某幼兒園基坑搶險加固方案的實踐

沈曉斌

(杭州市拱墅基建設備管理中心，浙江 杭州 310015)

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某幼兒園基坑搶險加固方案的實踐

沈曉斌

(杭州市拱墅基建設備管理中心，浙江 杭州 310015)

摘要：結合杭州市某幼兒園在深基坑圍護施工過程中基坑塌方的工程實例，介紹了該幼兒園基坑在塌方事故后搶險加固處理的經(jīng)過及采取的技術措施，并根據(jù)實際情況進行了基礎變更，可供同行參考。

關鍵詞：基坑；搶險加固；基礎變更

杭州市某幼兒園總建筑面積4 990 m2，地下室為1層，地下建筑面積880 m2，基坑開挖到承臺底為4.400～4.800 m，基礎采用預應力管樁基礎，幼兒園四周皆為土地出讓前已平整土地，未毗鄰建筑物，工程地質(zhì)勘探，基坑開挖影響范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)黏土層，基坑底也位于該土層中。因地質(zhì)條件不理想，故雖基坑開挖深度未到5 m,仍采用基坑圍護，同時進行基坑周邊深層土體的水平位移監(jiān)測。

1基坑圍護方案選擇

1.1基坑特點

1)基坑開挖深度不大，約為4.400～4.800 m。

2)基坑開挖面積不大，地下建筑面積約為880 m2。

3)基坑開挖影響范圍內(nèi)存在淤泥質(zhì)黏土層，基坑底也位于該土層中。

4)本基坑各側環(huán)境總體較好，允許圍護結構產(chǎn)生一定量的變形。

1.2基坑圍護體系選擇

基坑圍護設計根據(jù)本基坑工程的開挖深度、環(huán)境條件和地質(zhì)條件，同時結合類似工程的經(jīng)驗，采用的圍護方案包括：1)放坡開挖；2)復合土釘墻圍護結構。本圍護方案為弱圍護結構。

放坡開挖是最為經(jīng)濟的圍護形式，具有施工速度快、土方開挖方便等優(yōu)點。本工程北側和西側紅線為空地，故可借地放坡，這兩側采用放坡開挖，放坡約15 m并噴射8 mm厚C20混凝土。

土釘墻圍護結構具有經(jīng)濟性好、施工方便、工期短等優(yōu)點，目前在軟土地基的基坑工程中得到了廣泛的運用。當坑底處于軟弱土層中時，為防止在基坑開挖過程中出現(xiàn)隆起破壞和整體滑移，可在坡腳打入水泥攪拌樁以形成復合土釘墻，有利于提高坡腳土體的承載力和基坑的整體穩(wěn)定性，并減少圍護結構的位移。本工程南側和東側距離用地紅線較遠，這兩側采用水泥攪拌樁復合土釘墻的形式。因土壤表層為雜填土，故聽取專家論證建議后，對攪拌樁施工要求摻入SN201。

2基坑塌方原因分析

基坑塌方原因經(jīng)事后總結，主要有以下幾點：

1)周圍偷倒土嚴重，貫穿基坑開挖前后。施工前實地踏勘現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，幼兒園用地紅線范圍內(nèi)及周邊區(qū)域已在短時間內(nèi)被大量廢土偷倒形成土堆，甚至基坑開挖時，周邊的場地內(nèi)經(jīng)常有大車來偷倒淤泥土，而淤泥質(zhì)土流動性極大，對基坑圍護的穩(wěn)定性造成挑戰(zhàn)。見圖1、圖2。

2)施工單位未及時將開挖土方外運，而且卸土施工不專業(yè)。在基坑圍護施工中，施工單位對幼兒園用地紅線范圍內(nèi)及放坡所涉及區(qū)域的土方未及時外運。施工單位在搶險初期卸土先卸近處，再卸遠處，導致施工過程中造成局部高低差過大。

