基于檢測試驗和動態(tài)監(jiān)測的過渡期基坑風(fēng)險評估

李 姝 張立展

（1.北京市勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100038；2.中航勘察設(shè)計研究院有限公司，北京 100098）

0 引言

基坑支護(hù)是為保證地下結(jié)構(gòu)施工及基坑周邊環(huán)境的安全，對基坑側(cè)壁及周邊環(huán)境采用的支擋、加固與保護(hù)措施；待地下結(jié)構(gòu)施工完畢并回填后，支護(hù)結(jié)構(gòu)即完成使命，支護(hù)結(jié)構(gòu)為臨時性結(jié)構(gòu)，設(shè)計使用年限為1年[1]。而在建設(shè)過程中，出現(xiàn)了較多的基坑因建設(shè)資金不足、業(yè)主方案變更、設(shè)計變更、合同糾紛等原因處于停工狀態(tài)，從而使得基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)處于超期狀態(tài)，對周圍的建筑物、構(gòu)筑物、道路、管線等造成了較大的安全隱患[2]。目前，關(guān)于超期基坑已有諸多研究。馬德云等[3]分析了樁錨支護(hù)體系的超期深基坑對周邊建筑物的沉降影響；林李山[4]評估了地下墻與臨時鋼管支撐組合支護(hù)在超期使用狀態(tài)下的穩(wěn)定性和安全性；羅 康等[5]對超期基坑工程進(jìn)行了檢測鑒定分析；楊庭森[6]闡述了超期服役基坑的質(zhì)量安全評定方法和處理措施；黃敬賢[7]指出應(yīng)根據(jù)具體情況采取不同的加固措施，并加強(qiáng)監(jiān)測，才能確保超期基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全；張鑫全[8]利用監(jiān)測數(shù)據(jù)評估了基坑超期使用再開挖對周圍環(huán)境的影響；張兆龍[9]探討了基坑擱置前后支護(hù)樁變形規(guī)律；張欽喜等[10]對超期服役基坑開展了監(jiān)測和數(shù)值分析；門 彬[11]利用ABAQUS有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了影響超期服役基坑變形規(guī)律的關(guān)鍵因素。針對超期服役的深基坑，常規(guī)做法是在建設(shè)主管部門的監(jiān)督下，由建設(shè)或施工單位組織專家組對深基坑安全重新進(jìn)行論證評審[12-13]。

超期基坑中有一類長期處于待施工狀態(tài)，其超期期限長達(dá)5年甚至更久，期間進(jìn)行加固以確?；影踩?。本研究將加固設(shè)計至繼續(xù)開挖前的這段時間定義為過渡期，過渡期基坑的安全狀態(tài)具時效性，其風(fēng)險亦不可忽視，需對其進(jìn)行安全評估。本文通過對某過渡期基坑工程的第三方檢測和動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，考慮錨索預(yù)應(yīng)力損失、土體強(qiáng)度折減等因素計算基坑整體穩(wěn)定性，定量判斷與定性分析相結(jié)合，從而對過渡期基坑進(jìn)行全面、客觀、準(zhǔn)確的風(fēng)險評估，提出相應(yīng)的加固措施，滿足基坑使用功能要求。

1 工程概況

項目位于北京市東城區(qū)，地塊北鄰地鐵7 號線，西鄰地鐵5 號線，東鄰石板胡同，南鄰新生巷。建筑±0.00=42.50 m，框架結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，地上3 層，地下2～3 層，東西長約178 m，南北寬約114 m，基坑設(shè)計深度14.38～19.28 m。

