揚州某基坑支護失穩(wěn)原因分析與處理措施

胡峰華 趙 松 陶 鵬

江蘇省工程勘測研究院有限責任公司

1 引言

鋼板樁是一種邊緣帶有聯(lián)動裝置，且這種聯(lián)動裝置可以自由組合以便形成一種連續(xù)緊密的擋土或者擋水墻的鋼結(jié)構(gòu)體，在基坑支護中廣泛應(yīng)用，具有強度高、防水性能好、容易打入堅硬土層、可多次重復(fù)使用、施工速度快等優(yōu)點。本文就揚州老黏土地區(qū)某鋼板樁支護的質(zhì)量事故進行了分析，并提出搶險補救措施，同時對鋼板樁在揚州老黏土地區(qū)施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題做個總結(jié)并提出預(yù)防措施。

2 工程概況

某項目基坑長350.00m，寬310.00m，深5.80m。基坑北側(cè)、東側(cè)均具有放坡條件且周邊無任何地上地下管線及建（構(gòu)）筑物，基坑支護采用二級放坡支護；基坑南側(cè)臨近現(xiàn)狀道路、西側(cè)距坡頂3m 布置一條施工道路，均不具備放坡條件，采用鋼板樁垂直支護。設(shè)計計算超載：基坑邊3.00m 以內(nèi)附加荷載10.00kPa，3.00m 以外附加荷載30.00kPa.。基坑安全等級為二級，工程重要性系數(shù)γ取1.0。基坑開挖降雨后西側(cè)邊坡中部出現(xiàn)失穩(wěn)。

3 場地工程地質(zhì)條件

3.1 場地地層概況

根據(jù)勘察報告，40.00m 深度范圍內(nèi)所揭示的地層均為第四紀松散堆、沉積物，按成因類型、土質(zhì)特征分為9層，自上而下分述如下。

3.2 場地水文地質(zhì)條件

勘察表明，①層素填土及耕作土含較多孔隙及縫隙，具有一定透水性；②、③、④層粉質(zhì)黏土上部由于受人類活動自然因數(shù)的影響較大，易產(chǎn)生裂隙、孔隙，具有一定的透水性，構(gòu)成場地上層滯水含水層。④層下部、⑤層粉質(zhì)黏土、黏土構(gòu)成含水層的隔水底板。

勘察期間，地下水穩(wěn)定水位埋深0.15m~0.25m。根據(jù)場地區(qū)域水文地質(zhì)資料，地下水位隨季節(jié)變化而變化，變化的幅度在0.84m~2.15m左右。

3.3 基坑支護設(shè)計參數(shù)

表1 基坑支護設(shè)計參數(shù)表

4 西側(cè)邊坡支護設(shè)計參數(shù)及施工概況

4.1 西側(cè)邊坡支護設(shè)計參數(shù)

根據(jù)場地地層情況及基坑周邊環(huán)境，西側(cè)邊坡無法放坡，且坡頂布置一條施工道路，對變形控制要求較高，故采用鋼板樁垂直支護。設(shè)計參數(shù)如下。

①鋼板樁：型號為Ⅳ拉森鋼板400×170×15.5，樁長12.00m，嵌固深度為6.20m。

②圍檁：型號為H400×400×13×21。

③監(jiān)測項目：根據(jù)《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）[1]、《建筑基坑工程監(jiān)測技術(shù)標準》（GB 50497—2019）[2]，按照二級基坑支護監(jiān)測要求，監(jiān)測內(nèi)容包括:坡頂、樁頂水平位移和垂直位移、地面沉降監(jiān)測。

④其他施工要求：做好基坑周邊防排水工程，嚴禁大量水滲入邊坡土體中。

圖1 西坡支護剖面圖

4.2 施工情況

在施工過程中，施工單位未在坡頂設(shè)置排水溝，只在坡頂設(shè)了一道擋水墻。基坑開挖至基底設(shè)計標高后，坡體暫時處于穩(wěn)定狀態(tài)。在完成基槽開挖后，遇一場大雨，鋼板樁發(fā)生向坑內(nèi)傾倒，如圖2。

圖2 西側(cè)邊坡傾倒圖

4.3 基坑監(jiān)測情況

監(jiān)測工作于2019年11月10日開始，根據(jù)基坑開挖情況完成的各監(jiān)測點的布設(shè)，于12月7日對各監(jiān)測點進行了第18次觀測，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析，西側(cè)樁頂WY33 號點水平位移變形速率為6.1mm/d，已超報警值，第一次報警；12月12日持續(xù)降雨，于12月13日對各監(jiān)測點進行了第24次觀測，根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析，WY33號點單日變形量水平位移為146mm，垂直位移為26.38mm，水平位移累計變形量已達153mm，超報警值，第二次報警。

