深厚砂層場地基坑錨索失效的處理措施研究

周建雄，周洪濤

（深圳市勘察研究院有限公司 深圳518026）

關(guān)鍵字：深厚砂層；深基坑；錨索失效；底板換撐；信息化施工

0 引言

樁錨支護(hù)體系是一種常用的基坑支護(hù)方式，廣泛應(yīng)用于各類市政、水利、房建等項(xiàng)目基坑中。由于砂層自穩(wěn)性差、透水性強(qiáng)，錨索在砂層中施工時(shí)易發(fā)生塌孔、涌水涌砂、注漿不密實(shí)等現(xiàn)象，出現(xiàn)成錨困難甚至錨固失效等問題，需要采取針對性的措施，以確?；影踩?-4］。

通過對深圳市某深厚砂層地區(qū)基坑錨索失效實(shí)例的原因分析及事故處理措施比選，采用了預(yù)留土臺、分步分區(qū)開挖、底板換撐及信息化施工的措施，有效地解決了錨索失效導(dǎo)致的險(xiǎn)情，避免工期延誤，節(jié)約了工程造價(jià)，為類似工程事故提供處理措施參考。

1 工程概況

深圳市坪山區(qū)某房建項(xiàng)目總用地面積約49 822 m2，周長約1 053 m，設(shè)置2 層地下室，基坑開挖深度9.7～10.6 m。基坑周邊主要有市政道路，市政道路下有雨水、污水、通訊和燃?xì)獾裙芫€。

場地原始地貌單元為沖積階地，原為廠房，現(xiàn)已拆除?；娱_挖主要揭露①人工填土層、②礫砂層、③含角礫粘性土層，其中礫砂層呈稍密-中密狀態(tài)，局部相變?yōu)榉凵?、中砂或圓礫，局部夾少量粘性土層，厚可達(dá)10.3 m。該層在中下部分布較多直徑約2～5 cm的小卵石，場地下伏含砂泥巖及大理巖，大理巖內(nèi)溶洞發(fā)育，上部含角礫粘性土層中局部探明有土洞，地下水位埋深約2.2 m。

為創(chuàng)造開闊的地下室施工空間，避免采用內(nèi)支撐影響主體結(jié)構(gòu)的施工，該基坑主要采用樁錨支護(hù)，豎向設(shè)置2 道預(yù)應(yīng)力錨索，局部采用雙排樁或坡率法支護(hù)，基坑止水采用樁間φ650@450 型三軸攪拌樁全封閉截水帷幕（見圖1）?？紤]到深厚砂層中錨索的施工風(fēng)險(xiǎn)及難度，項(xiàng)目要求錨索在砂層中采用專業(yè)套管跟進(jìn)成孔工藝，并在水泥漿液中摻加復(fù)合膨脹劑和高效減水劑，錨索采用二次注漿成錨［5］。本工藝方法在本項(xiàng)目大部分區(qū)域得到有效實(shí)施，但在基坑?xùn)|側(cè)局部支護(hù)段出現(xiàn)錨索失效。

圖1 基坑周邊環(huán)境及支護(hù)方式Fig.1 Surrounding Environment and Support Form of Foundation Pit

2 錨索失效情況

基坑開挖至第2道錨索標(biāo)高位置，正在進(jìn)行第2道錨索成孔施工，第三方監(jiān)測單位在進(jìn)行錨索內(nèi)力監(jiān)測時(shí)，發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|側(cè)第1道錨索有異響，經(jīng)復(fù)測，該處基坑第1 道錨索內(nèi)力由279.41 kN 突然下降至47.90 kN，認(rèn)為該道錨索已經(jīng)失效，對應(yīng)支護(hù)段長度約40 m。

失效錨索位于基坑?xùn)|側(cè)，該側(cè)有市政路，市政路下有污水及雨水管線，該處采用樁錨支護(hù)，圍護(hù)樁為φ1.0m@1.6 m旋挖灌注樁，樁長17.6 m，嵌固長度7.0 m，豎向設(shè)置2道預(yù)應(yīng)力錨索，第1道錨索長25 m，錨固段長18 m，第2道錨索長22 m，錨固段長15 m，錨索入射角度25°，錨索采用3 根7φ5 型鋼絞線，錨固體直徑150 mm，錨索成孔施工采用專業(yè)套管全長跟進(jìn)，2 次注漿成錨，第1 次采用常壓注漿，第2 次采用高壓注漿，注漿壓力2.0～3.0 MPa（見圖2）。

圖2 錨索失效位置剖面Fig.2 Profile in the Position of Anchor Failure

由于錨索失效，冠梁頂水平位移、地表水平位移、地面沉降及管線沉降監(jiān)測數(shù)值均發(fā)生一定程度的突變，位移突變發(fā)生在7 月11 日錨索失效當(dāng)天，隨后即趨于穩(wěn)定（見圖3）。

