排樁內(nèi)支撐基坑典型失穩(wěn)原因及處理對策分析

虞利軍，王 茸，陳敏軍

(浙江省巖土基礎(chǔ)公司，浙江 寧波 315040)

0 引言

在軟土地區(qū)，排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)[1～3]是常用的一種基坑開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)，該支護(hù)方式技術(shù)成熟，可以有效地控制變形。樁型可根據(jù)實際情況采用鉆孔灌注樁、沉管灌注樁、SMW工法樁等。內(nèi)支撐可采用現(xiàn)澆鋼筋砼支撐、型鋼(鋼管)支撐。

該種支護(hù)結(jié)構(gòu)一般較安全可靠，但如果設(shè)計、施工過程中某環(huán)節(jié)出現(xiàn)不當(dāng)，易導(dǎo)致基坑發(fā)生嚴(yán)重變形甚至失穩(wěn)。本文結(jié)合浙江寧波某基坑工程實例，分析探討排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)的典型失穩(wěn)原因，并提出處理對策，供同行參考。

1 影響排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素

排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)主要由排樁和支撐體系2部分組成，影響其穩(wěn)定性的主要因素有以下2個方面。

1.1 設(shè)計因素

排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計包含2部分，支護(hù)樁設(shè)計和支撐體系設(shè)計，在設(shè)計中常出現(xiàn)的問題包括:

(1)支護(hù)樁樁長不足，樁徑及配筋偏小，導(dǎo)致支護(hù)樁不能承受較大的土壓力而產(chǎn)生踢腳、斷樁等問題，從而引起支護(hù)體系破壞;

(2)支撐梁截面偏小，配筋不足，導(dǎo)致支撐梁開裂甚至斷裂，從而引起支撐與支護(hù)樁不能共同工作，影響整個支護(hù)體系的穩(wěn)定。

1.2 施工因素

在排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中，由于施工單位未按照設(shè)計要求施工，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、破壞的事故時有發(fā)生，主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)支護(hù)樁長度未按照設(shè)計要求施工，灌注樁充盈度不足，鋼筋籠長度不足，下放不到位，導(dǎo)致支護(hù)樁有效樁長不足，從而不能保證支護(hù)樁的有效嵌固深度;

(2)支護(hù)樁主筋配筋減少，灌注砼標(biāo)號降低，導(dǎo)致支護(hù)樁強(qiáng)度、剛度不足，抵抗變形的能力較差;

(3)支撐梁配筋不足，鋼筋焊接質(zhì)量差，或錨固長度未按設(shè)計要求及有關(guān)規(guī)范施工。

以上從設(shè)計、施工角度出發(fā)，分析了影響排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。除此之外，坑邊荷載、基坑挖土出土方向、地下水、地質(zhì)條件等也是影響支護(hù)體系安全性的因素。

2 排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)典型失穩(wěn)原因分析

2.1 工程概況

浙江寧波某工程為商住樓，設(shè)有一座單層地下車庫，基坑平面總體呈矩形，長126 m，寬74 m。基坑設(shè)計挖深計算至地梁墊層底，挖深為5.30～6.70 m。

場地地貌屬濱海淤積平原，地質(zhì)條件差?；娱_挖影響范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)見圖1，土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)表

2.2 支護(hù)設(shè)計方案

支護(hù)型式采用鉆孔灌注樁加一道現(xiàn)澆鋼筋砼水平內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)[5，6]，支護(hù)樁外側(cè)輔以水泥攪拌樁擋土止水，基坑支護(hù)平面布置見圖2。

圖2 基坑平面布置圖

(2)支撐體系采用角撐結(jié)合雙肢對撐的平面布置形式。支撐梁砼強(qiáng)度C30。冠梁尺寸900 mm×600 mm，主支撐尺寸700 mm×600 mm。

2.3 基坑破壞過程

施工單位進(jìn)場施工后，基坑挖土至底板底時，監(jiān)測數(shù)據(jù)反應(yīng)，前一日上午10時深層土體位移較一天前突增30 mm，累計位移量達(dá)到90 mm，施工單位未及時采取加固措施，當(dāng)日凌晨東側(cè)開挖部位發(fā)生突然性嚴(yán)重垮塌，支護(hù)樁上部往坑內(nèi)位移達(dá)1.5 m，環(huán)梁與支撐梁連接處，梁完全斷裂并錯位，坑內(nèi)土體嚴(yán)重隆起，基坑外側(cè)相鄰道路慢車道下土體塌空，迫使道路臨時封閉?；涌逅F(xiàn)場見圖3。

