某軟土地區(qū)基坑滑坡事故原因分析及修復措施研究

劉合寨，劉合伍

（1、湖南中核巖土工程有限責任公司 長沙 410005；2、廣東省東莞地質(zhì)工程勘察院有限公司 廣東東莞 523000）

0 引言

基坑工程在城市發(fā)展過程中發(fā)揮了巨大作用，基坑工程不光能節(jié)約城市用地，還能提高城市的整體運行功能，進而提高城市形象。但是基坑工程在施工過程中也存在較多的風險［1］，如果不對這些風險進行分析和控制，則會造成工程安全事故［2?3］，特別是在淤泥質(zhì)軟土地區(qū)，淤泥質(zhì)軟土因其具有含水量高、強度低、壓縮性高、靈敏度高等不良工程地質(zhì)特性，在基坑開挖時很容易造成基坑邊坡形成滑坡，淤泥質(zhì)軟土地區(qū)基坑的變形控制和治理問題已成為巖土工程的一個重要課題［4?6］。該場地某基坑在開挖過程中突然發(fā)生邊坡滑坡，造成坑內(nèi)預應力預制管樁樁頭發(fā)生傾斜破壞，引起工程質(zhì)量事故。針對滑坡主要從工程地質(zhì)和基坑施工兩個角度分析了該基坑邊坡產(chǎn)生滑坡事故的原因，并對該基坑滑坡和預制管樁的傾斜破壞提出了具體的修復措施。

1 事故概況

某項目位于東莞市水鄉(xiāng)片區(qū)，基坑開挖深度約5.0 m，基坑周邊環(huán)境相對較簡單，支護形式采用放坡加輕型井點降水的方案。在基坑開挖到坑底時，南側(cè)邊坡突然發(fā)生滑坡，造成該區(qū)域基底土隆起，坑內(nèi)預應力預制管樁樁頭發(fā)生傾斜破壞，如圖1所示。

圖1 滑坡引起樁身傾斜Fig.1 Piles Inclination Caused by Landslide

2 工程地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)場地的勘察資料顯示，該基坑南側(cè)影響范圍內(nèi)的地層自上而下劃分為3個土層及分屬不同大層的亞層，工程地質(zhì)剖面如圖2 所示，土的物理性質(zhì)如表1所示。

圖2 工程地質(zhì)剖面Fig.2 Engineering Geological Profile

表1 土的物理性質(zhì)Tab.1 Physical Properties of Soil

①1層雜填土（Q4ml）灰黃，灰褐色，濕，松散，由較多的碎石，廢棄磚塊，混凝土塊及粘性土組成，近期堆填。該層在全場地鉆孔部分有揭露，鉆孔揭露厚度為0.40～3.80 m、平均厚度1.95 m。

①2層素填土（Q4ml）灰黃色，灰褐色，濕，松散，主要由填砂組成，局部含粘性土、碎塊石，近期堆填。該層在全場地鉆孔大部分有揭露，鉆孔揭露厚度為0.50～3.30 m、平均厚度1.60 m。

②1層淤泥質(zhì)土（Q4al）：深灰色，飽和，流塑，污手，有腥臭味，底板夾中細砂粒，局部相變?yōu)橛倌?。該層場地鉆孔均有揭露，鉆孔揭露厚度為13.00～16.90 m、平均厚度14.13 m。

②3層粉質(zhì)粘土（Q4al）：灰黃、灰白色，濕，可塑，成分以粉粘粒為主，土質(zhì)均勻性一般、弱粘結(jié)性，沖積成因。該層場地鉆孔均有揭露，鉆孔揭露厚度為2.00～3.40 m、平均厚度2.13 m。

③1層強風化泥巖（K）：灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，巖芯手捻易散，巖芯為半巖半土狀，為極軟巖，巖體破碎，局部殘留中風化泥巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。該層場地鉆孔均有揭露，鉆孔揭露厚度為1.10～11.80 m，平均厚度5.67 m。

③2層中風化泥巖（K）：灰色，灰黑色，巖質(zhì)稍硬，風化裂隙發(fā)育，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，礦物成分以長石、黑云母為主，巖芯呈短柱狀，鉆進較困難，為軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類。該層場地鉆孔均有揭露，未揭穿。

2.2 水文地質(zhì)條件

勘察深度范圍內(nèi)之地下水主要為潛水和基巖裂隙水。根據(jù)場地的巖土性狀，本場地內(nèi)的①1層雜填土和①2素填土屬中等透水性地層，②1層淤泥質(zhì)土和②3層粉質(zhì)粘土屬于弱透水性地層。本場地地勢較為平坦，上部填土層的透水性較好，場地的富水性較好。風化泥巖裂隙發(fā)育，基巖裂隙水賦存于風化巖的構(gòu)造裂隙及風化裂隙中?；鶐r裂隙水的水量不大，埋藏較深，對工程的影響相對較小。