3 錨索失效原因分析

基坑?xùn)|側(cè)局部支護(hù)段錨索失效的原因，應(yīng)結(jié)合該位置周邊環(huán)境、地層情況及當(dāng)前施工進(jìn)度等因素進(jìn)行綜合分析［6］。

圖3 錨索失效期間位移監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.3 Monitor Data in the Meantime of Anchor Failure

錨索失效位置的地層中有9.5 m 厚的礫砂層，第1道錨索有12.0 m 長錨固段位于礫砂層中，場地地下水埋深2.2 m。第2道錨索成孔位置位于地面以下6.4 m，錨索開孔處水頭高度4.2 m，施工過程中有少量砂土從孔口流出。在富水砂層中施工第2道錨索導(dǎo)致的水土流失，是引起第1 道錨索失效的主要原因。該支護(hù)段礫砂層上部有雨水、污水管線，管徑較大且為易漏水的承插式接頭，經(jīng)多年運(yùn)行后，管節(jié)周圍砂土變得松散，使砂土更易受錨索成孔擾動(dòng)而流失。由于采用了全長套管跟進(jìn)成孔工藝，水土流失現(xiàn)象被控制在一定范圍內(nèi)，錨索松動(dòng)后重新被砂層握裹，仍能持有少量荷載。

另外勘察發(fā)現(xiàn)場地含角礫粘性土層中局部存在土洞，第2 道錨索打入該土層中，存在擊穿土洞、造成土洞失穩(wěn)的可能，土洞失穩(wěn)，上部砂土下沉補(bǔ)充，可引起錨索失效。但經(jīng)現(xiàn)場施工反映鉆孔未鉆入空洞區(qū)，周邊未發(fā)現(xiàn)明顯沉降或塌陷，排除了該種失效原因。

4 處理技術(shù)措施

從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，錨索失效后雖各項(xiàng)指標(biāo)發(fā)生突變，但并未達(dá)到監(jiān)測預(yù)警值，距基坑變形控制值40 mm還有一定余量［7］，且突變后變形即趨于穩(wěn)定，基坑在此時(shí)仍處于安全狀態(tài)。但由于還有4.2 m 高土方需要開挖才能到達(dá)基坑底標(biāo)高，需采取技術(shù)措施處理，以滿足后續(xù)基坑開挖的變形控制要求。

4.1 方案比選分析

⑴方案1：新增錨索，以替換失效錨索。由于目前基坑已開挖至第2 道錨索標(biāo)高位置，在目前標(biāo)高位置新增錨索難以滿足基坑嵌固穩(wěn)定性的要求，新增錨索會與第2 道錨索產(chǎn)生群錨效應(yīng)，錨固力無法充分發(fā)揮，若在第1道錨索標(biāo)高附近位置增設(shè)錨索，則需拉土回填或搭設(shè)腳手架以形成錨索施工平臺，在新增錨索達(dá)到齡期并張拉鎖定后，方可進(jìn)行后續(xù)土方開挖，工期長、費(fèi)用高。另外，鑒于目前已經(jīng)在該位置發(fā)生錨索失效的情況，不宜繼續(xù)在砂層中進(jìn)行錨索施工。

⑵方案2：局部逆作［8］，錨索失效處地下室區(qū)域最后一跨暫緩?fù)练介_挖，待其它區(qū)域地下室結(jié)構(gòu)完工后，逆作地下室最后一跨，用地下室樓板支撐替換失效錨索。由于項(xiàng)目工期緊，無法承受逆作法造成的工期滯后影響，該處無土方出口，后期土方運(yùn)輸不順暢，不利于施工場地的有效周轉(zhuǎn)使用。

⑶方案3：預(yù)留土臺，分步分區(qū)開挖，采用底板換撐，信息化施工［9］。結(jié)合地下室底板后澆帶的設(shè)置，對受錨索失效影響的支護(hù)段進(jìn)行區(qū)段劃分，控制每次開挖的長度范圍，先挖區(qū)域施工底板時(shí)，將底板延伸澆筑至支護(hù)樁邊，形成底板支撐后，再開挖其他區(qū)域。實(shí)施階段加密變形監(jiān)測，做好應(yīng)急預(yù)案，確?；釉诎踩€(wěn)定的前提下進(jìn)行土方開挖。

4.2 現(xiàn)場實(shí)施

⑴失效錨索重新張拉：為充分利用錨索的剩余強(qiáng)度，同時(shí)避免錨頭松弛影響，對失效錨索進(jìn)行重新張拉鎖定，錨索重新張拉時(shí)，若錨頭位移不收斂，應(yīng)停止加載?，F(xiàn)場將錨索重新張拉至320 kN鎖定，后續(xù)監(jiān)測到錨索拉力逐步衰減，后穩(wěn)定于180 kN。