3)天氣原因。在基坑開挖時段暴雨持續(xù)長，導致幾次基坑搶險不僅延誤搶險進度，同時導致土壤土層多次擾動，工程力學性質(zhì)較差，搶險效果受影響。

于是，基坑開挖過程中土層失穩(wěn)滑坡，最終導致多次的基坑開裂和坍塌現(xiàn)象。

圖1　幼兒園及周邊原狀圖

圖2　幼兒園被偷倒土后現(xiàn)狀圖

3搶險加固處理及采取的技術措施

因基坑開挖過程出現(xiàn)諸多不可控因素，故在基坑多次搶險過程中多次召開五方主體研討會及基坑專家論證會。

3.1第一次搶險，搶險方式為施打松木樁

4月12日，北邊約30 m場挖到-4.5 m標高位置處，東邊挖到-0.3 m處左右，發(fā)現(xiàn)北邊開始出現(xiàn)裂縫。4月14日下午到晚上持續(xù)暴雨，基坑監(jiān)測第一份報告示警，監(jiān)測報告顯示北面3號孔當天最大位移90 mm，施工單位按設計要求往北側卸土。14日至17日施工北側往外卸土，東側和南側17日新增裂縫較大。4月18日，北面基坑邊坡上出現(xiàn)裂縫且根據(jù)基坑圍護監(jiān)測單位提供的數(shù)據(jù)，北面、東面及東南角的累積位移均超預警值，17日下午，甲方、基坑圍護設計方、施工方、監(jiān)理方?jīng)Q定對北面進行搶險處理，在接近坡腳處用松木樁進行了加固處理。18日土體有輕微滑移，施工單位打2排松木樁。打松木樁加固處理后，北面基坑位移得到了抑制但位移仍較大，在4月20日中午12點出現(xiàn)了土體滑坡，并對北面的工程樁造成擠壓，北面監(jiān)測孔破壞。為保證施工安全，避免出現(xiàn)更大經(jīng)濟損失，基坑圍護設計方、施工方、監(jiān)理方于當日下午協(xié)商決定暫?；娱_挖并對除西南角一側的整個基坑進行1 m左右的回填，基坑基本穩(wěn)定。

3.2第二次搶險，搶險方式為從外向里卸土

第一次搶險完成后，基坑基本穩(wěn)定，但要繼續(xù)基坑挖土卻可能造成再次坍塌，故經(jīng)各方協(xié)商，將工作重心放在基坑周邊卸土上面。4月24日，基坑專家到現(xiàn)場指導，提出先放坡卸土。專家特別指出，卸土應該從外到里，即外面先卸土，里面再卸土，堅決避免因卸土局部出現(xiàn)高低差過大導致土壤擾動。經(jīng)基坑設計、監(jiān)理及專家等各方意見，一致認為，北側土放坡從1∶2.5放緩至1∶5，坡長38 m左右，東側、南側的基坑邊坡土需要卸土駁運至40 m以外的地方。按此原則，從4月20日至5月2日，全部對基坑周圍的堆土進行卸土處理。

3.3第三次搶險，施打鋼板樁，并繼續(xù)卸土

施工方完成卸土后，現(xiàn)場的每日土體變位觀測記錄顯示，北面土體在±0 m以下8～9 m處位移最大值達到120 mm。5月2日北面監(jiān)測孔第二次破壞。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，5月3日基坑圍護設計方要求在北面已完成卸土的基礎上采用12 m長的鋼板樁(工字鋼)進行加固，以徹底抑制淤泥質(zhì)土的較大位移流動。與此同時，東面臨近道路，每日位移值雖在安全范圍內(nèi)，但因累計位移最大達85 mm，已超過警戒值，需要采用9 m長的鋼板樁(槽鋼)進行局部加固。5月5日至5月9日上午施工單位根據(jù)加固方案依次完成了北面工字鋼、東面鋼板樁以及西北角工字鋼的加固施工。加固完成后，土體穩(wěn)定，5月11日下午施工方開始北面繼續(xù)卸土。

