某上軟下硬土層淺基坑滑移事故分析及加固

王穎，李慧慧，許磊，熊曉亮，黃緋

(杭州市勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012)

1 引 言

浙北杭嘉湖平原地帶，地勢開闊，屬湖沼相沉積區(qū)，地層呈軟-硬交錯的多元結構，淺層為深厚軟土層，一般為流塑狀淤泥質黏土，呈現(xiàn)“三高一低”的特點，力學性質較差，下部為圓礫及風化巖層，中間黏性土層往往缺失。該地區(qū)一層地下室一般都位于淤泥質土層中，基坑設計和施工難度大、造價高，尤其對于開挖在4 m～6 m范圍內的淺基坑(一層地下室)，由于挖深較淺，容易被設計、施工和管理單位忽視，因此常發(fā)生失穩(wěn)和局部滑移事故[1]。目前基坑工程多位于繁華的城市中心地段，一旦發(fā)生事故，將會造成重大的經濟損失和社會影響。因此基坑支護設計思路已經從強度控制為主轉變成變形控制為主，逐漸將基坑工程與周圍環(huán)境作為整體進行考慮，對基坑工程的設計和施工都提出了更高的要求[2]?；又ёo雖是臨時工程，但破壞后果嚴重，損失重大，必須引起重視[3]。

某一層地下室基坑工程，在開挖過程中出現(xiàn)了數(shù)次基坑滑移事故，經過加固設計、施工后，基坑工程最終安全完成。本文通過對該工程事故的原因分析和加固方案介紹，旨在為類似基坑工程的設計、施工、管理提供經驗。

2 工程概況

場地周邊環(huán)境復雜：東側緊鄰城市廣場，北側為城市綠化，西側為主干道，道路下方市政管線密布；南側緊鄰已建商業(yè)園區(qū)道路停車場和建筑物。

原基坑支護設計采用φ600@800鉆孔樁結合一道鋼筋混凝土支撐支護方案；塔樓電梯坑采用φ700@500雙軸水泥攪拌樁重力式擋墻支護形式；圍護樁外側設雙軸水泥攪拌樁做止水帷幕，結合集水明排措施。由于場地土質起伏較小，設計鉆孔樁樁長采用雙重指標控制，控制樁底標高并要求進入④1粉質黏土層或⑥圓礫層不少于 2 m，插入比約1∶1.5。

基坑在土方開挖期間接連出現(xiàn)3次滑移事故，如圖1所示。事故造成了較大的經濟損失及工期延誤。

圖1 基坑事故現(xiàn)場照片

3 工程地質及水文地質情況

基坑支護結構影響范圍內地層自上而下依次為填土、淤泥質黏土、硬塑狀粉質黏土、圓礫、粉砂巖，部分場地粉質黏土層缺失。基坑坑底位于③1層淤泥質黏土中。土層物理力學指標如表1所示。

表1 土層物理力學性質指標

場地地下水：潛水位約在地表以下0.1 m～2.7 m左右，埋深較淺；孔隙承壓水主要賦存于⑥層圓礫中，屬強透水層，根據(jù)鄰近工程施工經驗，由于承壓水流速緩慢，水頭較深，且基坑開挖深度淺，承壓水對基坑影響不大。

場地范圍內地表水主要分布于河道及池塘，基坑施工前已進行回填。

到第三圈時，那個一直在前面領跑的六（1）班運動員蔣飛突然沖出了跑道，來到了同學們中間。然后，他慢條斯理地從桌上拿起一瓶礦泉水，很愜意地喝起水來。無論是跑道上的運動員，還是周圍圍觀的同學，都不知道蔣飛葫蘆里到底賣的什么藥，所有人都用一種無比驚疑的目光打量著他。

4 基坑滑移事故過程

事故發(fā)生前現(xiàn)場已完成雙軸水泥攪拌樁、圍護鉆孔樁、南北兩側支撐梁等支護體系，土方基本南北對稱開挖，出土口位于西側對撐位置?；颖眰扰R邊區(qū)域已開挖到底，正施工底板；西南角主樓以北地庫區(qū)域已開挖到底正施工墊層?；娱_挖到東側臨邊區(qū)域時，短短半月內東側有兩處(東側北段約 20 m范圍和東南角位置約 20 m)出現(xiàn)圍護樁踢腳現(xiàn)象，樁身向坑內傾斜 0.5 m～1.0 m，坑內土體隆起，且有部分工程樁偏位嚴重；局部冠梁、支撐梁出現(xiàn)貫穿裂縫，露筋嚴重；東側城市廣場綠化帶內產生明顯的橫向裂縫，裂縫寬度約 15 cm。東側在進行加固方案外審過程中，基坑南側中段土方開挖到底時再次塌方，影響范圍較大，約 50 m，坑內土體隆起，南面小區(qū)的停車位下土方向本基坑內垮塌，園區(qū)的擋墻和道路出現(xiàn)明顯的平行裂縫，道路下方敷設的一條污水管破壞滲水。