⑵土方開挖：因當(dāng)前監(jiān)測數(shù)據(jù)距預(yù)警值仍有部分余量，且錨索重新張拉后有一定剩余強(qiáng)度，為減少分區(qū)預(yù)留土臺的占地空間，便于現(xiàn)場施工布置，基坑整體開挖1.2 m高土方，剩余3.0 m高待開挖土方。

⑶根據(jù)塔樓底板的布置，將錨索失效支護(hù)段分為A、B、C共3段（見圖4），其中A段為先挖段，長約15 m，其范圍與塔樓底板邊界相對應(yīng)，便于將塔樓底板延伸至支護(hù)樁邊進(jìn)行支撐，B段和C段為后挖段，每段長約13 m，支護(hù)樁前方先保留土臺，待底板換撐完成后挖除，具體施工順序如下：

①開挖A 支護(hù)段，并施工樁側(cè)掛網(wǎng)噴面，B 和C段預(yù)留土臺，土臺頂寬3.0 m，底寬6.0 m，土臺邊坡坡率1∶1，坡面掛網(wǎng)噴面，坡面設(shè)泄水孔；

②施工B 棟塔樓，塔樓底板與A 段底板（圖4 陰影部分）一同澆筑，A 段底板澆筑至支護(hù)樁邊以形成對支護(hù)樁的支撐，將底板后澆帶設(shè)置在A 段與B、C 段的交界處；

③待A 段底板混凝土強(qiáng)度達(dá)80%后，挖除B、C段土臺，施工其他區(qū)域底板，為加強(qiáng)底板支撐效果，B、C段底板也澆筑至支護(hù)樁邊。

圖4 施工分區(qū)平面Fig.4 The Plan of Construction Division

4.3 變形監(jiān)測

基坑采用信息化施工，錨索失效段作業(yè)時(shí)，應(yīng)加密對復(fù)雜支護(hù)段冠梁頂水平位移、地表水平位移及地表沉降的監(jiān)測［10，11］，期間監(jiān)測變形情況如圖5 所示，圖5 中各時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)工況如下：①07-20 對第1 道錨索重新張拉，位移監(jiān)測無明顯變化；②08-05對達(dá)齡期的第2 道錨索進(jìn)行張拉，位移監(jiān)測無明顯變化；③08-15～08-25期間，對整個(gè)基坑開挖1.2 m厚土方，位移監(jiān)測有2.12 mm 的變化量；④08-30～09-25，由坑內(nèi)向側(cè)壁開挖A 段土方，該時(shí)間段位移監(jiān)測發(fā)生明顯變化，其中樁頂水平位移變化最為明顯，變化量達(dá)6.43 mm，總量達(dá)30.38 mm，但各項(xiàng)監(jiān)測指標(biāo)均未達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)警值；⑤09-25～11-25，施工樁基及地下室底板，期間位移監(jiān)測緩慢變化后基本趨于穩(wěn)定，于11-10 左右樁頂水平位移超過預(yù)警值，由于此時(shí)位移變化量較小，且距離監(jiān)測控制值40 mm 仍有一定余量，現(xiàn)場綜合分析后，確定加快支護(hù)樁附近區(qū)域的底板施工，盡快將底板支撐于支護(hù)樁上；⑥11-25～11-30，A 段底板澆筑至支護(hù)樁邊，位移監(jiān)測無明顯變化；⑦12-15～12-20，開挖B、C 段土方，期間位移監(jiān)測僅有少量變形，其中樁頂變形量為0.88 mm。

圖5 位移監(jiān)測數(shù)據(jù)Fig.5 Monitor Data of Deformation

上述監(jiān)測結(jié)果表明，采用預(yù)留土臺、分區(qū)開挖、底板換撐的施工方案，地下室底板有效地補(bǔ)償了錨索失效導(dǎo)致的支點(diǎn)反力損失，采取措施后，整個(gè)施工過程中基坑新增變形量較小，基坑安全穩(wěn)定。信息化施工為項(xiàng)目施工提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

以深圳某深厚砂層區(qū)域樁錨支護(hù)基坑為案例，詳細(xì)介紹了錨索失效的過程和原因，綜合考慮現(xiàn)場施工條件、項(xiàng)目工期要求、主體結(jié)構(gòu)布置情況及基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)，采取了預(yù)留土臺、分步分區(qū)開挖、底板換撐、信息化施工的處理措施，有效地解決了錨索失效帶來的風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)約了項(xiàng)目工期及造價(jià)，取得較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。