天津某軟土地層施工缺陷支護樁的安全性評估及處理措施

胡 博，劉文淵，任彥華

(天津市勘察院， 天津 300191)

天津位于典型的軟土地區，一般具有高壓縮、低承載、易變形、富含水的特點，對工程建設尤其是基礎施工安全易造成極大的影響[1-3]。

軟土地區的基坑工程中，由于基坑問題本身的復雜性，設計不當，易造成基坑圍護體側向位移、周圍地表沉陷及坑底隆起[4]；文獻[5-6]對支護樁容易造成縮徑、露筋銹蝕等缺陷性原因分析；大量的工程實例結合實際監測成果對軟土地區的基坑支護結構安全性分析和拆撐順序提供了較好的借鑒，如陳剛等[7]對軟土地區超大基坑分段開挖進行了關鍵性技術研究。楊卓等[8]對臨河段軟土地區的基坑支護結構進行了分析。王永剛等[9]對復雜條件下深基坑內支撐體系拆撐技術的分析。

1 工程概況

天津臨港經濟區某基坑支護項目屬于海相與陸相交互沉積地層，地層20 m范圍內，主要為沖填土、淤泥、淤泥質黏土層，場地各土層的物理力學參數見表1。基坑北側和東側為現狀道路，地下室基礎邊線距離北側道路約27 m，距東側道路約11 m，基坑西側和南側為內部施工場地，西側距離場地內辦公樓(未建，2F，已打樁)最近處約為1.6 m，南側與用地紅線之間為一條臨時施工道路，詳見總平面布置圖，如圖1所示。基坑深度為6.0 m，基坑支護結構采用樁徑700 mm的灌注樁，樁間距900 mm，嵌固深度12.7 m，樁頂設置冠梁，支撐體系作用在樁頂冠梁上，止水帷幕采用雙軸水泥土攪拌樁加降水井。

圖1 總平面布置圖

表1 基坑設計參數表

注：物性指標均為平均值，C、φ值均為標準值。

2 支護結構施工現狀分析

支護樁設計總數為388根，根據資料顯示其中137根支護樁存在不同程度的夾泥和露筋現象，所占比例為35%。其中，東側為35根、占比9%，西側為54根、占比14%，南側為19根、占比4.8%，北側為29根、占比7.5%，該場地淺部地層多為淤泥質土，在這種地質特性的軟土地基上進行鉆孔灌注樁施工容易造成縮頸，因此導致樁徑較小，鋼筋外露較多[10]。

(1) 基坑已整體開挖完成，基礎墊層已澆筑完工，沿基槽周邊肥槽內緊貼支護樁已澆筑完成混凝土邊梁。

(2) 根據變形監測結果支護樁最大變形10 mm，地面沉降最大值1.86 mm。從現場觀察，支護樁及支撐桿件沒有產生明顯的裂縫，四周地面及道路沒有存在明顯的開裂現象。

(3) 根據現場觀察以及委托方提供的資料，部分支護樁存在明顯的夾泥和露筋等缺陷，基坑北側、東側及南側缺陷樁較少，且零星分布，西側較多，且集中連續分布。

(4) 根據施工現狀及基坑周邊監測資料分析，施工現場夾泥及露筋支護樁多集中于基坑西側，西側為場內用地，距離用地紅線較遠，東側夾泥露筋支護樁比較分散，對于后續施工比較有利；目前階段已經開挖至坑底并施做底板墊層，基坑周邊水平位移及沉降已穩定且均在警戒值內，說明基坑支護體系有效，拆撐工況時支護樁彎矩會小于最大彎矩值，故現場支護體系現狀能滿足現階段施工需要。

綜上，由于樁身變形及地面沉降均在可控范圍之內，支護結構及周邊未見明顯裂縫，可以判定現場支護體系有效，能夠保證現階段情況下的基坑穩定。

3 支護結構體系安全性驗算

3.1 對基坑支護設計計算驗算分析

支護樁內力及變形的計算采用平面單元計算的方法[11]，采用天津市《建筑基坑工程技術規程》[12](DB 29—202—2010)進行設計計算。

(1) 變形內力驗算結果為：位移最大為42.4 mm，最大彎矩為540.6 kN·m，最大剪力為192 kN；均滿足要求。開挖至6 m處時，位移最大為32.1 mm，最大彎矩為540.6 kN·m，最大剪力為192 kN；在拆除支撐后，最大位移增加為42.4 mm，增加了10.3 mm；最大彎矩降低為172.6 kN·m；最大剪力降低為為187.2 kN，如圖2所示。