根據(jù)本工程巖土工程勘察報告，勘探深度范圍內(nèi)（最深60.00 m）的地層，按成因類型、沉積年代可劃分為人工堆積層和第四紀(jì)沉積層兩大類，按其巖性及工程特性進(jìn)一步劃分為12 個大層。黏質(zhì)粉土素填土、砂質(zhì)粉土素填土①層，細(xì)砂、粉砂②層，重粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土③層，細(xì)砂、中砂④層，粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土⑤層，細(xì)砂、中砂⑥層，黏土、重粉質(zhì)黏土⑦層，圓礫、卵石⑧層，黏土、重粉質(zhì)黏土⑨層，卵石⑩層，粉質(zhì)黏土、重粉質(zhì)黏土?層，卵石?層。勘察期間于鉆孔中實測到3 層地下水，各層地下水水位情況及類型見表1，場區(qū)內(nèi)地下水歷年最高水位標(biāo)高為39.90 m 左右，近3-5年最高地下水水位標(biāo)高為30.70 m 左右(不包括上層滯水)。

表1 地下水情況一覽表

基坑支護(hù)設(shè)計主要采用“上部擋土墻+下部樁錨”支護(hù)體系，近地鐵5 號線區(qū)間隧道段采用“擋土墻+雙排樁+預(yù)應(yīng)力錨桿”支護(hù)體系，地下二層與地下三層銜接部位采用土釘墻支護(hù)。地下水控制采用支護(hù)樁間設(shè)置旋噴樁止水以及支護(hù)樁后設(shè)置三軸攪拌樁帷幕止水，坑內(nèi)疏干措施。 基坑于2014年7月動工，至2015年1月施工完成了支護(hù)樁、帷幕旋噴樁、冠梁、擋墻和部分錨桿，土方開挖深度約10 m，之后基坑處于停工狀態(tài)。為確?；影踩€(wěn)定，于2018年進(jìn)行維護(hù)加固等工作?，F(xiàn)因不能按原計劃時間節(jié)點復(fù)工，預(yù)計基坑過渡期延至2022年底，為確?；佑谶^渡期內(nèi)安全穩(wěn)定，對其進(jìn)行風(fēng)險評估。

2 現(xiàn)場調(diào)查及檢測試驗

2.1 現(xiàn)場調(diào)查

樁間噴射砼面板大體完好，局部出現(xiàn)鼓脹開裂（見圖1）；土釘墻面板大部濕潤，局部坡肩出現(xiàn)開裂破損，下階中部局部面板破損形成空洞；鋼腰梁普遍銹蝕，銹蝕層厚度約0.18 mm。

圖1 樁間砼面板開裂、鼓脹

2.2 探地雷達(dá)

采用美國GSSI 公司的SIR-30E 型探地雷達(dá)探測基坑周邊地面以下5 m 范圍內(nèi)土體密實情況，該儀器具有系統(tǒng)高度集成化、數(shù)字化、分辨率高、可實時數(shù)據(jù)處理和信號增強(qiáng)等特點。探測揭示基坑西側(cè)地面以下約2～5 m 深度范圍內(nèi)存在輕微疏松的異常反映區(qū)域（見圖2）。

圖2 探地雷達(dá)典型圖譜

2.3 混凝土回彈試驗

采用HT-225 型混凝土回彈儀、TH-01 型碳化深度測定儀，確定護(hù)坡樁、擋墻和冠梁的混凝土抗壓強(qiáng)度，試驗表明樁身混凝土強(qiáng)度范圍為31.00～59.80 MPa，平均值為40.11 MPa；冠梁混凝土強(qiáng)度范圍為30.50～46.90 MPa，平均值為38.82 MPa；擋墻混凝土強(qiáng)度范圍為30.50～45.40 MPa，平均值為36.48 MPa；其混凝土強(qiáng)度均能達(dá)到C30 混凝土的設(shè)計要求強(qiáng)度。

2.4 錨桿驗收試驗

錨桿驗收試驗顯示加至最大試驗荷載時，錨桿未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，在觀測時間內(nèi)錨桿的位移增量不大于1.0 mm，位移收斂，故判定錨桿驗收合格，抗拔承載力滿足設(shè)計要求。部分錨桿（如第1 道的E126、E127，第2 道的B7、E111）試驗的總位移量和彈性位移量數(shù)值較大（見圖3），推斷現(xiàn)階段其軸向拉力與設(shè)計鎖定值相比存在一定程度的損失。