3 滑坡成因分析

根據(jù)勘察資料和現(xiàn)場調(diào)查，分析滑坡是在②1層灰色淤泥質(zhì)土中，引起滑坡的原因主要有：②1土層性質(zhì)較差、放坡不到位、坡頂有堆載、基坑降水不到位。

②1層灰色淤泥質(zhì)土，其具有含水量高、孔隙比大、強度低、壓縮性高、靈敏度高等不良工程地質(zhì)特性，受擾動易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，導致強度降低，抗剪切能力差，進而誘發(fā)基坑邊坡滑動；還具有低滲透性、觸變性和流變性等特點，在荷載作用下，應力狀態(tài)易發(fā)生改變，易產(chǎn)生流變。

放坡開挖的基坑邊坡坡度應根據(jù)土層性質(zhì)、開挖深度確定，各級邊坡坡度不宜大于1∶1.5，淤泥質(zhì)土層中不宜大于1∶2.0；多級放坡開挖的基坑，坡間放坡平臺寬度不宜小于3.0 m，且不應小于1.0 m［7］。現(xiàn)場事故調(diào)查時發(fā)現(xiàn)放坡坡率較陡，沒按照設(shè)計圖紙要求的坡率放坡，坡率明顯大于1∶2.0，兩級坡之間的平臺明顯過窄。

根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程：JGJ 120—2012》［8］第8.1.5 條規(guī)定：基坑周邊施工材料、設(shè)施或車輛荷載嚴禁超過設(shè)計要求的地面荷載限值?，F(xiàn)場事故調(diào)查時發(fā)現(xiàn)大量綁扎基坑底板和樁基承臺的鋼筋堆放在邊坡坡頂上，且施工的挖土機也處于坡頂和坡間平臺上施工作業(yè)。

放坡開挖的基坑應采取降水等固結(jié)邊坡土體的措施。多級放坡基坑的降水井宜設(shè)置在坡頂、放坡平臺；降水對周邊環(huán)境有影響時，應設(shè)置隔水帷幕?；舆吰挛挥谟倌?、暗塘等極軟弱的土層時，應進行土地加固。設(shè)計圖紙要求采用輕型井點降水，現(xiàn)場事故調(diào)查時發(fā)現(xiàn)基坑坡頂無任何降水措施，基坑底部無任何明排井溝，施工單位以軟土低滲透性，地下潛水量少為由擅自取消設(shè)計要求的降水方案。

4 事故修復措施

對于滑坡的修復，在保證工程安全的前提下，采取經(jīng)濟合理的工程措施。根據(jù)本工程基坑滑坡產(chǎn)生的原因，對于滑坡的修復措施主要為支擋、坑頂卸載及坑底反壓、排水；預應力預制管樁由于中空薄壁，使其抗剪能力較差，抗彎強度低，不能承受較大水平力，很容易受外界水平推擠而產(chǎn)生樁位偏移甚至斷樁，對于預應力預制管樁發(fā)生傾斜的修復措施可采用樁基糾偏法、灌樁芯法，對于預應力預制管樁已發(fā)生破壞的修復措施可采用鉆孔灌注樁進行補樁。

4.1 滑坡的修復措施

支擋措施可利用鋼板樁［9］，將鋼板插入到下部穩(wěn)固的土體中，使其承受滑體的部分下滑力，并將其傳遞到下部穩(wěn)固的土體中，以起到穩(wěn)固滑體的作用。鋼板樁整體性好，抗滑能力強，容易插入到下部較深的穩(wěn)固的土體中，樁位靈活，可設(shè)置在滑體的最佳部位，可重復利用，經(jīng)濟效率高，節(jié)約工程成本。

對于軟黏土邊坡，破壞面基本上為圓弧破壞，滑動面基本為圓弧形［10］。卸載及反壓措施，在滑體的穩(wěn)定性驗算中，可通過滑坡的極限平衡狀態(tài)穩(wěn)定性計算［11］。

式中：K為穩(wěn)定性系數(shù)；W1為滑體下滑部分的重量（kN/m）；d1為W1對于通過滑動圓弧中心的鉛垂線的力臂（m）；W2為滑體阻滑部分的重量（kN/m）；d2為W2對于通過滑動圓弧中心的鉛垂線的力臂（m）；c為土的黏聚力（kPa）；L、R分別為滑動圓弧的全長及半徑（m）。

如果在基坑邊坡滑體的頂部挖土卸載可以減少滑體下滑部分W1的重量，在基坑邊坡底部堆載反壓可以增加W2的重量，根據(jù)滑坡的極限平衡狀態(tài)穩(wěn)定性公式計算可以提高邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。

對于本工程的基坑降水可采用多級輕型井點的降水方案，在坡頂和坡間平臺處分別設(shè)置井點，井點管排距不宜大于20.0 m，過濾器頂端宜位于坡底和坑底以下1.0 m，井管內(nèi)真空度應不小于65 kPa。并在基坑外側(cè)場地設(shè)置排水溝，在基坑內(nèi)設(shè)置臨時集水明井和排水溝。在基坑外側(cè)設(shè)置排水溝時，排水溝距坡頂要有一定距離，不宜小于0.5 m 的距離；在基坑內(nèi)設(shè)置臨時集水明井和排水溝時，臨時集水明井和排水溝應隨土方開挖過程適時調(diào)整，土方開挖到坑底后，臨時集水明井和排水溝與坑邊的距離不宜小于0.5 m。對于雨季施工時，可在放坡平臺上設(shè)置排水溝和集水井，保證基坑邊坡的安全。