圖2 變形內力包絡圖

(2) 地表沉降驗算：開挖至6 m處時，離坑邊7.87 m處，最大沉降為29.8 mm；在拆除支撐后，離坑邊5.70 m處，最大沉降為28.3 mm，坑邊沉降由原6.0 mm增大為20.7 mm。

通過驗算計算可知，與原設計計算書基本吻合，原支護設計方案符合相關規范要求，能夠滿足基坑支護要求。

3.2 對支撐體系驗算分析

支撐體系內力及位移的計算采用空間整體計算的方法，采用同濟啟明星深基坑支撐結構分析計算軟件BSC V4.1，計算出了冠梁及其支撐體系的位移、彎矩、剪力、軸力。

(1) 冠梁截面和配筋驗算。根據支撐體系計算，冠梁截面尺寸為1 200 mm×700 mm，最大彎矩特征值為1 901 kN·m , 單排受拉鋼筋截面配筋面積為As=5 027.44 mm2，原設計圖紙單側配筋為12Φ25截面積為5 890.8 mm2，滿足要求。

(2) 環梁截面和配筋驗算。根據支撐體系計算，環梁1最大彎矩特征值為1 622 kN·m，截面尺寸為1 800 mm×700 mm，通過PKPM配筋計算，全截面計算配筋面積Astotal=7 038.40 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)根數不少于28根。因此環梁1的配筋符合規范計算要求。

環梁2最大彎矩特征值為1 036 kN·m，截面尺寸為1 400 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=5 451.30 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)根數不少于22根，因此環梁2的配筋符合規范計算要求。

(3) 支撐截面和配筋驗算。根據支撐體系計算，支撐1最大軸力值為2 229 kN，截面尺寸為1 400 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=314.20 mm2，截面配筋鋼筋總根數不少于22根，因此支撐1的配筋符合規范計算要求。

支撐2最大軸力值為1 784 kN，截面尺寸為800 mm×700 mm，全截面計算配筋面積Astotal=3 151.80 mm2，截面配筋鋼筋(Φ25)總根數不少于16根，因此支撐2的配筋符合規范計算要求。

通過以上支撐體系驗算計算可知，原支護設計方案中，各支撐體系配筋均符合相關規范要求，能夠滿足基坑穩定性要求。

3.3 對混凝土強度驗算分析

根據現場混凝土實測數據分析，實測混凝土強度最小值為28 MPa，按照混凝土強度為C25時，基坑支護樁彎矩最大工況為開挖至6 m坑底及換撐時最大彎矩值為530.6 kNm，最大變形為43.7 mm，鋼筋配筋面積為6 042.3 mm2，如圖3所示，原設計圖紙配筋12根Φ25仍能滿足截面配筋需要。

圖3 混凝土為C25時，支護樁內力分析圖

4 支護結構處理措施

目前現場支護結構體系有效，且支護樁處于受力狀態，故不宜進行過多處理[13]，建議進行如下處理措施：

(1) 對于夾泥厚度較薄的支護樁，外露部分全部剔除至良好混凝土層，清除干凈后，采用濕潤養護，使用提高一等級的混凝土噴漿護面，形成混凝土保護層。

(2) 對于夾泥厚度較厚的支護樁，外露部分剔除表面浮土，以10 cm厚度為界，厚度大的夾泥層，剔除10 cm厚，即可使用高一等級的混凝土噴漿護面，形成混凝土保護層。原則上夾泥混凝土樁剔除浮漿即可進行后續噴漿工作。

(3) 對于鋼筋外露的支護樁，進行除銹及周邊剔除清理至良好混凝土層，使用高一等級混凝土噴漿護面，形成混鋼筋凝土保護層。

(4) 對于基坑西側支護樁露筋情況密集的情況，剔除過程中，對于連續鋼筋外露的支護樁，應當采用隔二跳一剔除，并及時噴漿護面；對于基坑東側、南側、北側，存在部分露筋或夾泥情況，針對不同情況采用以上不同措施，保證及時剔除、及時噴漿，以5根樁為一組進行剔除、噴漿，嚴禁大面積統一連續剔除及剔除后靜置時間過長不及時噴漿護面等現象。

(5) 極少部分支撐桿件底部漏筋現象，由于目前支撐桿件負荷較大，不宜進行剔除，以免擾動失穩，直接使用高一等級混凝土(C35)噴漿護面，形成混鋼筋凝土保護層，防止鋼筋繼續銹蝕(針對漏筋的現象進行噴漿處理、噴漿厚度按照鋼筋保護層厚度50 mm即可)。