圖3 典型錨桿驗收試驗Q -s 曲線圖

3 動態(tài)監(jiān)測

3.1 樁頂水平位移

樁頂水平位移監(jiān)測曲線見圖4，隨時間基本趨于穩(wěn)定。最大樁頂水平位移發(fā)生于基坑西側(cè)，集中在2018年12月24日、2019年1月24日和2019年5月24日、2019年6月15日、2019年9月8日。12月、1月為冬季，土體發(fā)生凍脹導(dǎo)致基坑變形較大；5月、6月進(jìn)入汛期，9月降雨次數(shù)增多，監(jiān)測及巡視頻率做相應(yīng)調(diào)整，增加為2 次/月。

圖4 樁頂水平位移-時間監(jiān)測曲線圖

3.2 樁頂豎向位移

樁頂豎向位移隨時間基本趨于穩(wěn)定（見圖5），最大樁頂豎向位移主要發(fā)生于基坑南側(cè)和東側(cè)，集中在2019年1月24日、2019年2月24日和2019年7月23日、2020年3月23日，1月土體發(fā)生凍脹產(chǎn)生較大豎向變形；2月、3月地表冰水融化導(dǎo)致下沉，2019年2月24日現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|側(cè)樁體有滲水現(xiàn)象；7月降雨次數(shù)增多，監(jiān)測及巡視頻率也做相應(yīng)調(diào)整，增加為2 次/月。

圖5 樁頂垂直位移-時間監(jiān)測曲線圖

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示護(hù)坡樁樁頂累計豎向位移達(dá)-15.20～5.04 mm，半數(shù)監(jiān)測點的樁頂垂直位移超過-10 mm，但對應(yīng)的樁頂水平位移未見異常，因此可初步判斷該豎向位移主要是由于樁端沉淀層固結(jié)沉降引起。

3.3 周邊地表沉降

目前所有觀測點的沉降累計值均未超出預(yù)警值，隨著時間推移其變化平緩，逐漸趨于穩(wěn)定（見圖6），值得注意的是變形最大值集中出現(xiàn)在2019年1月24日，樁頂水平和垂直位移也普遍出現(xiàn)最大值情況，說明土的凍融現(xiàn)象對基坑有顯著的影響。2019年11月25日基坑西側(cè)地表監(jiān)測點因路面重新鋪設(shè)導(dǎo)致測點破壞無法正常監(jiān)測。

圖6 地表沉降-時間監(jiān)測曲線圖

3.4 錨索軸力

錨索軸力監(jiān)測曲線見圖7，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示ZL-03-01 和 ZL-04-01 錨索軸力均超過設(shè)計軸力標(biāo)準(zhǔn)值，約為設(shè)計軸力標(biāo)準(zhǔn)值的1.1～1.4 倍，但近1年變化微??；ZL-09-01 軸力損失無力，近1年處于穩(wěn)定狀態(tài)，可能為軸力傳感系統(tǒng)故障；其他監(jiān)測點反映現(xiàn)階段錨索軸力均小于設(shè)計鎖定值，為設(shè)計鎖定值的35%～86%，結(jié)合錨桿驗收試驗成果，表明錨索出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象。基坑錨索預(yù)應(yīng)力損失規(guī)律現(xiàn)場試驗研究[14]指出錨索錨固體與周圍地層發(fā)生的脫黏滑移是產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失的重要原因，錨拉力越大，錨索預(yù)應(yīng)力損失越明顯。

圖7 錨索軸力-時間監(jiān)測曲線圖

4 基坑風(fēng)險評估及加固建議

4.1 參數(shù)選取

評價范圍內(nèi)地層分布及其物理力學(xué)指標(biāo)按勘察報告建議采用，但考慮到現(xiàn)狀基坑預(yù)計維持至2022年底，因此地下水位按近3-5年最高水位（30.70 m左右）考慮；基坑西側(cè)地面以下約2～5 m 深度范圍內(nèi)存在輕微疏松的異常反映區(qū)域，相應(yīng)支護(hù)段淺層土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)折減；結(jié)合樁頂垂直位移和樁頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，初步判斷該豎向位移主要是由于樁端沉淀層固結(jié)沉降引起，護(hù)坡樁樁長暫按設(shè)計樁長減0.3 m 考慮；考慮到錨索預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)加力按設(shè)計鎖定值的50%考慮，其他各項均與設(shè)計值一致。

