基坑變形原因分析及處理措施

張紹寶

(四川廣匯建設(shè)有限公司，四川廣元628000)

廣匯花園工程項(xiàng)目位于廣元市區(qū)，為高層建筑，各主樓地上12層、24+1層、25層、30層不等，地下設(shè)兩層地下室。根據(jù)中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司提供的該工程《廣匯花園項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》，以中風(fēng)化泥巖或中風(fēng)化砂巖層作為樁基持力層。根據(jù)中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司提供的設(shè)計(jì)文件表明主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用人工挖孔擴(kuò)底灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，但應(yīng)大于或等于6 m。應(yīng)通過(guò)施工勘察確定樁底3D深范圍內(nèi)無(wú)空洞、破碎帶、軟弱夾層等不良地質(zhì)條件;基礎(chǔ)形式為樁筏，筏板基礎(chǔ)的埋深為－9.35以下，基坑類(lèi)別為一級(jí)。根據(jù)《巖土工程勘察報(bào)告》反映該地形情況較復(fù)雜。

在基坑南側(cè)⑥～?瑏瑦軸段，在防滑樁施工完畢后，土方分層開(kāi)挖至地面下5.0 m左右時(shí)，圍墻根部且平行邊坡出出現(xiàn)了一條寬2～5 mm、長(zhǎng)約40 m的裂縫，冠梁向基坑內(nèi)位移35～45 mm，其變形遠(yuǎn)大于預(yù)期設(shè)想，出現(xiàn)嚴(yán)重的安全隱患。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌及地層

根據(jù)《廣匯花園項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》，場(chǎng)地地貌單元屬于嘉陵江二級(jí)階地，場(chǎng)區(qū)地層構(gòu)成及特征

據(jù)鉆探揭露，場(chǎng)區(qū)土層主要為第四系人工回填土(Qml4)、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層(Qal+pl3)及侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組(J2s)。場(chǎng)地地層自上而下主要為:

①－1雜填土(Qml4):雜色、松散、濕，主要由建筑垃圾組成。堆積時(shí)間較短，為新近回填土，層厚0.60～4.00 m。該層主要分布于1棟和2棟樓層所在場(chǎng)地。

①－2素填土(Qml4):褐色、松散、濕，主要由粉質(zhì)黏土構(gòu)成?；靥顣r(shí)間較短，為新近回填土。層厚約0.90～6.00 m。該層分布于整個(gè)場(chǎng)地。

②粉質(zhì)黏土(Q3al+pl):褐色、可塑、硬塑，無(wú)搖振反應(yīng)，稍有光澤，干強(qiáng)度高，韌性中等。含較多鐵錳質(zhì)氧化物，少量鈣質(zhì)結(jié)核，層厚5.30～13.40 m。分布于整個(gè)場(chǎng)地。

③稍密卵石(Q3al+pl):褐灰色，濕～飽和，卵石粒徑2～10 mm，其母巖成份以巖漿巖為主，沉積巖次之，亞圓形，中等風(fēng)化～微風(fēng)化，卵石含量約45%左右，其中混有較多礫石(約20%左右)，充填物為黏性土。層厚0.50～1.70 m，N120動(dòng)力觸探擊數(shù)1～4擊。

④－1強(qiáng)風(fēng)化砂巖(J2s):淺黃色～黃褐色，細(xì)砂結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，呈巨厚層產(chǎn)生，其礦物成份主要為長(zhǎng)石、石英，強(qiáng)風(fēng)化，可用手捏碎巖塊。層厚為0.7～1.6 m，層頂高程為466.48～470.64 m。

④－2中等風(fēng)化砂巖(J2s):淺黃色，層理清晰，細(xì)砂結(jié)構(gòu)，斜層理構(gòu)造，呈巨厚層產(chǎn)生，其礦物成份主要為長(zhǎng)石、石英，夾泥質(zhì)團(tuán)塊，局部夾較多泥巖，中風(fēng)化。巖芯采取率達(dá)90%以上。巖石為軟巖，巖體完整程度為較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。層厚為1.3～5.20 m，層頂高程為468.46～469.44 m。

⑤－1強(qiáng)風(fēng)化泥巖(J2s):紫紅色，泥狀結(jié)構(gòu)，以黏土礦物為主，夾薄層砂巖。風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈強(qiáng)風(fēng)化，可用手捏碎巖塊，用鎬可挖掘。分布于整個(gè)場(chǎng)地，層厚0.70～3.40 m，層頂高程為465.43～470.25 m。

