某超期限服役的基坑支護工程現狀安全性評估

黃金輝

（福建省建筑科學研究院有限責任公司，福州 350108）

1 引言

21世紀以來，隨著城市基礎工程建設的進行，各種類型的地下空間也被充分發掘利用，如地下室車庫、地下商業街、地下倉庫等。地下建構筑物多采用先預加固再明挖建設的工藝，其開挖形成了規模不一的基坑工程。由于不可預見因素的影響，導致某些項目被長期擱置甚至“爛尾”，已開挖形成的基坑不能在設計規定使用年限內完成地下結構的建設，致使基坑工程超過規范及設計文件允許的時限服役[1-3]。針對該類超期限服役的基坑工程，當項目重啟時，基坑周邊環境及地下建構筑物功能或已發生變化，為保證基坑內的地下建構物施工安全，需明確既有基坑支護工程能否繼續使用，以及是否需要加固，因此，有必要對既有基坑的現狀進行安全性評估，以便為基坑支護工程的加固處理提供設計依據[4，5]。

2 工程概況

2.1 工程簡介

某“爛尾”項目位于晉江市中心城區，周邊為既有市政道路，基坑頂邊線距市政道路紅線距離0.5～4.1 m。該項目原建筑設1～2層地下室，原基礎采用灌注樁和筏板基礎，于2015年已完成工程樁施工、地下室基坑支護工程施工及地下室土方開挖，并已完成2層地下室底板和1層地下室范圍筏板柱下獨立基礎的澆筑，地下室土方尚未回填。因產權糾紛等客觀因素，該工程完成部分基礎施工后被擱置至今，停工時間長達4年6個月后，項目被新建設單位收購，項目重新啟動。由于基坑支護工程已超出設計使用年限3年以上，且根據最新項目主體結構設計文件，重啟后的新項目使用功能有較大的改變，原基坑支護結構部分不滿足新項目地下建構筑物的功能需要。

2.2 工程地質條件

原場地為丘陵坡地地貌單元，根據地勘報告，場地內影響基坑側壁穩定性的土層主要為：①層雜填土、②層粉質黏土、②-A層有機質粉質黏土、②-B層淤泥質土、③層中砂、④層殘積黏性土、⑤層全風化花崗巖。

本場地的地下水類型主要為賦存于①層雜填土中的上層滯水、③中砂中孔隙承壓水以及下部花崗巖風化帶中的風化孔隙-裂隙水；穩定地下水埋深為0.20～2.20 m，地下水位變化幅在1.00～5.00 m。

2.3 原基坑支護工程概況

原基坑周長約763 m，開挖深度約為4.10～11.70 m。基坑安全等級為一級，重要性系數γ=1.10；設計使用年限為1年。

根據該場地不同的工程地質、水文地質、坑頂的周邊環境、基坑擬開挖深度等條件，將基坑劃分為12個支護剖面，其中，原基坑剖面1-1～5-5、6A-6A、7-7、8-8、10-10采用土釘墻+掛網噴混凝土的支護方式；剖面9-9采用預應力錨桿+土釘墻+掛網噴混凝土復合土釘墻的支護方式；剖面6-6和11-11采用自然放坡+掛網噴混凝土的支護方式。

2.4 基坑現狀調查

基坑為不規則閉合體，受多年來降雨影響，基坑積水至1層、2層地下室交界處，水深約4.5 m。目前，已于2019年11月按“降深0.5 m/次、停1 d”并結合監測的原則完成基坑內積水的排放。

自2015年基坑開挖形成以來，基坑整體穩定性較好，現場基坑頂部未發現張拉裂縫，基坑側壁未發現大規模坍塌，坑壁未發現滲水現象。但基坑坡腳由于長期泡水，局部噴射混凝土面層坍塌脫落，且部分泄水孔發生堵塞，雨季時嚴重影響坡內排水，影響邊坡的穩定性。

3 既有基坑支護結構現狀使用功能評估

3.1 土釘及錨桿抗拔承載力檢測

在完成基坑積水抽排后，對既有基坑支護結構的使用功能進行檢測鑒定。既有基坑支護主要采用土釘墻或復合土釘墻的支護方式，隨著時間的推移，土釘及錨桿可能發生蠕變、松弛，進而導致結構抗拔承載力的損失，為查明土釘及錨桿的現狀抗拔承載力能否滿足設計要求，隨機抽取不同剖面中的15根土釘+3根預應力錨桿進行其抗拔承載力驗收試驗。

根據抽查的土釘試驗結果，11根土釘能滿足試驗抗拔承載力能滿足設計要求，土釘抗拔強度合格率為73.3%，其中，土釘的最低抗拔承載力僅為22 kN，遠低于設計值165 kN，錨固功能幾乎失效；抽檢的預應力錨桿承載力滿足設計要求。

3.2 噴射混凝土厚度及強度檢測

為核實噴射C20混凝土護面的功能能否滿足設計要求，隨機選取36個點采集混凝土芯樣進行厚度及強度檢測，因大部分混凝土芯樣長度不足，無法進行抗壓強度檢測，僅對其中的7組試樣進行抗壓強度試驗。

