復(fù)合式重力壩在軟土地區(qū)基坑中的應(yīng)用及坍塌事故的應(yīng)急處理

李紅軍

（中船勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200063）

重力壩是指水泥土攪拌樁相互搭接形成一定寬度和厚度的重力式擋土墻，是淺基坑常用的一種支護(hù)形式。因其具有良好的止水效果，并兼具擋土作用，在上海等軟土地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。重力壩的寬度和厚度通常與基坑挖深、地質(zhì)條件、周邊荷載等有直接關(guān)系，有些基坑因周邊荷載、貼邊深坑或者開挖邊線距離紅線太近時，會選擇在重力壩內(nèi)排或者內(nèi)外排內(nèi)插一定間距的型鋼，形成復(fù)合式重力壩，以增加壩體剛度。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和上海類似工程經(jīng)驗(yàn)[1-3]，挖深7m以內(nèi)、面積較大且周邊環(huán)境相對寬松的基坑常采用該支護(hù)形式。與其他方法相比，該支護(hù)形式具有許多優(yōu)點(diǎn)，如施工無振動、無噪音、抗?jié)B性能好、施工工藝成熟、挖土方便、可以直立開挖到底，相對于帶內(nèi)支撐的板式支護(hù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。其缺點(diǎn)是基坑變形較難控制，基坑開挖不當(dāng)、暴雨突襲或者地面超載等是重力壩圍護(hù)失穩(wěn)的直接原因[4-6]。

以上海某淺基坑工程為例，介紹了復(fù)合式重力壩在軟土地區(qū)的應(yīng)用，并對開挖過程中基坑局部攪拌樁坍塌進(jìn)行了分析，并提出了具體的處理措施，為后續(xù)類似工程提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

該工程位于上海市寶山區(qū)，包括14/18 層住宅、3層配套公建、電站、門衛(wèi)等配套設(shè)施，1 層地下車庫，基坑總面積約24700m2，周長約700m，典型開挖深度為4.6m，局部貼邊集水坑落深1.6m，開挖深度6.2m?；?xùn)|側(cè)開挖邊線距離紅線為3.2～21m，紅線外為約16m寬的河道，護(hù)岸采用混凝土漿砌石擋墻；基坑西側(cè)開挖邊線距離紅線約5.5～11m，紅線外為規(guī)劃道路，規(guī)劃道路在本工程后期施工；基坑南側(cè)和北側(cè)開挖邊線和紅線之間均為待建的住宅樓，基坑開挖前，12#樓的樁基均已施工完成，12#樓基礎(chǔ)距離基坑開挖邊線最近約5m?；影踩燃壓铜h(huán)境等級均為三級。

2 地質(zhì)條件

擬建場地地貌類型屬濱海平原類型，對基坑有影響的地下水主要是淺部的潛水，勘察報(bào)告提供的靜止地下水（潛水）埋深1.08～2.06m，設(shè)計(jì)地下潛水位按0.5m考慮?；臃秶鷥?nèi)北側(cè)有一條近東西走向的暗浜分布，暗浜寬度為7～10m 左右，厚為1.1～1.6m，主要為黑色淤泥，土質(zhì)極差?；訃o(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)表

3 圍護(hù)方案

3.1 基坑特點(diǎn)

（1）基坑面積較大，基坑長邊較長，應(yīng)對基坑的“長邊效應(yīng)”加以重視。

（2）局部填土較厚，且分布有明浜；對基坑圍護(hù)不利的③、④軟弱粘性土土層厚度較大，特別是④層，呈飽和流塑狀態(tài)，高壓縮性，力學(xué)性質(zhì)較差。

（3）基坑總體環(huán)境較寬松，南北側(cè)距離住宅12#樓的基礎(chǔ)較近，應(yīng)注意對12#樓基礎(chǔ)進(jìn)行保護(hù)。

3.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)基坑開挖深度、地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等分析，基坑總體采用水泥土攪拌樁重力式進(jìn)行圍護(hù)。

3.2.1 一般區(qū)域

基坑挖深4.6m，基坑開挖邊線距離紅線大于4.2m。采用4.2m 寬，11m 長的水泥土攪拌樁重力壩，插入深度為6.4m，插入比為1.39。壩體頂部設(shè)置200mm 厚C20 壓頂砼面板，內(nèi)配8mm@200mm 雙向配筋。壩體最內(nèi)及最外排各插一根6m 長的?48mm×3.0mm鋼管，插入坑底以下不小于1m。為控制重力壩邊長過長造成基坑變形，每隔30m 設(shè)置暗墩進(jìn)行加固。典型剖面如圖1所示。

