談基坑工程失穩后的設計修復

林恭新

(上海申通地鐵集團有限公司，上海 201108)

1 工程概況

區間隧道位于規劃的松江新城中部，滬杭高速公路以北的嘉松南路東側綠化帶下，嘉松南路路面寬25 m～40 m，兩側現已設有10 m以上綠化帶，沿線地塊目前尚未開發建設，建筑物稀少。嘉松南路規劃紅線寬50 m，道路兩側綠化隔離帶50 m，區間隧道基坑距離道路的距離為30 m左右。

2 地質概況

工程場地范圍內，上、中部地層土質較軟，地層沉積尚屬正常，連續性較好;中部地層除個別路段地層沉積尚屬正常外，受古河道切割較多且深度較大，大多屬非正常沉積，交錯分布，常沉積土層;下部地層土質較好，地層沉積尚屬正常，連續性較好。土層自上而下分別為:①-1素填土，層厚1．2m;②-1褐黃～青灰色粘土，層厚1．3 m;③-1灰色粘土，層厚6．6 m;④-1灰色粘土，層厚5．3 m;⑤-11灰色粘土，層厚10．7 m;⑥-1暗綠色粉質粘土，層厚1 m;⑦-1草黃色粉砂夾砂質粉土。區間隧道結構底板位于④-1土層。

3 現場實際情況

1)在區間隧道DK0+483～DK0+541區域，原設計采用雙排φ700 SMW水泥土攪拌樁作為圍護結構，攪拌樁內插500×300 H型鋼。自然地面標高+3．60，攪拌樁樁底標高 -17．2，內插 H型鋼底標高-16．2，基坑深9．3 m，沿基坑深度方向設三道鋼支撐，基坑底采用抽條注漿加固。2)在DK0+490～DK0+530段基坑發生險情并導致塌陷，基坑西側的圍護結構上口向外傾斜0．7 m，冠梁下沉1．2 m，施工便道下沉2 m，坑底隆起2 m，第一道支撐脫落，第三道支撐部分撓曲，基坑東側的圍護結構基本維持原樣。從最新的監測報告分析，東側圍護的墻身最大變形量為8．6 cm。3)在事故發生時，基坑已開挖到DK0+560位置，DK0+483～DK0+507段底板鋼筋已基本綁扎完畢，DK0+507～DK0+533段墊層已澆筑完，DK0+533～DK0+560段已進行開挖，支撐已施工。在DK0+507處圍護結構外側有一根φ1 200的雨水管，事故發生時有大量的水從塌陷點涌出，現已從場外雨水管窨井內封堵。4)在事故發生后，基坑用砂和土已回填，塌陷的施工便道已恢復原樣。5)根據最新測量，在基坑西側，從破壞的圍護結構邊到高壓電桿的最小距離為16．3 m，到施工便道的距離為7 m，離工地圍欄的距離為19 m，到嘉松南路的下水道距離為31 m，施工便道的寬度為5 m。在基坑東側有30 m左右的開闊地。6)基坑西側受影響的圍護結構為46延長米，DK0+495～DK0+543，在基坑修復時確定的長度為60 m，即DK0+483～DK0+543。確定修復范圍的依據如下:a．在里程DK0+483位置南側，主體結構的底板已施工完畢，在基坑塌陷時未受到影響。b．在里程DK0+541位置，在基坑塌陷時開挖5 m深，經測量SMW圍護結構的H型鋼基本未沉降，鎖口梁略有裂縫。在基坑塌陷后，測斜管遭破壞，從現場觀測的情況分析，里程DK0+543位置上口的鎖口梁完好，型鋼基本沒有傾斜，鎖口梁未沉降，二道支撐未變形，最主要的數據是根據已暴露的5 m深度的型鋼，測量出型鋼的斜率，以此推算型鋼在坑底垂直度，同時將圍護結構的內邊線定出再疊加垂直度的偏差值，推算出在坑底圍護結構沒有侵線(在原圍護結構施工時圍護與結構之間有40 cm的空隙)。

4 修復方案制定原則

1)修復的圍護結構必須在工地圍欄內進行，不得超出現有的工地施工圍欄。2)必須對基坑西側的周邊環境進行保護，特別是離基坑較近的高壓電線的安全。3)必須盡可能地利用東側沒有破壞的原有圍護結構。4)必須確保基坑的安全。5)必須考慮施工的難度和可操作性。6)基坑重新開挖必須在DK0+483以南及DK0+543以北的結構完成后方可施工。7)必須考慮到基坑修復的工程造價。

5 基坑修復前的準備工作

1)為保證塌陷區域的集中施工，在塌陷區域的兩側先將主體結構施工完成，然后再進行塌陷區域的施工。在DK0+483南側結構已施工完畢，在DK0+543位置設置封堵墻，使之北側的結構完成，最后集中進行DK0+483～DK0+543位置的基坑修復及結構施工。2)在塌陷區南北兩側進行結構施工的同時，對塌陷區原有圍護結構型鋼拔除，能拔多少就多少，對于拔不出的型鋼，則在土方開挖過程中予以割除，不能再拔，以防地基擾動。

6 基坑修復方案的設計與計算

1)基坑采用重力壩結合放坡的形式作為圍護結構。

2)施作新的圍護結構前應將已恢復的施工便道予以鑿除，同時將便道內回填的黃砂以及塌陷在地面以下的原有20 cm厚的便道混凝土塊予以清除，將障礙物清除后用土分層回填密實，回填的標高 +3．60。