根據取樣檢測結果，噴射混凝土面層厚度38～131 mm，平均值為52.33 mm，原設計值80 mm，且最小值低于設計厚度的60%，不滿足設計要求。坡面噴射混凝土厚度僅58.3%達到設計要求，不滿足規范要求。對滿足要求的混凝土芯樣分別進行單軸抗壓強度試驗，僅1個試樣噴射混凝土強度滿足設計要求，合格率僅為14.3%；測得試樣抗壓強度試驗值為7.7～22.1 MPa，平均值為12.7 MPa，不滿足規范要求。

3.3 支護結構使用功能評估

基坑開挖至今約4年6月，支護結構嚴重超期服役，且基坑底部長期泡水，土釘在巖土體的應力松弛效應且場地地下水、場地土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性等不利因素的影響下，導致了土釘抗拔承載力不同程度的損失，已不能達到穩定坡面的效果，進行穩定性驗算時，應根據實際檢測結果乘一定的系數使用。由于長期暴露受外界環境影響，基坑側壁的混凝土面層局部呈現裂縫、鼓脹和脫落現象，導致噴射混凝土面層厚度不均勻性大、局部較薄，噴射混凝土強度普遍不能滿足設計要求。

4 現狀基坑變形情況分析

2019年10月16日至2019年12月4日，對基坑進行水平位移及沉降變形進行了觀測，以便明晰既有基坑的動態變形情況，并確保在基坑積水抽排實施過程中的安全及有效評估基坑整體穩定性。根據沉降點監測資料，累計垂直位移量為0.89～6.68 mm，最大沉降速率為0.06 mm/d；累計水平位移量為0～4 mm，最大水平位移變化速率為0.143 mm/d（S10、S21點）。圖1為典型的時間-累計沉降量關系曲線，從曲線可以看出，位移量及位移變化速率最大處恰好為基坑抽排水期間，抽水完成后，垂直及水平位移幾乎不變。根據地表位移監測數據分析，坑頂水平、垂直位移值及變化速率均較小，變形活動不明顯，基坑未見明顯異常現象。深孔位移監測資料顯示，基坑累計水平位移量為3.1～6.72 mm，最大水平位移速率為-0.063 mm/d，位移量最大處恰好為積水抽排期間。

圖1 典型時間-累計沉降量曲線

結合地表位移、深孔位移監測數據及現場調查分析表明，目前基坑無明顯變形活動，現狀基坑處于穩定狀態。

5 現狀基坑穩定性分析

5.1 穩定性評估采取的計算方法

結合前期收集得到的鉆孔柱狀圖及巖土力學參數，利用理正深基坑7.5軟件中的單元計算模塊，采用瑞典條分圓弧滑動法（總應力法）對典型基坑側壁進行整體穩定性分析。由于土釘抗拔承載力不同程度的損失，結合檢測資料，對未進行土釘抗拔承載力驗收試驗的剖面1-1～3-3、8-8、10-10土釘抗拔承載力按設計強度值的75%考慮；對于檢測結果滿足設計要求的剖面5-5和7-7，采用土釘抗拔承載力設計值考慮；對于檢測結果不滿足設計要求的剖面4-4和9-9，采用土釘抗拔承載力實測試驗值進行計算。

5.2 穩定性評價結果

通過電算得出各個剖面的安全系數（見表1）。從表1中的計算結果可以得出，支護安全系數均大于1.2。既有基坑邊坡均處于穩定狀態，這與現場實際調查結果及基坑監測結果一致，但由于部分土釘抗拔承載力的損失，基坑剖面1-1～4-4、6A-6A、10-10的計算安全系數略低于JGJ 120—2012《建筑基坑支護技術規程》的要求，安全儲備不足，必須進行必要的補強加固。

表1 穩定性分析結果匯總表

6 結論與建議

通過對中心市區某超期服役基坑的現狀調查、基坑監測、基坑支護結構檢測以及剖面穩定性評價，得到以下結論及建議：

1）原基坑設計使用周期為1年，2015年開挖形成至今約4年6個月，已嚴重超支護工程使用年限。根據現場調查，基坑出現噴射混凝土面層局部產生裂縫、空鼓及部分泄水孔堵塞現象，但未出現大面積成片損壞情況，未發現漏水現象；部分既有基坑支護結構已達不到原設計要求，監測結果顯示基坑未見明顯變形，現狀基坑整體穩定性較好，但部分坡面計算安全性系數略低于規范要求、安全儲備不足。

2）本基坑工程深度較大，且基坑周邊均為市政道路，一旦破壞，造成的損失和不良社會影響巨大。現有基坑長期暴露，部分支護結構已經破壞起不到應有的作用，增大了破壞的風險，尤其是雨季期間，對基坑工程尤為不利。雖然，目前基坑表現為穩定狀態，一旦不可控因素出現，存在坍塌的可能性，且風險和影響較大，應該應委托有相應資質的設計單位對基坑進行適當的補強加固。

3）為避免基坑可能發生的失穩坍塌等意外情況，應繼續加強基坑及周邊市政道路的監測，并派專人對基坑周邊進行定期巡視，出現險情及時反饋，同時，在施工前應制訂相應的應急處理預案，并備好應急物資。

4）對于噴射混凝土面層厚度及強度不滿足設計要求的，可采用加掛鋼筋網固定后并噴射C20混凝土面層的加固方式。

5）為了滿足新項目設計功能需要，對于安全系數不滿足規范要求的基坑剖面，應充分利用既有基坑支護結構，建議在既有土釘間補設置土釘或預應力錨桿的方式進行補強加固。