⑤－2中等風(fēng)化泥巖(J2s):紫紅色～紫褐色，泥狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀，以黏土礦物為主，中等風(fēng)化，巖體較完整，用鎬難挖掘。在場(chǎng)地中部分孔中有揭露，最大揭露厚度10.30 m，該層未揭穿。

1.2 地基土物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)《廣匯花園項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》，場(chǎng)地地基土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)摘錄見(jiàn)表1。

該場(chǎng)地地下水類(lèi)型為上層滯水和基巖裂隙水。其中，上層滯水主要賦存于第四系填土及粉質(zhì)黏土層中，主要受大氣降水補(bǔ)給，基巖裂隙水以地下徑流形式排泄。勘察期間正值地下水平水期，地下水靜止水位埋深為3.10～4.10 m，相應(yīng)高程為476.51～478.18 m。據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料，該場(chǎng)地地下水水位變幅在1.00～2.00 m之間，歷史最高地下水水位按標(biāo)高479.00 m取值。該場(chǎng)地含水層的平均滲透系數(shù)k值約為4 m/d。

表1 巖土的工程特性指標(biāo)建議值

2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及其變形失穩(wěn)

2.1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)周?chē)h(huán)境條件分析，將采取直立開(kāi)挖方式施工，由于直立邊坡高達(dá)10.90 m，地層主要是黏性土，常規(guī)的砌墻或硅酸鹽砌塊支護(hù)方案無(wú)法抵御其較大的側(cè)壁土壓力。綜合分析場(chǎng)地鄰近建筑條件、地質(zhì)條件和基坑支護(hù)成功經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)各方論證采用排樁加錨索支護(hù)體系，并由具有資質(zhì)的單位作基坑支護(hù)專(zhuān)項(xiàng)巖土工程設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖1。

圖1 基坑支護(hù)方案

經(jīng)計(jì)算、比較、分析，排樁加錨索支護(hù)體系設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 基坑支護(hù)方案

續(xù)表2

2.2 裂縫發(fā)展趨勢(shì)

2010年3月10日開(kāi)始對(duì)基坑南側(cè)⑥～?瑏瑦軸段進(jìn)行排樁加錨索支護(hù)體系施工，同年4月15日施工完畢。由于場(chǎng)地地表土為雜填土，土質(zhì)松散，該處道路雨水為無(wú)組織排水，存在部分地下雨水管道滲水。5月18日土方分層開(kāi)挖至地面下5.0 m左右時(shí)，圍墻根部(裂縫距基坑邊緣較近)且平行邊坡處出現(xiàn)了一條寬2～5 mm、長(zhǎng)約40 m的裂縫，冠梁向基坑內(nèi)位移25～30 mm，基坑緊鄰人行道及機(jī)動(dòng)車(chē)主道，且有行人和較多重車(chē)經(jīng)過(guò)，若裂縫繼續(xù)發(fā)展并向外擴(kuò)散，會(huì)嚴(yán)重影響安全。

3 基坑變形失穩(wěn)原因分析

每個(gè)基坑的地質(zhì)條件是特定的，諸多不定因素在設(shè)計(jì)、施工中予以充分考慮，而設(shè)計(jì)采用的施工工藝也是相對(duì)確定的。本工程基坑變形的原因有如下幾個(gè)方面:

(1)基坑表面場(chǎng)地土為雜填土，土質(zhì)松散，土體穩(wěn)定性差。當(dāng)基坑開(kāi)挖至地面－2.2 m時(shí)，發(fā)現(xiàn)大量管道，包括電纜、給水管、移動(dòng)通訊管、電信通訊管、雨水管、原建筑物排水管。由于市政施工，上部回填土未經(jīng)夯實(shí)，并有多處出現(xiàn)漏水，使空隙水壓力增加，抗剪強(qiáng)度減低。

(2)地表外部荷載的影響?；由峡谶吘壊坏?.0 m處有2.5 m高的240厚實(shí)心磚圍墻，且圍墻與冠梁(基坑邊緣)上口的高差為1.7 m，水平距離為1.2 m，緊鄰基坑有大量重型車(chē)輛經(jīng)過(guò)，增加了坡間荷載。