3)在基坑開挖前必須會同有關單位采取有效措施對基坑西側高壓電線桿進行保護，保證基坑變形較大或出現滑坡時電線桿不會傾覆。

圖1 基坑西側重力式水泥土攪拌樁墻計算圖

4)基坑圍護結構的設計。a．在基坑西側已破壞的圍護結構外0．5 m處開始向外施作14排φ700水泥土攪拌樁，攪拌樁咬合200，形成7．5 m寬的重力式水泥土擋墻，攪拌樁底標高為-21．4。攪拌樁采用32．5級普通硅酸鹽水泥，水泥摻量:14%，水灰比1．5，要求28 d無側限抗壓強度不小于1．2 MPa。b．在基坑底采用高壓旋噴樁對地基進行滿堂加固，加固深度為3 m，加固后土體28 d無側限抗壓強度為qu≥1．2 MPa。c．在進行基坑內挖土時，基坑東、西兩側同步進行放坡卸載的工作。基坑西側以1∶2的坡度放坡，放坡開挖深度6 m，坡角距離已破壞的圍護結構3 m;基坑東側以1∶2的坡度放坡，放坡開挖深度6 m，采用2級放坡，平臺寬2 m，角距離原有圍護樁10 m。d．在基坑西側坡頂邊施作一排12 m深的輕型攪拌樁隔水帷幕。e．在放坡開挖部分的兩端采用1∶2的坡度放坡，采用2級放坡，平臺寬2 m。f．基坑邊坡采用鋼絲網水泥噴漿護坡。g．基坑開挖前20 d采用井點降水方法降低地下水位，水位應降到基坑底以下1．0 m。在基坑西側的坡面上設置一套輕型井點降水，井點管的長度為7 m，降低重力壩外側的地下水位，以增加放坡位置的坡面穩定性。在基坑東側坡頂和二級放坡的平臺上設置一套輕型井點，井點管的長度為7 m，降低坡體水位，增強放坡位置的坡面穩定。在基坑的東側離原有圍護結構5 m的地方也設置一套輕型井點降水，井點管的長度為7 m，降低東側圍護結構外側的地下水位，使土體固結，防止因基坑的變形而產生的圍護結構滲漏水現象。h．基坑土方開挖應符合分層、分段、平衡、適時的原則，基坑土方分層開挖厚度不能大于2．5 m。i．為了基坑開挖的安全，保護周圍建筑物及信息化施工的需要，應對該基坑工程做如下現場測試:圍護墻的水平位移和垂直沉降;周圍建筑、構筑物及周圍地下管線的垂直沉降、水平位移等;基坑外地表基坑內外地下水位;邊坡土體的位移。

5)基坑圍護結構的計算。a．基坑沿區間隧道縱向取1 m條帶按平面問題考慮，地層對墻體的約束作用采用一系列考慮基坑開挖過程中土層、圍護樁二者的“時空效應”的等效彈簧進行模擬。根據結構受力過程中墻體位移與地層間的相互關系，可分別按主動土壓力、靜止土壓力或被動土壓力計算。b．基坑西側重力式水泥土攪拌樁墻的計算見圖1。抗管涌驗算見圖2。按砂土，安全系數K=2．523;按粘土，安全系數 K=3．27。c．基坑東側 SMW水泥土攪拌樁的計算見圖3。抗管涌驗算見圖4。按砂土，安全系數 K=1．673;按粘土，安全系數 K=2．414。

圖2 基坑西側重力式水泥土攪拌樁墻抗管涌驗算圖

圖3 基坑東側SMW水泥土攪拌樁計算圖

圖4 基坑東側SMW水泥土攪拌樁抗管涌驗算圖

6)方案評價。a．對東側圍護結構影響小。b．大開挖卸載可有效控制基底隆起。c．施工方便，減少了支撐施工，型鋼拔除等環節。d．圍護結構的變形相對較大。e．施工的作業面廣，影響范圍大。f．施工工期短。

7 關于基坑周邊環境的保護

1)基坑西側有高壓電線桿，必須采取有效的措施對其進行保護，保證基坑變形較大或邊坡失穩時高壓電線桿不受到影響。2)做好施工監測，發現邊坡失穩先兆立即停止施工，并采取有效措施，提高邊坡的穩定性。

8 基坑修復施工情況及經驗

1)基坑修復工程的施工很順利，施工過程中基坑邊坡穩定，圍護結構變形很小。2)基坑修復工程施工過程中，周邊地面沉降很小，基坑西側高壓電線桿始終處于穩定狀態，有微小的傾斜。3)本基坑修復工程的順利實施為基坑工程塌陷后的修復設計和施工積累了寶貴的經驗，可為類似工程提供借鑒。

9 結語

基坑工程周邊的各種水源、水體是基坑施工的重大風險，在基坑施工前必須認真核查、疏理并進行合理、可靠的處理。長條形基坑應分段開挖、施工，減小施工風險。基坑工程修復應考慮盡量利用既有圍護結構，節省工程投資。基坑失穩在排除險情，確保周邊構筑物的安全，及時調整設計方案，調整施工工藝，抓緊施工確保整項工程順利完成，為上海地鐵類似情況積累了設計施工的經驗，達到了預期的目的。

［1］劉建航，侯學淵．基坑工程手冊［M］．北京:中國建筑工程出版社，1997．

［2］夏明耀，曾進倫．地下工程設計施工手冊［M］．北京:建筑工業出版社，1992．

［3］石禮安．地鐵1號線工程［M］．上海:上海科學技術出版社，1995．

［4］上海地鐵基坑施工規程［S］．