3.4第四次搶險，施打H型鋼、壓頂梁和鋼支撐

第三次加固后，基坑又開始開挖，基坑北面、東面又出現(xiàn)變形。5月12日基坑北邊往基坑內(nèi)側位移最大1 m。5月14日召集建筑結構設計、基坑圍護設計、監(jiān)理、施工各方召開第二次協(xié)調(diào)會，一致同意先對工程樁進行檢測，根據(jù)檢測結果再定下步加固圍護方案。15日檢測單位對建筑結構設計所選定的40根樁進行樁身完整性檢測。為避免東面位移進一步擴大而影響東側現(xiàn)有道路，15日夜晚至16日施工方進行了土方回填，回填至標高-3.00 m，基坑穩(wěn)固。5月19日，建設各方、專家開了第三次工程協(xié)調(diào)會議，初步定下了基坑圍護加固方案。該方案中心思路以卸土卸載為主，將場地北側、西側和部分南側的土方推移至距基坑80 m外的西北方空地，堆土區(qū)要保證自身穩(wěn)定和下臥層穩(wěn)定。再加一道鋼管支撐布置控制東北角和東南角的土體變形，增加部分剖面的鋼板樁和松木樁的植入，以達到加固目的。此段時間正值黃梅雨季，明確施工單位確保排水措施。5月21日基坑圍護設計單位按工程協(xié)調(diào)會議要求用全站儀復核了施工場地標高，要求施工單位將場地內(nèi)的土挖至設計要求標高。5月21日至6月9日因加固方案未明確暫停施工。6月9日基坑圍護加固設計方案通過專家論證，6月10日施工單位從場地外側由遠至近向基坑方向卸土，堆土移至基坑邊緣80 m以外。7月11日北側卸土到位，并經(jīng)監(jiān)理復核、設計確認。7月11日基坑圍護設計進行了基坑加固方案設計交底。7月13日至7月30日停工等待施工方案專項論證。施工單位重新編制了施工方案于8月1日在杭州市建筑業(yè)協(xié)會的召集下進行了專家論證。8月3日機械、設備材料進場準備，8月4日開始施工H型鋼和32la槽鋼打入，施工壓頂梁和鋼支撐，做鋼支撐時要考慮到大型機械進入對現(xiàn)有土體及樁的影響，到8月30日基坑加固施工完成。此后的基坑觀測顯示，本次基坑加固施工有效。

3.5基礎變更

工程樁承載力有兩種檢測方法：靜載和大應變，一般采用靜載。樁身完整性一般用小應變。工程樁5月15日通過小應變得出的樁身質(zhì)量的檢測報告顯示，共抽測49根樁，僅1根樁為Ⅱ類樁，其余48根樁均為Ⅲ類樁，以此可推測基坑內(nèi)管樁已基本被破壞(樁共220根)。建設各方在工地會議室對基礎施工的兩種方案進行論證比較：一是將原有樁進行修復后再使用；二是將基礎形式改為片筏基礎。方案一存在的問題是：1)樁需要先檢測樁的傾斜度、樁斷裂在何處、樁的破壞程度等關于樁身質(zhì)量的報告，然后再確定先糾偏后灌芯，還是先灌芯再糾偏。2)樁的糾偏處理需要有支撐點，而工地現(xiàn)場四周由于土質(zhì)均為軟土，均無這樣的支撐點可以借力。所有的樁糾偏所需要的費用約在100萬元左右，而且完成時間不確定。3)糾偏完成后還須對樁進行樁身質(zhì)量檢測和樁承載力檢測，在我們現(xiàn)場的地質(zhì)情況無法對樁進行堆載試驗，而且堆載試驗若檢測出樁的質(zhì)量不符合要求，則需要補樁。補樁已經(jīng)不具備條件，而且鋼板支撐的租賃費也是每天在發(fā)生?？紤]到樁糾偏后繼續(xù)使用存在較大的成本和施工難度，且又有巨大的不確定因素，建設各方初步?jīng)Q定：將幼兒園地下室部分基礎改用片筏基礎，并施打樹根樁(靜壓錨桿樁)進行局部處理，對地下室所屬區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有缺陷樁折減考慮其承載能力加以利用。采用此方案將縮短工期，并減少土體滑坡后基坑圍護糾偏的費用，避免更大的經(jīng)濟損失，且大大降低該工程基坑的風險。

4基坑塌方及加固的經(jīng)驗教訓

基坑圍護的技術性要求高，基坑塌方事故不僅僅只有客觀因素，對基坑塌方事件的教訓進行了反思，同時也總結基坑搶險經(jīng)驗。

4.1基坑塌方教訓反思

1)禁止基坑邊堆載。在基坑圍護過程中，應嚴格控制基坑邊超載，除出土通道外，基坑四周嚴禁堆土，特別是初期采用弱圍護結構，堆土對弱圍護結構影響很大，所以應及時將偷倒土及基坑開挖土方外運。

2)卸土施工應講究施工順序，控制挖土機械數(shù)量。為保護基坑內(nèi)工程樁，挖土時應保證高差，因為堆土過高不僅會對下部的土壓實產(chǎn)生土壓力，而且還會對基坑底造成涌起的力，故先往外推土再挖土，卸土應先卸遠處，再卸近處，土坡的高度不宜過大，同時控制挖土機械數(shù)量，過多機械會導致下層土體過大擾動。