(3)基坑邊緣排水不暢。由于緊鄰的人行道、綠化帶、機(jī)動(dòng)車(chē)道為剛交付使用，經(jīng)觀察人行道的鋪裝墊層等存在不均勻沉降，有滲水隱患;綠化帶寬度為2.2 m，種植土較松散有滲水隱患;再由于機(jī)動(dòng)車(chē)道為剛交付通行，經(jīng)觀察同樣存在不均勻沉降，瀝青路面存在1～2 mm裂縫現(xiàn)象;且該路段無(wú)雨水排水系統(tǒng)，造成雨水滲漏和直接基坑內(nèi)。

(4)開(kāi)挖不按要求施工。部分為采用盆挖法施工，疏于管理造成超挖，甚至把基坑壁面挖成倒坡，對(duì)基坑穩(wěn)定性造成了不利影響。土方開(kāi)挖用挖掘機(jī)施作，對(duì)開(kāi)完后的邊坡、排樁等應(yīng)及時(shí)用人工修整，并使邊坡壁面具有一定的粗糙度，影響噴射混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

(5)未能及時(shí)注漿。

4 處理措施

(1)回填。在發(fā)現(xiàn)臨街出現(xiàn)裂縫后，經(jīng)有關(guān)部門(mén)實(shí)地考察并研究決定，立即采用回填基坑邊坡腳，回填高度至地表下1 m處。

(2)封閉裂縫。及時(shí)采用水泥砂漿封閉裂縫，避免雨水等地表水從綠化帶及裂縫處下滲。

(3)增設(shè)臨時(shí)排水系統(tǒng)。

(5)更改支護(hù)設(shè)計(jì)方案。根據(jù)上述坑壁變形原因分析，為了確保市政道路、市政管線、行人安全、支護(hù)施工人員及后期土建施工安全，決定將支護(hù)方案改為:冠梁上口直徑630 mm鋼管內(nèi)支撐;樁間土采用噴射混凝土支護(hù)，土層先6.5@200×200的鋼筋網(wǎng);鋼筋與人工挖孔樁護(hù)壁圈中的預(yù)留鋼筋連接，然后安裝、焊接14@1 500×1 500鋼筋加強(qiáng)網(wǎng)，噴射C20混凝土100 mm厚，并間距2.0 m，留置排水孔。此支護(hù)施工邊開(kāi)挖邊進(jìn)行，并確保土方開(kāi)挖時(shí)樁間土盡量平整、垂直。

(6)對(duì)有裂縫及變形的范圍進(jìn)行注水泥漿，以對(duì)土體進(jìn)行加固，提高土體粘聚力。

(7)加快基礎(chǔ)施工進(jìn)度，擋土墻外側(cè)從基礎(chǔ)－9.35 m處換填C20毛石混凝土3.0深。

(8)繼續(xù)加強(qiáng)變形觀測(cè)。

5 幾點(diǎn)體會(huì)

(1)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)前，最好對(duì)基坑邊緣做專(zhuān)項(xiàng)的邊坡勘察，進(jìn)一步查明影響基坑變形及穩(wěn)定的不利條件。

(2)合理安排施工順序，土方開(kāi)挖順序、方法必須與設(shè)計(jì)工況一致，并遵循“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”的原則，且及時(shí)支護(hù)。

(3)防止地下水滲漏，惡化土的物理力學(xué)性能。根據(jù)已有資料，樁間土失穩(wěn)或變形增大多與土體內(nèi)積水有關(guān)。

(4)加強(qiáng)基坑變形觀察，及時(shí)整理基坑變形曲線，做好變形預(yù)警提示。

(5)基坑周邊嚴(yán)禁超堆荷載。

(6)做好專(zhuān)項(xiàng)支護(hù)方案及專(zhuān)家論證，做好專(zhuān)項(xiàng)土方開(kāi)挖方案及專(zhuān)家論證。

［1］ GB 50330－2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］

［2］ 謝建民，肖備．施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施安全設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)［M］．中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007

［3］ 徐國(guó)民，吳道明，楊金和．昆明某訓(xùn)練基地基坑變形失穩(wěn)原因分析［J］．巖土工程界，2003(2):31－31

［4］ 《建筑施工手冊(cè)》審編組．建筑施工手冊(cè)(第四版)［M］．中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003

［5］ GB 50202－2002建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］