圖1 典型剖面1（單位：mm）

3.2.2 貼邊落深坑區(qū)域

貼邊落深坑部位挖深6.2m，采用5.2m 寬，14m 長的重力壩，插入深度為7.8m，插入比為1.26。同時，在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插9m 長（間距1m）的20a 槽鋼，設(shè)置700mm×500mm的C20圈梁，與壩體頂部的壓頂板形成整體，壩體最外排插入7.5m 長的?48mm×3.0mm 鋼管。典型剖面如圖2所示。

圖2 典型剖面2（單位：mm）

3.2.3 距離紅線較近區(qū)域

基坑挖深4.6m，開挖邊線距離紅線最近約3.2m，采用坑外3.2m 寬、坑內(nèi)1m 寬總體4.2m 寬的“椅壁式”雙軸水泥土重力壩，同時在重力壩最內(nèi)排內(nèi)插9m 長（間距1m）的20a 槽鋼，以提高圍護(hù)體剛度。典型剖面如圖3所示。

圖3 典型剖面3（單位：mm）

4 坍塌事故分析及對策

4.1 坍塌事故情況

2016年10月23日現(xiàn)場巡視查看，基坑內(nèi)外均有積水，基坑?xùn)|側(cè)部分區(qū)域地庫已經(jīng)全部開挖至底，底板鋼筋正在綁扎，現(xiàn)場施工情況見圖4，東側(cè)壩體變形較大，多個監(jiān)測點(diǎn)顯示壩體頂部累積變形超過8cm，壓頂多處出現(xiàn)裂縫?；颖眰?cè)已開挖一半，靠近基坑北側(cè)的12#樓已施工至地上一層，基坑北側(cè)監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)生突變，圍護(hù)整體出現(xiàn)大范圍的向坑內(nèi)位移，局部壩體和壓頂板出現(xiàn)脫離，靠近12#樓位置的攪拌樁部分倒塌，攪拌樁坍塌現(xiàn)場見圖5。

圖4 現(xiàn)場施工情況

圖5 攪拌樁坍塌現(xiàn)場

4.2 事故原因分析

4.2.1 施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

由于受低價競標(biāo)、工期等多因素影響，施工方往往不按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，水泥土攪拌樁的水泥摻量、攪拌工藝、噴攪次數(shù)和提升速度等都遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求。甚至有時候依仗自身的施工經(jīng)驗(yàn)在不經(jīng)設(shè)計(jì)單位同意下局部變更設(shè)計(jì)方案?，F(xiàn)場巡視時發(fā)現(xiàn)，內(nèi)插的鋼管多處暴露在攪拌樁外側(cè)，樁體垂直度明顯未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。東北角距離紅線較近，為控制基坑變形，采用的是內(nèi)插型鋼的復(fù)合式重力壩，要求角部的壓頂板進(jìn)行加厚并在轉(zhuǎn)角處做一個異形板。未經(jīng)設(shè)計(jì)同意，施工方直接變更設(shè)計(jì)方案，取消內(nèi)插型鋼，將不夠的攪拌樁直接按補(bǔ)償式重力壩打入基坑內(nèi)側(cè)。

4.2.2 挖土不合理

該基坑面積較大，基坑長邊較長，水泥土攪拌樁重力壩自身的特點(diǎn)決定了其變形較大，正是基于這種特點(diǎn)，分區(qū)、分塊“跳倉開挖”的挖土方式顯得尤其重要。施工圖中設(shè)計(jì)明確要求分區(qū)、分塊開挖，并要求開挖到底后要及時澆筑墊層，墊層完成且監(jiān)測穩(wěn)定后方可開挖相鄰分區(qū)，但挖土人員對設(shè)計(jì)意圖意識不足，施工時為了搶工期，多臺挖機(jī)同時作業(yè)，一次性開挖到底，甚至超挖，造成墊層來不及澆筑，坑底暴露時間過長。本基坑?xùn)|側(cè)設(shè)計(jì)時坑內(nèi)有幾處留土區(qū)以代替坑內(nèi)加固，現(xiàn)場也已全部挖除。