3)在有機質(zhì)土的情況下，用水泥攪拌樁強度不高。在地質(zhì)勘察報告中描述淤泥質(zhì)黏土層有機質(zhì)、腐殖質(zhì)含量較高，見少量腐木。而有機質(zhì)能夠與水泥礦物發(fā)生一系列化學作用，阻礙水泥水化產(chǎn)物的晶體生長，不利于水泥土強度的增長，導致水泥土結構疏松，故原基坑設計方案中單排甚至雙排攪拌樁的作用其實最主要是排水，抗土壓力的作用不大，為弱圍護結構。故基坑圍護方案應在基坑圍護安全的前提下才考慮經(jīng)濟性，設計在基坑圍護設計過程中應慎重考慮設計方案。

4)土釘應由專業(yè)單位施工。在錨桿支護過程中應注意注漿要飽滿，土釘要做抗拔試驗。下層土方應在上層土釘注漿完成3 d后方可進行。土釘注漿的水泥用量應不小于20 kg/m。土釘注漿的水泥用量應進行專門計量，以確保水泥用量，鋼管土釘打設至設計長度后，應洗凈鋼管內(nèi)殘留土體后再開始注漿。而施工單位注漿未飽滿，待整改后才抗拔合格，故土釘應由經(jīng)驗豐富的專業(yè)單位施工。

5)土建設計注意管樁排布的疏密。原管樁采用預應力管樁，在用地面積僅有4 700 m2，地下室面積僅有880 m2的情況下共用220根預應力管樁，其中125根用于地下室區(qū)域，管樁太密，預應力管樁相較于鉆孔灌注樁擠土效應明顯，對原來土體進行擾動，故土建設計時應注意預應力管樁的排布。

6)應提前布置基坑方案調(diào)整論證工作，縮短基坑暴露時間。在基坑圍護方案調(diào)整后應做兩個工作，施工單位需要修改基坑施工專項方案，并拿到市建委論證，同時要對設計院的加固方案進行專家論證，時間較長，而當時未提前布置申報工作，故增加了基坑圍護期時間，從而造成短時間內(nèi)停工。

4.2基坑搶險經(jīng)驗總結

4.2.1基坑工程監(jiān)測到位

基坑圍護體系隨著開挖深度增加必然會產(chǎn)生側向變位，關鍵是側向變位的發(fā)展趨勢如何。因此進行嚴密的基坑開挖監(jiān)測非常重要。在該工程中，通過每天監(jiān)測及時了解了圍護體系的受力狀況，設計可及時調(diào)整施工參數(shù)，指導下部工作。建設各方遇異情可及時采取措施。

4.2.2基坑應急措施到位

在基坑變形初期，及時采取施打雙層松木樁。對于軟土地基來講，鋼與木材的材質(zhì)差不多，所以搶險前期可以采用松木樁，而且雙排比單排效果好。當發(fā)現(xiàn)圍護體變形過大及變形發(fā)展速率過快時，及時停止相關范圍內(nèi)的土方開挖，并立即用挖土機挖土向坡腳回填反壓，最后進行坑內(nèi)回填，坑外卸載。在基坑暴露期間暴雨多，及時用預先準備的抽水設施將基坑內(nèi)部水位排出。

4.2.3基礎變更方案效果好

基坑塌方后，管樁一般斷在接頭處。但仍要先通過檢測明確斷的位置與斷的程度(幾類樁)，然后需要由專業(yè)隊伍來進行糾偏。糾偏后再進行灌芯，灌芯需要時間長，從而增加了基坑暴露時間，會增大樁二次破壞的可能性。而采用將地下室部分基礎改用片筏基礎，并施打樹根樁(靜壓錨桿樁)進行局部處理，相較于糾偏不僅縮短工期，且費用大大減少。

總體來說，本次的加固在安全的前提下本著節(jié)約資本的原則進行搶險，取得了一定的效果，并選擇了合適的基礎變更方案。對該案例進行總結反思，在將來遇到類似情況能及時應對。

收稿日期：2015-12-23

作者簡介：沈曉斌(1987—)，男，浙江杭州人，助理工程師，從事工程前期及工程管理工作。

中圖分類號：TU753.8

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)03-0037-04

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SHEN Xiaobin