5 事故原因分析

事故發(fā)生后，經(jīng)過現(xiàn)場踏勘調(diào)查分析后認為，造成邊坡失穩(wěn)主要有以下四個原因。

5.1 施工原因

（1）施工單位為了加快工期、節(jié)約成本，未按設(shè)計要求施工坡頂排水溝。基坑支護設(shè)計需要對基坑周邊環(huán)境做好調(diào)查，尤其是地上與地下給、排水系統(tǒng)[3]。或者不根據(jù)場地實際情況，只做地面硬化及擋水墻。本次事故原因是由于大量的雨水通過硬化路面的裂縫滲入鋼板樁施工時導(dǎo)向槽的回填土中，浸水后水土壓力加大，造成鋼板樁產(chǎn)生較大的水平位移。

（2）施工單位未按設(shè)計要求在坡頂設(shè)置限位墩，重型渣土車靠近坡頂行走，產(chǎn)生的振動導(dǎo)致坡頂?shù)挠不访嫫屏眩纬闪说乇硭聺B的通道。

（3）產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)的部位地勢低洼，降雨后大量雨水匯聚于此，坡頂設(shè)置的擋水墻阻擋了地表水的排泄。

（4）鋼板樁施工時開挖的導(dǎo)向槽太深，回填土沒有分層壓實，填土間縫隙成為地表水的下滲通道。

5.2 地質(zhì)原因

老黏土具有“遇水變軟、失水變硬”的工程特性[4]，在鋼板樁施打的過程中，在鋼板樁的側(cè)壁處形成豎向的縫隙，地表水進入縫隙后浸泡老黏土，土的抗剪強度會急劇降低，造成邊坡的失穩(wěn)。

5.3 設(shè)計原因

在挖基坑的過程中，支護結(jié)構(gòu)的較大位移一般發(fā)生在基坑的最長邊，且為跨中部位，短邊的位移相對較小，尤其基坑端部拐角部位，位移最小。上述現(xiàn)象表明基坑具有明顯的空間效應(yīng)，基坑短邊的空間作用較小，長邊的空間作用較大，故叫作“長邊效應(yīng)”[5]。基坑西側(cè)邊坡設(shè)計時未考慮基坑的“長邊效應(yīng)”，設(shè)計時未采取中部加強措施。

5.4 管理原因

（1）施工單位管理不到位，沒有安全意識，認為基坑淺，土質(zhì)好，就偷工減料，施工過程中不按設(shè)計圖紙施工，質(zhì)檢人員沒有盡職，在關(guān)鍵部位沒有把好關(guān)，導(dǎo)致支護體系強度不足。

（2）監(jiān)理單位應(yīng)對工程質(zhì)量嚴格把關(guān)，尤其在排水工程的關(guān)鍵工序中應(yīng)起到監(jiān)管作用。

（3）建設(shè)單位管理混亂，對深基坑危大工程的重要性認識不足。為了保工期，默許施工單位偷工減料。

6 事故處理

事故發(fā)生后，施工單位啟動應(yīng)急預(yù)案，在確定沒有人員傷亡和財產(chǎn)損失的情況下，迅速地降低坡頂土方高度，減小其對鋼板樁的側(cè)壓力，同時會同建設(shè)方、監(jiān)理、基坑設(shè)計人員到現(xiàn)場進行研究，通過各方意見確認了如下加固措施。

（1）樁頂開裂部位土方全部挖除，挖除深度為2.00m，挖除寬度為2.80m，土方挖除長度同鋼板樁長度。

（2）挖除部位底部和側(cè)面表面做砼硬化處理，側(cè)面做成斜坡，在鋼板樁上開洞作為泄水孔能及時排除雨水。

（3）斜坡頂設(shè)置止水坎和防護欄桿。

（4）鋼板樁在坑底部位設(shè)置長方形限位墩抵住鋼板樁同時可防止雨水通過樁與土的縫隙滲透進地基土中。

通過采取以上處理措施，支護系統(tǒng)得以加固，在后期使用期間，雖經(jīng)歷多次降雨未再出現(xiàn)邊坡的失穩(wěn)。

圖3 西側(cè)邊坡處理示意圖

7 結(jié)束語

本文主要從揚州老黏土地區(qū)基坑出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的問題進行思考，通過現(xiàn)場邊坡失穩(wěn)部位、地層情況及周邊環(huán)境綜合分析，以理論和經(jīng)驗相結(jié)合，推測出基坑邊坡失穩(wěn)原因，有針對性地提出合理有效地處理措施，并取得較好的效果，保證了基坑工程的安全且使工程順利地開展，為今后類似工程提供了參考和思路。