(6) 部分樁間土脫落現象，由于樁間距較小，且目前已經開挖到基坑底部，支護樁處于滿負荷受力狀態，不宜進行過多擾動，原則上不進行處理；對于止水帷幕滲漏沖刷樁間土的情況，應當先進行插入引流管引流周邊使用快干水泥進行封堵，滲漏嚴重地方需在該處帷幕外側使用雙液注漿封堵帷幕漏洞；對于因坑外雨水漫過帷幕攪拌樁頂導致樁間土脫落嚴重地方，進行掛網、樁間填充(填充物可為小袋水泥包、水泥袋子、磚塊外包海帶等)、填充之后注水泥漿、樁間噴射混凝土漿處理，地表滲漏坑洞部位需用土回填壓實高于地表、上部使用彩條布等苫蓋保護，防止雨水再次沖刷、滲水。

(7) 對于地勢較低地方，為防止地表水流入基坑沖刷樁頂部樁間土，需先墊高基坑周邊后進行夯實，然后基坑頂部周邊增設240 mm×240 mm截水臺。

(8) 支護體系為臨時結構，支護結構具有很強的時效性，現階段已經開挖至坑底且正值雨季，施工單位當盡快施工，施做底板，保證基坑穩定安全。

5 拆撐順序要求

根據現場施工情況，底板墊層已經施工完成，四周邊梁已澆筑，邊梁高度為1.2 m，按照原設計要求，在基礎底板澆筑完成且形成傳力帶滿足拆撐條件后可進行拆撐[14]。

(1) 拆撐順序原則上按照“先拆西側，后拆東側，先拆環撐，再拆角撐，最后拆對撐”原則。由于基坑西側為場地內辦公樓，距離紅線較遠，場地東側10 m處為珠江一街，故建議先拆除西側環撐，逐步釋放應力，詳情可按照圖4圖示數字順序依次拆除。拆撐總時間不少于15 d。

(2) 對于支護樁露筋比較集中基坑西側，建議先進行卸荷處理，再進行拆撐，卸荷深度為0.8 m，寬為5 m。

(3) 拆撐過程中，應當加強樁體、支撐桿件裂縫觀測和坑外變形監測和巡視。

圖4 拆撐順序示意圖

6 拆撐變形監測及分析

6.1 布點及監測要求

根據樁撐支護體系排樁的內力、變形分布及演化過程的研究[15]。本項目北側和東側為已建成市政道路，需重點監測，如圖5所示。

圖5 布點平面圖

支撐拆除過程中應當加強監測及現場巡視，主要進行3倍基坑開挖深度范圍內周邊環境監測，重點監測項目包含基坑支護樁水平位移監測、基坑周邊道路及周邊管線沉降觀測等。施工單位應加強現場巡視，重點巡視基坑滲漏水狀況、道路裂縫情況、支護樁及冠梁支撐體系是否出現裂縫、基坑周邊超載情況等。

嚴格按照基坑監測方案要求，支撐拆除開始到支撐拆除完成3 d內，監測頻率保證每天不少于一次。監測頻率及監測預警值見表2、表3。

表2 監測頻率

表3 監測預警值

6.2 監測結果分析

由監測數據可以發現，基坑拆除期間周圍道路周邊管線沉降觀測點總沉降值為1.86 mm，支護樁水平位移總沉降值為20.0 mm，地下水單日最大沉降為63 mm，最大累計變化量為550 mm，均符合規范及設計要求，且遠小于設計計算值[16]。故拆撐期間周邊沉降未對周邊道路及管線產生較大影響。

7 結 語

對于支護結構的鉆孔灌注樁，混凝土樁夾泥及鋼筋外露等問題，首先應分析維護結構是否處于有效狀態，如能夠保證基坑穩定，則不應進行過多的剔除擾動，剔除夾泥會導致樁身強度減小，影響基坑安全；其次，需在現有基礎上對露筋結構進行噴漿處理，保證噴射混凝土與樁身能夠有效結合，防止鋼筋繼續銹蝕；最后，拆撐時應當充分結合現場周邊情況，并盡量避免缺陷支護樁的受力增加，并制定嚴密的監測方案，有效掌控基坑情況，確保基坑的穩定性，安全性。監測數據表明，此項目支護體系的安全性評估驗算有效、處理措施得當，拆撐順序合理，為類似工程提供較好的借鑒意義。