根據(jù)監(jiān)測報告，基坑塌方事故具有突發(fā)性，事故發(fā)生前相應位置變形較小，累計位移和日變形速率數(shù)據(jù)均未超出報警值，且事故多發(fā)生在夜間，故而征兆不明顯。

5 事故原因分析

基坑出現(xiàn)事故的原因是多樣的，勘察資料、設計方案的缺陷，以及施工質量不滿足要求都有可能導致基坑工程出現(xiàn)險情[4]。從事故發(fā)生的突然性，以及支護結構的破壞形態(tài)判斷，該基坑事故屬于支護樁踢腳外移[5]引發(fā)的深層滑移以及坑內隆起破壞。

5.1 施工質量

基坑接連發(fā)生滑移事故，根據(jù)現(xiàn)場情況，委托第三方檢測單位對已施工支護結構進行了安全評估，發(fā)現(xiàn)原圍護結構施工情況主要存在如下問題：

①部分圍護樁頂部過量鑿除，與冠梁連接處存在露筋現(xiàn)象，且圍護樁主筋未錨入冠梁；②支撐梁局部存在裂縫、露筋現(xiàn)象，平整度不符合要求，導致支撐系統(tǒng)剛度減弱；③根據(jù)圍護樁鋼筋籠長度的抽檢結果，部分圍護樁由于鋼筋籠上浮存在樁底標高不滿足設計要求的現(xiàn)象，導致樁身嵌入下部較硬土層的深度不足，實際樁底標高比原設計高出 0.5 m～2.9 m。

根據(jù)實際檢測樁長，采用理正深基坑軟件計算出開挖到底時繞支撐點的抗傾覆穩(wěn)定性(踢腳破壞)安全系數(shù)對比如表2所示。

表2 樁長減短后抗傾覆穩(wěn)定性安全系數(shù)

根據(jù)基坑支護規(guī)范[6]要求，安全等級為二級的基坑抗傾覆穩(wěn)定性(踢腳破壞)安全系數(shù)應不小于1.200，因此樁長不滿足設計要求時，開挖到底工況出現(xiàn)了圍護樁踢腳破壞。而且以支撐點為轉動軸心的圓弧條分法計算坑底抗隆起穩(wěn)定性均不滿足規(guī)范規(guī)定。計算結果與現(xiàn)場實際情況相吻合。

5.2 分區(qū)塊開挖

在軟土中開挖基坑，時空效應顯著，隨著基坑寬度及深度的增加還會產生深層土體滑移帶的變形，對周邊環(huán)境影響區(qū)域比一般基坑明顯擴大[7]。因此一般要求土方單位控制開挖面的寬度和深度。本工程原始場地大面積分布的池塘、河道及被填土掩埋形成的暗塘對工程建設和基坑開挖十分不利。地表以下分布著深厚的淤泥質黏土，該軟土層含水量超過50%，在施工動荷載作用下擾動后易發(fā)生觸變使土體強度降低。施工過程中，由于工期緊，施工單位在開挖臨邊土方時一次性開挖過長，形成完全發(fā)育的深層土體滑移帶，坑內土體隨之發(fā)生塑性隆起，引起坑外地表沉降增大，基坑周圍土體產生滑動，從而導致基坑失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。

6 加固設計

該基坑項目由于主要圍護結構已施工完畢，且中間區(qū)域尚有一半土方未開挖，為避免后續(xù)開挖過程出現(xiàn)類似事故，需在原圍護方案基礎上進行加固處理。原先三處滑移事故發(fā)生后現(xiàn)場立即進行了坑內土方回填反壓，因此基坑圍護結構側向變形暫時得到控制[8]，后續(xù)等加固措施施加之后再進行二次開挖。