4.2.3 雨水影響

突發(fā)狀況發(fā)生之前的兩天，壩體變形較大，局部已出現(xiàn)裂縫，監(jiān)測單位已提醒施工單位，但并未引起施工方足夠重視，裂縫未進(jìn)行處理。受臺風(fēng)影響，連續(xù)下了兩天暴雨，壩體變形出現(xiàn)突變，導(dǎo)致局部出現(xiàn)坍塌。究其原因是雨水進(jìn)入壩體和壩體后方土體的裂縫中，從而增大了圍護(hù)體的主動土壓力，同時降低了圍護(hù)體的強(qiáng)度。另外，降雨致使基坑內(nèi)積水，也降低了被動區(qū)土的抗剪強(qiáng)度。

4.3 應(yīng)急措施

為控制險(xiǎn)情進(jìn)一步發(fā)生，設(shè)計(jì)對局部變形過大地區(qū)采取搶險(xiǎn)措施，并對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以防止過大變形造成嚴(yán)重隱患。

（1）坍塌位置的攪拌樁，采用圖6方式，將上部重力壩修整成斜面，表面采用100mm 厚C20 混凝土帶筋面層澆筑，防止明水沖刷。坡腳采用C20素混凝土填筑，作為坡腳壓重，兼做底板混凝土外側(cè)模，要求同面層一同澆筑。

圖6 攪拌樁坍塌部位加固措施（單位：mm）

（2）暫停倒塌處基坑北側(cè)12#樓的施工，待該處地庫底板澆筑完成且監(jiān)測穩(wěn)定后方可施工。此外，監(jiān)測單位需在12#樓角點(diǎn)布置至少5個測點(diǎn)，觀測12#樓基礎(chǔ)沉降及水平位移。

（3）東側(cè)壩體壓頂和壩體后面的裂縫及時采用水泥漿液填縫封堵，東側(cè)基坑邊在圍護(hù)體與底板之間設(shè)置C20素混凝土壓腳梁，高度同底板，兼做底板混凝土外側(cè)模。

（4）清理基坑外側(cè)超載，杜絕任何形式的超載。同時，做好場地排水工作，坑外排水溝積水應(yīng)及時外排，不得排放在臨近基坑區(qū)域?？觾?nèi)積水在降雨后立即排出，防止坑底泡槽及地面水壓力過大造成新的變形。

（5）后續(xù)土方開挖應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙要求，分區(qū)、分塊開挖，嚴(yán)禁超挖。

（6）監(jiān)測單位應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測及現(xiàn)場的巡視檢查工作，監(jiān)測數(shù)據(jù)提交各相關(guān)單位，及時掌握墻體位移情況，發(fā)現(xiàn)異常立即通知有關(guān)各方。

由于該險(xiǎn)情的發(fā)生，建設(shè)單位要求施工方盡快落實(shí)設(shè)計(jì)單位提出的上述措施，并要求監(jiān)理單位加強(qiáng)監(jiān)管。在后續(xù)的土方開挖中，施工方嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的分區(qū)、分塊開挖。根據(jù)現(xiàn)場提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)，直至地下室施工至正負(fù)零，圍護(hù)結(jié)構(gòu)未發(fā)生異常。該工程已于2017年結(jié)構(gòu)封頂，目前已完全交付使用。

5 結(jié)論

（1）在軟土地區(qū)，開挖深度較淺，且周邊環(huán)境較寬松的基坑可采用水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù)。對于局部落深坑、距離紅線較近的部位可以采用內(nèi)插型鋼的復(fù)合型重力壩，作為淺基坑重力壩圍護(hù)的補(bǔ)充手段。

（2）雖然水泥土攪拌樁施工工藝成熟，但在多種因素影響下，施工質(zhì)量差強(qiáng)人意，水泥土攪拌樁重力壩的自身特點(diǎn)決定了其變形較大，分區(qū)、分塊開挖是控制重力壩變形的一種有效手段。

（3）對于重力壩圍護(hù)的基坑，暴雨、地面超載等多種偶然因素的影響，是基坑事故高發(fā)的直接原因?；娱_挖引起的壩體壓頂和地面裂縫應(yīng)及時采用水泥漿液進(jìn)行灌縫處理，以防雨水滲入，降低水泥土攪拌樁重力壩圍護(hù)的安全性。

（4）監(jiān)測單位要加強(qiáng)監(jiān)測和現(xiàn)場的巡視檢查工作，尤其是加強(qiáng)降雨等不利天氣條件時重點(diǎn)部位的監(jiān)測頻次。一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)每天或累積變形達(dá)到報(bào)警值，應(yīng)立即通知各個相關(guān)單位，以便采取相應(yīng)措施，防止出現(xiàn)重大險(xiǎn)情。