圖3 基坑垮塌現(xiàn)場照片

2.4 失穩(wěn)原因分析

基坑倒塌后，相關(guān)部門馬上召開處理會議，檢查相關(guān)的施工記錄，調(diào)查事故原因。經(jīng)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)工程施工質(zhì)量存在較多問題，主要表現(xiàn)在支護(hù)樁樁長不符合設(shè)計要求。實際施工樁長10.1～11.5 m，嵌固深度僅為開挖深度的0.87～1.09倍，樁端僅位于淤泥與粉質(zhì)粘土交界處。由于嵌固深度嚴(yán)重不足，造成支護(hù)體系被動區(qū)土壓力不能平衡主動土壓力，支護(hù)樁產(chǎn)生嚴(yán)重踢腳變形，并令支撐體系發(fā)生扭曲、剪切破壞，最后導(dǎo)致基坑嚴(yán)重坍塌。

3 處理對策及效果

3.1 處理對策

根據(jù)失穩(wěn)原因，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，擬定了如下加固方案(典型加固剖面見圖4)。

(1)對垮塌區(qū)樁后一定范圍內(nèi)進(jìn)行卸土，并采用6 m長木樁對人行道塌陷邊坡坡腳進(jìn)行加固，并在塌空區(qū)采用C20素砼進(jìn)行回填，以防垮塌范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖4 基坑典型加固剖面

(2)對垮塌段及附近區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘，加密勘察孔，探明相關(guān)地層的埋深情況，為后續(xù)設(shè)計、施工提供準(zhǔn)確的地質(zhì)依據(jù)。

(4)為保證需保留的相鄰兩側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)不因鑿除已破壞的支護(hù)樁、支撐梁而受影響，原有支護(hù)樁與支撐體系暫保持原狀，新澆筑支撐體系底標(biāo)高同原支撐頂標(biāo)高。

(6)基坑挖到設(shè)計標(biāo)高后，迅速在靠近圍護(hù)樁邊10 m范圍內(nèi)滿鋪30 cm厚C20砼墊層，并要求采用砂袋反壓。并分段分區(qū)域進(jìn)行底板、基礎(chǔ)施工，分段距離≯10 m。

3.2 加固驗算

驗算用地層厚度參照補(bǔ)勘后查明的地質(zhì)剖面。淤泥土的靈敏度一般在3～4之間，甚至可達(dá)8～9[7]，垮塌段及附近影響區(qū)域土體被嚴(yán)重擾動后，土性變差，重新設(shè)計計算時，土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)按原值60%取用。

為檢驗加固后支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠性，采用彈性地基梁模型進(jìn)行驗算，計算結(jié)果詳見圖5。

根據(jù)計算結(jié)果分析，經(jīng)加固后，支護(hù)體系受力可靠、體系穩(wěn)定。

圖5 彈性地基梁模型計算結(jié)果(開挖6.70 m)

3.3 加固效果

支護(hù)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)后，在基坑外側(cè)重新設(shè)置了位移監(jiān)測孔。后續(xù)開挖期間樁頂水平位移的監(jiān)測數(shù)據(jù)與計算的頂部位移基本吻合，樁頂沒有產(chǎn)生過大水平位移。深層土體位移[8]累計最大為15.71 mm，樁間土護(hù)壁面層表觀未有異常裂紋出現(xiàn)，支撐體系未發(fā)生明顯開裂，基坑周邊地表沉降僅1.2 cm，表明加固措施合理有效。

4 結(jié)論

(1)從該基坑倒塌破壞原因分析，支護(hù)樁樁身并未發(fā)生斷裂，說明樁身強(qiáng)度滿足設(shè)計規(guī)范要求。事故原因主要是施工樁長過短，造成支護(hù)樁嵌固深度不足，支護(hù)樁踢腳后導(dǎo)致基坑垮塌破壞。

(2)軟土地區(qū)，由于土的物理力學(xué)性質(zhì)較差，當(dāng)采用排樁內(nèi)支撐支護(hù)結(jié)構(gòu)時，支護(hù)樁樁長務(wù)必要嚴(yán)格按照規(guī)范設(shè)計，嵌固深度一般需達(dá)到基坑開挖深度的1.5～2倍;如有較好的地層，嵌固深度可適當(dāng)減短。

(3)對已變形較大的支護(hù)體系，務(wù)必加強(qiáng)重視，一旦發(fā)生險情，及時采取補(bǔ)救措施。對已破壞尚且需要加固處理的工程，應(yīng)查明原因，根據(jù)破壞原因有針對性地進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，在保證安全的前提下，從施工難易程度、造價、工期等方面綜合考慮加固措施。

[1] JGJ 120－99，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50010－2001，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] DB 33/1008－2000，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 高大釗.巖土工程勘察與設(shè)計[M].北京:人民交通出版社，2010.567.

[5] 夏明耀，曾進(jìn)倫.地下工程設(shè)計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.273 －274.

[6] 龔曉南，等.深基坑工程設(shè)計施工手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，1998.275 －285.

[7] 編委會.工程地質(zhì)手冊(第四版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[8] GB 50497－2009，建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范[S].