6.1 原支護系統(tǒng)復核

對于已施工的原支護結構，經過第三方檢測機構隨機抽取的6根圍護鉆孔樁，發(fā)現(xiàn)有一半樁長不滿足設計要求。但北側臨邊區(qū)域底板已澆筑完成，判斷該側圍護樁雖然嵌固深度不足，但目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，可以繼續(xù)使用。原支撐系統(tǒng)局部有裂縫露筋現(xiàn)象，但對基坑整體穩(wěn)定性沒有決定性影響。

6.2 加固方案

該基坑圍護加固方案遵循“強樁強撐”思路配合現(xiàn)場施工措施，并盡量利用原支護體系，具體如下：

(1)已經滑移區(qū)域原圍護樁鑿除，外圍新打φ800@1100鉆孔樁，補打的圍護樁樁底需進入⑥層圓礫層不少于 3 m，如圖2所示；

圖2 支護結構加固剖面

(2)修復或者重建受損支撐系統(tǒng)以及立柱樁。局部破壞的支撐梁外側包角鋼及綴板焊接固定，整體破壞的支撐梁重新澆筑，主筋錨入未破壞的支撐梁內；偏扭立柱加固措施如圖3所示，彎扭區(qū)域加密綴板后封模通過頂部注漿孔注漿，注漿范圍進入垂直區(qū)域不小于 500 mm，注漿完成后插入直徑 60 mm鋼棒。

圖3 偏扭立柱樁加固示意

(3)南側污水管滲水位置補打一排Ⅳ號拉森鋼板樁小鎖扣打，充當止水帷幕，對漏水的管道進行修復或者引流避免直排；其余位置圍護樁內側掛網(wǎng)噴砼；

(4)尚未開挖區(qū)域對撐東側、西側以及已開挖的西南角區(qū)域進行預防性加固，在現(xiàn)有圍護樁外圍新打一排φ800@1500鉆孔樁，通過現(xiàn)澆壓頂板與前排已施工冠梁連接成為一個整體，形成雙排樁框架體系；

(5)嚴格按設計要求分區(qū)分塊施工；對于坑外地表裂縫及時灌漿修補，防止雨季地表水匯入；

(6)嚴格控制拆撐條件，規(guī)定合理的拆撐次序和工藝，減少拆撐工況引起的變形。同時加強全部范圍的底板換撐措施，在底板面以上肥槽內采用素混凝土堆高措施以抬高剛性鉸。

新增支護結構與原有支護結構的有效連接，協(xié)同變形是本次加固設計處理的關鍵。如圖4所示，新增支護樁冠梁與原支護樁的冠梁通過鋼筋混凝土壓頂板及植入槽鋼等方式形成有效連接。后期土方再次挖開后，基坑能保持穩(wěn)定狀態(tài)且變形可控。目前，該工程地下室已施工完成。

圖4 新舊圍護結構連接示意

7 結 語

基坑支護工程作為臨時性工程，不驗收且多為隱蔽項目，是建設工程中的重大風險所在。本工程施工單位由于在周邊場地施工經驗豐富而不注重施工管理和施工質量，未完全按圖施工，最終導致事故發(fā)生。同時，本工程事故及加固也為類似工程提供了經驗：

(1)上部軟土下部硬土無明顯過渡的地層中，一旦樁長不足極易發(fā)生踢腳失穩(wěn)，因此圍護樁質量及樁長應嚴格把控，不能偷工減料。

(2)基坑加固設計應充分調查事故發(fā)生原因，有針對性進行加強，避免脫離實際進行加固，造成不必要的工期和經濟浪費；并盡可能在原圍護結構基礎上進行加固，以免進一步降低基坑穩(wěn)定性。

(3)基坑加固設計應考慮淤泥質土層在開挖過程和滑移事故中受擾動導致土強度降低的因素，原則上應進行原位測試和室內試驗重新確定土參數(shù)。在不進行補勘的情況下，建議對土體力學指標按經驗折減處理，或提高基坑加固安全等級。

(4)在軟土基坑開挖過程中，抑制深層土體滑移帶的形成是減少基坑周邊環(huán)境影響的有效手段。

深厚軟土基坑事故的分析以及后續(xù)對場地地質條件、原有支護結構的評估分析是加固設計成功的關鍵。合理的施工管理，就是在對工程潛在的風險進行評估的基礎上做出決策，與專業(yè)技術同樣重要。