身變形及地面沉降均在可控范圍之內(nèi)，支護結(jié)構(gòu)及周邊未見明顯裂縫，可以判定現(xiàn)場支護體系有效，能夠保證現(xiàn)階段情況下的基坑穩(wěn)定。

3 支護結(jié)構(gòu)體系安全性驗算

3.1 對基坑支護設(shè)計計算驗算分析

支護樁內(nèi)力及變形的計算采用平面單元計算的方法[11]，采用天津市《建筑基坑工程技術(shù)規(guī)程》[12](DB 29—202—2010)進行設(shè)計計算。

(1) 變形內(nèi)力驗算結(jié)果為：位移最大為42.4 mm，最大彎矩為540.6 kN·m，最大剪力為192 kN；均滿足要求。開挖至6 m處時，位移最大為32.1 mm，最大彎矩為540.6 kN·m，最大剪力為192 kN；在拆除支撐后，最大位移增加為42.4 mm，增加了10.3 mm；最大彎矩降低為172.6 kN·m；最大剪力降低為為187.2 kN，如圖2所示。

圖2 變形內(nèi)力包絡(luò)圖

(2) 地表沉降驗算：開挖至6 m處時，離坑邊7.87 m處，最大沉降為29.8 mm；在拆除支撐后，離坑邊5.70 m處，最大沉降為28.3 mm，坑邊沉降由原6.0 mm增大為20.7 mm。

通過驗算計算可知，與原設(shè)計計算書基本吻合，原支護設(shè)計方案符合相關(guān)規(guī)范要求，能夠滿足基坑支護要求。

3.2 對支撐體系驗算分析

支撐體系內(nèi)力及位移的計算采用空間整體計算的方法，采用同濟啟明星深基坑支撐結(jié)構(gòu)分析計算軟件BSC V4.1，計算出了冠梁及其支撐體系的位移、彎矩、剪力、軸力。

(1) 冠梁截面和配筋驗算。根據(jù)支撐體系計算，冠梁截面尺寸為1 200 mm×700 mm，最大彎矩特征值為1 901 kN·m , 單排受拉鋼筋截面配筋面積為As=5 027.44 mm2，原設(shè)計圖紙單側(cè)配筋為12Φ25截面積為5 890.8 mm2，滿足要求。

(2) 環(huán)梁截面和配筋驗算。根據(jù)支撐體系計算，環(huán)梁1最大彎矩特征值為1 622 kN·m，截面尺寸為1 800 mm×700 mm，通過PKPM配筋計算，全截面計算配筋面積Astotal=7 038.40 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)根數(shù)不少于28根。因此環(huán)梁1的配筋符合規(guī)范計算要求。

環(huán)梁2最大彎矩特征值為1 036 kN·m，截面尺寸為1 400 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=5 451.30 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)根數(shù)不少于22根，因此環(huán)梁2的配筋符合規(guī)范計算要求。

(3) 支撐截面和配筋驗算。根據(jù)支撐體系計算，支撐1最大軸力值為2 229 kN，截面尺寸為1 400 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=314.20 mm2，截面配筋鋼筋總根數(shù)不少于22根，因此支撐1的配筋符合規(guī)范計算要求。

支撐2最大軸力值為1 784 kN，截面尺寸為800 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=3 151.80 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)總根數(shù)不少于16根，因此支撐2的配筋符合規(guī)范計算要求。

通過以上支撐體系驗算計算可知，原支護設(shè)計方案中，各支撐體系配筋均符合相關(guān)規(guī)范要求，能夠滿足基坑穩(wěn)定性要求。

3.3 對混凝土強度驗算分析

根據(jù)現(xiàn)場混凝土實測數(shù)據(jù)分析，實測混凝土強度最小值為28 MPa，按照混凝土強度為C25時，基坑支護樁彎矩最大工況為開挖至6 m坑底及換撐時最大彎矩值為530.6 kNm，最大變形為43.7 mm，鋼筋配筋面積為6 042.3 mm2，如圖3所示，原設(shè)計圖紙配筋12根Φ25仍能滿足截面配筋需要。

圖3 混凝土為C25時，支護樁內(nèi)力分析圖

4 支護結(jié)構(gòu)處理措施

目前現(xiàn)場支護結(jié)構(gòu)體系有效，且支護樁處于受力狀態(tài)，故不宜進行過多處理[13]，建議進行如下處理措施：

(1) 對于夾泥厚度較薄的支護樁，外露部分全部剔除至良好混凝土層，清除干凈后，采用濕潤養(yǎng)護，使用提高一等級的混凝土噴漿護面，形成混凝土保護層。

(2) 對于夾泥厚度較厚的支護樁，外露部分剔除表面浮土，以10 cm厚度為界，厚度大的夾泥層，剔除10 cm厚，即可使用高一等級的混凝土噴漿護面，形成混凝土保護層。原則上夾泥混凝土樁剔除浮漿即可進行后續(xù)噴漿工作。

(3) 對于鋼筋外露的支護樁，進行除銹及周邊剔除清理至良好混凝土層，使用高一等級混凝土噴漿護面，形成混鋼筋凝土保護層。

(4) 對于基坑西側(cè)支護樁露筋情況密集的情況，剔除過程中，對于連續(xù)鋼筋外露的支護樁，應(yīng)當采用隔二跳一剔除，并及時噴漿護面；對于基坑?xùn)|側(cè)、南側(cè)、北側(cè)，存在部分露筋或夾泥情況，針對不同情況采用以上不同措施，保證及時剔除、及時噴漿，以5根樁為一組進行剔除、噴漿，嚴禁大面積統(tǒng)一連續(xù)剔除及剔除后靜置時間過長不及時噴漿護面等現(xiàn)象。