4.2 基坑穩(wěn)定性分析

采用啟明星深基坑支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計計算軟件，選擇典型剖面計算整體穩(wěn)定性，安全系數(shù)均大于 1.35（見表2），滿足現(xiàn)行規(guī)范要求[15]。

表2 過渡期基坑整體穩(wěn)定性計算結(jié)果匯總表

4.3 加固建議

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)鋼腰梁普遍存在銹蝕現(xiàn)象，且隨著時間推移，銹蝕程度將會不斷加劇，進(jìn)而降低腰梁剛度，產(chǎn)生屈服變形；雖然錨索預(yù)應(yīng)力損失對基坑影響較小，但當(dāng)工況改變時，如基坑繼續(xù)開挖、坡頂?shù)孛婧奢d增加等，將導(dǎo)致基坑變形加劇，因此對現(xiàn)狀基坑提出如下建議：

（1）定期巡查（冬春交替期必查）土釘墻和樁間土支護(hù)面板，對開裂、破損及脫落部位及時進(jìn)行補(bǔ)噴加固處理；土釘墻坡面滲水部位采取有效反濾排水措施，防止地下水滲流破壞；探地雷達(dá)揭示的淺層輕微疏松區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)日常巡視或人工探查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

（2）現(xiàn)有鋼腰梁進(jìn)行除銹處理并在其表面涂刷防銹漆，錨頭墊板、預(yù)留鋼絞線全部采用防腐漆處理。未張拉的鋼絞線進(jìn)行簡單防腐處理：自由段鋼絞線涂防腐漆后裝入套管中，自由段套管兩端100～200 mm長度范圍內(nèi)用黃油充填，外繞扎工程膠布固定。

（3）根據(jù)監(jiān)測情況確定錨桿補(bǔ)充張拉要求，當(dāng)基坑位移變大，速率增大時對相應(yīng)部位的預(yù)應(yīng)力損失過大錨桿進(jìn)行補(bǔ)充張拉?；娱_挖前應(yīng)對錨索進(jìn)行補(bǔ)充張拉，以避免錨索預(yù)應(yīng)力損失多，導(dǎo)致基坑產(chǎn)生大變形。

5 結(jié)論

過渡期基坑的安全狀態(tài)具有時效性，本文采用檢測、監(jiān)測相結(jié)合的方法評估其風(fēng)險。開展現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)樁間噴射砼面板、土釘墻面板局部出現(xiàn)開裂，鋼腰梁普遍存在銹蝕現(xiàn)象；通過地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)測定支護(hù)樁后土體狀況，探測揭示基坑西側(cè)地面以下約2～5 m 深度范圍內(nèi)存在輕微疏松的異常反映區(qū)域；運用混凝土回彈儀和碳化深度測定儀判斷支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度均符合設(shè)計要求（C30）；錨索軸力監(jiān)測成果與錨桿驗收試驗結(jié)果均表明錨索出現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象；分析監(jiān)測數(shù)據(jù)實時掌握支護(hù)結(jié)構(gòu)及基坑周邊地表位移變化，長期的觀測發(fā)現(xiàn)土的凍融現(xiàn)象、降水以及樁底沉渣對基坑變形影響顯著?；谏鲜鰴z測和監(jiān)測成果，修正支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)和地層參數(shù)，計算整體穩(wěn)定性，其安全系數(shù)均大于1.35，判斷現(xiàn)階段基坑處于整體穩(wěn)定狀態(tài)。最后，針對性提出加固措施，保證基坑延期使用條件下的可靠性。本文將第三方檢測評估與基坑動態(tài)監(jiān)測相結(jié)合，定量判斷與定性分析相結(jié)合，為這類特殊基坑工程提供了一種全面、客觀、準(zhǔn)確的風(fēng)險評估方法。