4.2 管樁傾斜的修復措施

對于樁頂發(fā)生傾斜的樁，首先應采用低應變法去判斷樁類型，對于Ⅰ類和Ⅱ類樁，且樁頂位移較小的情況下，可采用樁基糾偏法［12?14］進行修復；對于Ⅲ類樁，且能確定缺陷位置的情況下可采用灌樁芯法［15?16］來進行修復和補救樁基承載力。

⑴樁基糾偏法：在樁偏位相反方向清除樁身側(cè)土體，利用鉆機鉆多個直徑約200 mm 的鉆孔插入注漿管，利用注漿管進行高壓沖孔，注漿管緊貼樁身沖孔，邊沖邊向下插入注漿管，直到?jīng)_至持力層。在樁頂采用橡膠圈包裹樁頭，然后在樁偏移方向利用千斤頂頂著橡膠圈緩慢地進行糾偏，速率要慢，以1～3 cm/h為宜，當推至偏移量的一半時，可停止1 h，保持高壓沖孔，然后繼續(xù)推樁，直至樁頂復位。樁體復位后在樁推移方向兩側(cè)的孔穴內(nèi)填入顆粒較大的砂土，振搗密實，并注入早強型混凝土，將樁側(cè)土中的孔隙進行填充，易于恢復樁基承載力。對于糾偏后的樁，仍需采用低應變法去檢測樁基的完整性，低應變法檢測合格的樁才可以正常使用，樁基糾偏法示意圖如圖3所示。

圖3 樁頂糾偏法示意圖Fig.3 Diagram of Pile Top Deviation Correction

⑵灌樁芯法：對于低應變法判斷的Ⅲ類樁且能確定缺陷位置的情況下可采用灌芯法來進行修復和補救樁基承載力。根據(jù)低應變法檢測出缺陷位置設(shè)置鋼筋籠的長度，制作鋼筋籠，利用鉆機清除管樁內(nèi)部的泥土，樁孔內(nèi)部必須清理干凈，放入鋼筋籠，澆筑強度等級比管樁樁身高一級的微膨脹混凝土，用插入式振搗器振搗密實，灌樁芯法施工如圖4所示。

圖4 灌樁芯法施工Fig.4 Pouring the Core of Pile

4.3 管樁破壞的修復措施

對于低應變法判斷的Ⅳ類樁或樁基糾偏法中斷裂的樁，經(jīng)實際承載力不滿足要求的樁，可采用鉆孔灌注樁進行補樁，實際補樁位置可根據(jù)設(shè)計要求和現(xiàn)場情況重新設(shè)計，實施過程中應注意補樁對已完成樁基的影響。采取合理的成（沉）樁順序，挖土時宜逐層均勻開挖，樁周土體高差不宜超過1 m。先挖區(qū)塊與后挖區(qū)塊需要進行放坡，坡率1∶2，且坡腳應進行砂包反壓。以防樁兩側(cè)土壓力不平衡從而造成工程樁發(fā)生傾斜。挖土盡量采用小型挖機機械及運輸車輛，防止挖土機械及運輸機械對基底土產(chǎn)生擾動及側(cè)向推力。土方開挖過程中，每臺挖機應設(shè)立指揮員，確保挖土過程中嚴禁挖機碰撞到樁頭。

5 結(jié)語

⑴本工程基坑邊坡滑坡的主要原因是邊坡體內(nèi)的淤泥質(zhì)軟土厚度大、強度低，自穩(wěn)能力差，施工單位對工程性質(zhì)差的軟土沒引起足夠重視，不按照設(shè)計圖紙要求的坡率放坡，不采取有效的降水措施，施工時在坡頂和坡間平臺處堆載造成。

⑵在分析基坑邊坡滑坡產(chǎn)生原因的情況下，針對基坑邊坡滑坡提出了3 種修復方法，針對預應力管樁傾斜破壞也提出了3 種修復方法，這些方法雖然原理不一樣，但基本都能起到修復作用，最后采取鋼板樁支護加坡頂卸載及坑底反壓的建議措施修復基坑邊坡滑坡，及時有效地阻止了滑坡的繼續(xù)滑動，采取了灌樁芯法和鉆孔灌注樁補樁的建議措施修復基坑邊坡滑坡預應力管樁傾斜破壞，并將各樁基承臺用連梁進行了連接，取得了比較好的處理效果。

⑶本工程基坑滑坡事故對后續(xù)類似的項目起到借鑒意義，加強對軟土的重視和研究，以及合理的施工管理是避免類似事故發(fā)生的有效措施。