(5) 極少部分支撐桿件底部漏筋現(xiàn)象，由于目前支撐桿件負荷較大，不宜進行剔除，以免擾動失穩(wěn)，直接使用高一等級混凝土(C35)噴漿護面，形成混鋼筋凝土保護層，防止鋼筋繼續(xù)銹蝕(針對漏筋的現(xiàn)象進行噴漿處理、噴漿厚度按照鋼筋保護層厚度50 mm即可)。

(6) 部分樁間土脫落現(xiàn)象，由于樁間距較小，且目前已經(jīng)開挖到基坑底部，支護樁處于滿負荷受力狀態(tài)，不宜進行過多擾動，原則上不進行處理；對于止水帷幕滲漏沖刷樁間土的情況，應(yīng)當先進行插入引流管引流周邊使用快干水泥進行封堵，滲漏嚴重地方需在該處帷幕外側(cè)使用雙液注漿封堵帷幕漏洞；對于因坑外雨水漫過帷幕攪拌樁頂導(dǎo)致樁間土脫落嚴重地方，進行掛網(wǎng)、樁間填充(填充物可為小袋水泥包、水泥袋子、磚塊外包海帶等)、填充之后注水泥漿、樁間噴射混凝土漿處理，地表滲漏坑洞部位需用土回填壓實高于地表、上部使用彩條布等苫蓋保護，防止雨水再次沖刷、滲水。

(7) 對于地勢較低地方，為防止地表水流入基坑沖刷樁頂部樁間土，需先墊高基坑周邊后進行夯實，然后基坑頂部周邊增設(shè)240 mm×240 mm截水臺。

(8) 支護體系為臨時結(jié)構(gòu)，支護結(jié)構(gòu)具有很強的時效性，現(xiàn)階段已經(jīng)開挖至坑底且正值雨季，施工單位當盡快施工，施做底板，保證基坑穩(wěn)定安全。

5 拆撐順序要求

根據(jù)現(xiàn)場施工情況，底板墊層已經(jīng)施工完成，四周邊梁已澆筑，邊梁高度為1.2 m，按照原設(shè)計要求，在基礎(chǔ)底板澆筑完成且形成傳力帶滿足拆撐條件后可進行拆撐[14]。

(1) 拆撐順序原則上按照“先拆西側(cè)，后拆東側(cè)，先拆環(huán)撐，再拆角撐，最后拆對撐”原則。由于基坑西側(cè)為場地內(nèi)辦公樓，距離紅線較遠，場地東側(cè)10 m處為珠江一街，故建議先拆除西側(cè)環(huán)撐，逐步釋放應(yīng)力，詳情可按照圖4圖示數(shù)字順序依次拆除。拆撐總時間不少于15 d。

(2) 對于支護樁露筋比較集中基坑西側(cè)，建議先進行卸荷處理，再進行拆撐，卸荷深度為0.8 m，寬為5 m。

(3) 拆撐過程中，應(yīng)當加強樁體、支撐桿件裂縫觀測和坑外變形監(jiān)測和巡視。

圖4 拆撐順序示意圖

6 拆撐變形監(jiān)測及分析

6.1 布點及監(jiān)測要求

根據(jù)樁撐支護體系排樁的內(nèi)力、變形分布及演化過程的研究[15]。本項目北側(cè)和東側(cè)為已建成市政道路，需重點監(jiān)測，如圖5所示。

圖5 布點平面圖

支撐拆除過程中應(yīng)當加強監(jiān)測及現(xiàn)場巡視，主要進行3倍基坑開挖深度范圍內(nèi)周邊環(huán)境監(jiān)測，重點監(jiān)測項目包含基坑支護樁水平位移監(jiān)測、基坑周邊道路及周邊管線沉降觀測等。施工單位應(yīng)加強現(xiàn)場巡視，重點巡視基坑滲漏水狀況、道路裂縫情況、支護樁及冠梁支撐體系是否出現(xiàn)裂縫、基坑周邊超載情況等。

嚴格按照基坑監(jiān)測方案要求，支撐拆除開始到支撐拆除完成3 d內(nèi)，監(jiān)測頻率保證每天不少于一次。監(jiān)測頻率及監(jiān)測預(yù)警值見表2、表3。

表2 監(jiān)測頻率

表3 監(jiān)測預(yù)警值

6.2 監(jiān)測結(jié)果分析

由監(jiān)測數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，基坑拆除期間周圍道路周邊管線沉降觀測點總沉降值為1.86 mm，支護樁水平位移總沉降值為20.0 mm，地下水單日最大沉降為63 mm，最大累計變化量為550 mm，均符合規(guī)范及設(shè)計要求，且遠小于設(shè)計計算值[16]。故拆撐期間周邊沉降未對周邊道路及管線產(chǎn)生較大影響。

7 結(jié) 語

對于支護結(jié)構(gòu)的鉆孔灌注樁，混凝土樁夾泥及鋼筋外露等問題，首先應(yīng)分析維護結(jié)構(gòu)是否處于有效狀態(tài)，如能夠保證基坑穩(wěn)定，則不應(yīng)進行過多的剔除擾動，剔除夾泥會導(dǎo)致樁身強度減小，影響基坑安全；其次，需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上對露筋結(jié)構(gòu)進行噴漿處理，保證噴射混凝土與樁身能夠有效結(jié)合，防止鋼筋繼續(xù)銹蝕；最后，拆撐時應(yīng)當充分結(jié)合現(xiàn)場周邊情況，并盡量避免缺陷支護樁的受力增加，并制定嚴密的監(jiān)測方案，有效掌控基坑情況，確?；拥姆€(wěn)定性，安全性。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，此項目支護體系的安全性評估驗算有效、處理措施得當，拆撐順序合理，為類似工程提供較好的借鑒意義。