某超期限服役的基坑支護工程現狀安全性評估

黃金輝

（福建省建筑科學研究院有限責任公司，福州 350108）

1 引言

21世紀以來，隨著城市基礎工程建設的進行，各種類型的地下空間也被充分發(fā)掘利用，如地下室車庫、地下商業(yè)街、地下倉庫等。地下建構筑物多采用先預加固再明挖建設的工藝，其開挖形成了規(guī)模不一的基坑工程。由于不可預見因素的影響，導致某些項目被長期擱置甚至“爛尾”，已開挖形成的基坑不能在設計規(guī)定使用年限內完成地下結構的建設，致使基坑工程超過規(guī)范及設計文件允許的時限服役[1-3]。針對該類超期限服役的基坑工程，當項目重啟時，基坑周邊環(huán)境及地下建構筑物功能或已發(fā)生變化，為保證基坑內的地下建構物施工安全，需明確既有基坑支護工程能否繼續(xù)使用，以及是否需要加固，因此，有必要對既有基坑的現狀進行安全性評估，以便為基坑支護工程的加固處理提供設計依據[4，5]。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某“爛尾”項目位于晉江市中心城區(qū)，周邊為既有市政道路，基坑頂邊線距市政道路紅線距離0.5～4.1 m。該項目原建筑設1～2層地下室，原基礎采用灌注樁和筏板基礎，于2015年已完成工程樁施工、地下室基坑支護工程施工及地下室土方開挖，并已完成2層地下室底板和1層地下室范圍筏板柱下獨立基礎的澆筑，地下室土方尚未回填。因產權糾紛等客觀因素，該工程完成部分基礎施工后被擱置至今，停工時間長達4年6個月后，項目被新建設單位收購，項目重新啟動。由于基坑支護工程已超出設計使用年限3年以上，且根據最新項目主體結構設計文件，重啟后的新項目使用功能有較大的改變，原基坑支護結構部分不滿足新項目地下建構筑物的功能需要。

2.2 工程地質條件

原場地為丘陵坡地地貌單元，根據地勘報告，場地內影響基坑側壁穩(wěn)定性的土層主要為：①層雜填土、②層粉質黏土、②-A層有機質粉質黏土、②-B層淤泥質土、③層中砂、④層殘積黏性土、⑤層全風化花崗巖。

本場地的地下水類型主要為賦存于①層雜填土中的上層滯水、③中砂中孔隙承壓水以及下部花崗巖風化帶中的風化孔隙-裂隙水；穩(wěn)定地下水埋深為0.20～2.20 m，地下水位變化幅在1.00～5.00 m。

2.3 原基坑支護工程概況

原基坑周長約763 m，開挖深度約為4.10～11.70 m?；影踩燃墳橐患?，重要性系數γ=1.10；設計使用年限為1年。

根據該場地不同的工程地質、水文地質、坑頂的周邊環(huán)境、基坑擬開挖深度等條件，將基坑劃分為12個支護剖面，其中，原基坑剖面1-1～5-5、6A-6A、7-7、8-8、10-10采用土釘墻+掛網噴混凝土的支護方式；剖面9-9采用預應力錨桿+土釘墻+掛網噴混凝土復合土釘墻的支護方式；剖面6-6和11-11采用自然放坡+掛網噴混凝土的支護方式。

2.4 基坑現狀調查

基坑為不規(guī)則閉合體，受多年來降雨影響，基坑積水至1層、2層地下室交界處，水深約4.5 m。目前，已于2019年11月按“降深0.5 m/次、停1 d”并結合監(jiān)測的原則完成基坑內積水的排放。

自2015年基坑開挖形成以來，基坑整體穩(wěn)定性較好，現場基坑頂部未發(fā)現張拉裂縫，基坑側壁未發(fā)現大規(guī)模坍塌，坑壁未發(fā)現滲水現象。但基坑坡腳由于長期泡水，局部噴射混凝土面層坍塌脫落，且部分泄水孔發(fā)生堵塞，雨季時嚴重影響坡內排水，影響邊坡的穩(wěn)定性。

3 既有基坑支護結構現狀使用功能評估

3.1 土釘及錨桿抗拔承載力檢測

在完成基坑積水抽排后，對既有基坑支護結構的使用功能進行檢測鑒定。既有基坑支護主要采用土釘墻或復合土釘墻的支護方式，隨著時間的推移，土釘及錨桿可能發(fā)生蠕變、松弛，進而導致結構抗拔承載力的損失，為查明土釘及錨桿的現狀抗拔承載力能否滿足設計要求，隨機抽取不同剖面中的15根土釘+3根預應力錨桿進行其抗拔承載力驗收試驗。

根據抽查的土釘試驗結果，11根土釘能滿足試驗抗拔承載力能滿足設計要求，土釘抗拔強度合格率為73.3%，其中，土釘的最低抗拔承載力僅為22 kN，遠低于設計值165 kN，錨固功能幾乎失效；抽檢的預應力錨桿承載力滿足設計要求。

3.2 噴射混凝土厚度及強度檢測

為核實噴射C20混凝土護面的功能能否滿足設計要求，隨機選取36個點采集混凝土芯樣進行厚度及強度檢測，因大部分混凝土芯樣長度不足，無法進行抗壓強度檢測，僅對其中的7組試樣進行抗壓強度試驗。

根據取樣檢測結果，噴射混凝土面層厚度38～131 mm，平均值為52.33 mm，原設計值80 mm，且最小值低于設計厚度的60%，不滿足設計要求。坡面噴射混凝土厚度僅58.3%達到設計要求，不滿足規(guī)范要求。對滿足要求的混凝土芯樣分別進行單軸抗壓強度試驗，僅1個試樣噴射混凝土強度滿足設計要求，合格率僅為14.3%；測得試樣抗壓強度試驗值為7.7～22.1 MPa，平均值為12.7 MPa，不滿足規(guī)范要求。

3.3 支護結構使用功能評估

基坑開挖至今約4年6月，支護結構嚴重超期服役，且基坑底部長期泡水，土釘在巖土體的應力松弛效應且場地地下水、場地土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性等不利因素的影響下，導致了土釘抗拔承載力不同程度的損失，已不能達到穩(wěn)定坡面的效果，進行穩(wěn)定性驗算時，應根據實際檢測結果乘一定的系數使用。由于長期暴露受外界環(huán)境影響，基坑側壁的混凝土面層局部呈現裂縫、鼓脹和脫落現象，導致噴射混凝土面層厚度不均勻性大、局部較薄，噴射混凝土強度普遍不能滿足設計要求。

4 現狀基坑變形情況分析

2019年10月16日至2019年12月4日，對基坑進行水平位移及沉降變形進行了觀測，以便明晰既有基坑的動態(tài)變形情況，并確保在基坑積水抽排實施過程中的安全及有效評估基坑整體穩(wěn)定性。根據沉降點監(jiān)測資料，累計垂直位移量為0.89～6.68 mm，最大沉降速率為0.06 mm/d；累計水平位移量為0～4 mm，最大水平位移變化速率為0.143 mm/d（S10、S21點）。圖1為典型的時間-累計沉降量關系曲線，從曲線可以看出，位移量及位移變化速率最大處恰好為基坑抽排水期間，抽水完成后，垂直及水平位移幾乎不變。根據地表位移監(jiān)測數據分析，坑頂水平、垂直位移值及變化速率均較小，變形活動不明顯，基坑未見明顯異常現象。深孔位移監(jiān)測資料顯示，基坑累計水平位移量為3.1～6.72 mm，最大水平位移速率為-0.063 mm/d，位移量最大處恰好為積水抽排期間。

圖1 典型時間-累計沉降量曲線

結合地表位移、深孔位移監(jiān)測數據及現場調查分析表明，目前基坑無明顯變形活動，現狀基坑處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 現狀基坑穩(wěn)定性分析

5.1 穩(wěn)定性評估采取的計算方法

結合前期收集得到的鉆孔柱狀圖及巖土力學參數，利用理正深基坑7.5軟件中的單元計算模塊，采用瑞典條分圓弧滑動法（總應力法）對典型基坑側壁進行整體穩(wěn)定性分析。由于土釘抗拔承載力不同程度的損失，結合檢測資料，對未進行土釘抗拔承載力驗收試驗的剖面1-1～3-3、8-8、10-10土釘抗拔承載力按設計強度值的75%考慮；對于檢測結果滿足設計要求的剖面5-5和7-7，采用土釘抗拔承載力設計值考慮；對于檢測結果不滿足設計要求的剖面4-4和9-9，采用土釘抗拔承載力實測試驗值進行計算。

5.2 穩(wěn)定性評價結果

通過電算得出各個剖面的安全系數（見表1）。從表1中的計算結果可以得出，支護安全系數均大于1.2。既有基坑邊坡均處于穩(wěn)定狀態(tài)，這與現場實際調查結果及基坑監(jiān)測結果一致，但由于部分土釘抗拔承載力的損失，基坑剖面1-1～4-4、6A-6A、10-10的計算安全系數略低于JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規(guī)程》的要求，安全儲備不足，必須進行必要的補強加固。

表1 穩(wěn)定性分析結果匯總表

6 結論與建議

通過對中心市區(qū)某超期服役基坑的現狀調查、基坑監(jiān)測、基坑支護結構檢測以及剖面穩(wěn)定性評價，得到以下結論及建議：

1）原基坑設計使用周期為1年，2015年開挖形成至今約4年6個月，已嚴重超支護工程使用年限。根據現場調查，基坑出現噴射混凝土面層局部產生裂縫、空鼓及部分泄水孔堵塞現象，但未出現大面積成片損壞情況，未發(fā)現漏水現象；部分既有基坑支護結構已達不到原設計要求，監(jiān)測結果顯示基坑未見明顯變形，現狀基坑整體穩(wěn)定性較好，但部分坡面計算安全性系數略低于規(guī)范要求、安全儲備不足。

2）本基坑工程深度較大，且基坑周邊均為市政道路，一旦破壞，造成的損失和不良社會影響巨大?，F有基坑長期暴露，部分支護結構已經破壞起不到應有的作用，增大了破壞的風險，尤其是雨季期間，對基坑工程尤為不利。雖然，目前基坑表現為穩(wěn)定狀態(tài)，一旦不可控因素出現，存在坍塌的可能性，且風險和影響較大，應該應委托有相應資質的設計單位對基坑進行適當的補強加固。

3）為避免基坑可能發(fā)生的失穩(wěn)坍塌等意外情況，應繼續(xù)加強基坑及周邊市政道路的監(jiān)測，并派專人對基坑周邊進行定期巡視，出現險情及時反饋，同時，在施工前應制訂相應的應急處理預案，并備好應急物資。

4）對于噴射混凝土面層厚度及強度不滿足設計要求的，可采用加掛鋼筋網固定后并噴射C20混凝土面層的加固方式。

5）為了滿足新項目設計功能需要，對于安全系數不滿足規(guī)范要求的基坑剖面，應充分利用既有基坑支護結構，建議在既有土釘間補設置土釘或預應力錨桿的方式進行補強加固。