某軟土場地樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)基坑失穩(wěn)原因探析

林生法

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

福建地處沿海區(qū)域，淤泥多處于欠固結(jié)狀態(tài)，其孔隙比大、靈敏度高、抗擾動(dòng)能力差、強(qiáng)度低、淤泥層厚、厚度多達(dá)20 m～40 m，含水率高，高達(dá)60%～80%，有的甚至大于90%，對基坑支護(hù)帶來一定難度。根據(jù)福建有關(guān)規(guī)定“開挖深度超過4 m(含4 m)、開挖影響范圍內(nèi)屬軟土場地的一級基坑，禁止采用放坡、土釘支護(hù)、噴錨支護(hù)、水泥土墻(攪拌樁)、懸臂支護(hù)等結(jié)構(gòu)體系”，軟土場地基坑支護(hù)常采用樁錨及內(nèi)支撐支護(hù)型式，但基坑失穩(wěn)破壞還常見報(bào)道[1-3]。因此，深厚軟土場地的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測等應(yīng)引起足夠重視，避免發(fā)生安全事故。

國內(nèi)外學(xué)者針對樁錨支護(hù)型式的基坑失穩(wěn)開展了一系列研究。葛陽成等[4]介紹了某深厚軟土基坑事故分析及搶險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)案例，認(rèn)為其原因一是施工速度過快，二是在軟土中由于錨索錨固角度較大和樁體嵌固深度較淺，樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，搶險(xiǎn)加固采用坑堆載砂袋及加設(shè)鋼管支撐。夏翛等[5]、惠冰等[6]及李銘等[7]結(jié)合某具體樁錨支護(hù)基坑失穩(wěn)工程，分析其原因并提出針對性加固處理措施。孫延軍[8]及王超[9]介紹了樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要破壞型式為樁體斷裂、樁腳破壞及傾覆失穩(wěn)。

樁錨基坑失穩(wěn)后，分析判斷是淺層土體滑移或者深層土體滑移破壞模式，對后續(xù)所采取搶險(xiǎn)加固措施至關(guān)重要?，F(xiàn)有針對樁錨支護(hù)型式基坑失穩(wěn)原因分析及加固措施研究較多，但針對樁錨支護(hù)型式中，由于錨索失效引起的淺部土體滑移的典型特征介紹的特別少。

本文結(jié)合某實(shí)際工程案例，分析了基坑失穩(wěn)的主要原因，介紹了樁錨支護(hù)型式淺層與深層發(fā)生土體滑移的區(qū)別與典型特征，并針對該工程提出了的搶險(xiǎn)加固處置措施，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

擬建場地位于寧德市蕉城區(qū)漳灣鎮(zhèn)，西側(cè)為金馬北路(目前路面尚未形成，地下室外墻距離用地紅線約17.30 m)、北側(cè)為萬廣路(規(guī)劃路，目前為空地)及南側(cè)為魚塘(部分已回填)，東側(cè)為空地，現(xiàn)狀場地已初略整平，總體較為平坦，基坑周邊環(huán)境如圖1所示(圖1中陰影填充區(qū)域?yàn)榇舜位邮Х€(wěn)區(qū)域)。

圖1 基坑周邊環(huán)境

該工程設(shè)一層地下室，由于基坑失穩(wěn)位置為東側(cè)，故主要介紹東側(cè)基坑情況，裙房位置基坑開挖深度為4.55 m；主樓位置基坑開挖深度為6.15 m。本基坑側(cè)壁安全等級為一級，重要性系數(shù)為1.1。

基坑開挖影響范圍深度內(nèi)的主要場地土層自上而下簡要情況如下：

①雜填土層：為人工堆填，堆填時(shí)間<5年，欠固結(jié)，密實(shí)度和均勻性較差，未經(jīng)專門壓實(shí)處理。呈干～稍濕，松散為主，局部稍密、中密。大部分孔有揭露，揭示層厚在1.30 m～11.80 m，平均厚度為5.62 m。

②淤泥層：為近代沉積而成，呈飽和，流塑狀，該層在整個(gè)場地均有分布，該層厚度變化較大，揭示層厚在8.90 m～20.60 m，平均厚度為16.05 m。該層厚度較厚，土層軟弱，含水率較高，土體物理力學(xué)指標(biāo)較低，基坑開挖底均位于該層，為影響基坑穩(wěn)定性的主要土層。

③砂礫卵石層：呈飽和，稍密～中密狀態(tài)為主。場地鉆孔均有分布，揭示層厚在5.00 m～22.30 m，平均厚度為11.98 m。典型工程地質(zhì)剖面如圖2所示，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

圖2 典型工程地質(zhì)剖面如圖

表1 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)土層物理力學(xué)參數(shù)

2 基坑支護(hù)型式及基坑失穩(wěn)情況介紹

2.1 基坑支護(hù)型式介紹

根據(jù)該場地的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境等條件，該工程基坑一般開挖至(2)淤泥層，基坑支護(hù)采用排樁+擴(kuò)孔式錨桿(錨桿錨固體擴(kuò)孔直徑為400 mm，主樓區(qū)域采用兩道，裙房區(qū)域采用一道)，上部2.0 m范圍采用1∶1.2放坡，卸載平臺(tái)寬5.0 m。

排樁采用SMW工法樁，即在三軸水泥攪拌樁內(nèi)插入HM488×300×11×18型鋼(主樓區(qū)域H型鋼為21 m，裙樓區(qū)域H型鋼為18m)，樁中心間距為900，三軸水泥攪拌樁樁徑為φ650，樁中心距為450。主樓區(qū)域支護(hù)剖面如圖3所示，裙樓區(qū)域支護(hù)剖面如圖4所示，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)采用“理正深基坑”軟件，各剖面計(jì)算結(jié)果如表2所示。計(jì)算結(jié)果均能滿足現(xiàn)行國家規(guī)范有關(guān)規(guī)定[10]。

圖3 主樓區(qū)域支護(hù)剖面圖

圖4 裙樓區(qū)域支護(hù)剖面圖

表2 基坑支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果

2.2 基坑失穩(wěn)情況介紹

根據(jù)現(xiàn)場施工反饋，該基坑西側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)完成后，于2017年11日18日開始圖1填充區(qū)的基坑土方開挖，至22日下午開挖至基底標(biāo)高，期間基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)正常。22日夜里驟降大雨后，圖1填充區(qū)域基坑外側(cè)地面發(fā)生位移開裂，23日監(jiān)測數(shù)值累計(jì)水平位移為4.2 cm，24日、25日兩天在連續(xù)強(qiáng)降雨下監(jiān)測數(shù)值水平位移累計(jì)達(dá)到19.81 cm。發(fā)現(xiàn)異常后，施工單位立即采取坑底大面積回填，至26日位移數(shù)值降到6 mm/d，27日降到2 mm/d，28日～30日至降為1 mm/d，后面基本趨于穩(wěn)定狀態(tài)。此次基坑失穩(wěn)導(dǎo)致金馬路路基整體滑移，影響范圍為紅線外25 m范圍左右，距離支護(hù)樁距離約40 m。

3 基坑失穩(wěn)分析

根據(jù)地勘報(bào)告，該區(qū)域軟弱下臥淤泥層達(dá)20 m～23 m深，而本基坑西側(cè)緊鄰在建中的金馬北路，錨桿施工與金馬北路路基施工相疊。根據(jù)分析，本次基坑失穩(wěn)的主要原因有以下幾點(diǎn)：第一，金馬路路基采用強(qiáng)震碾壓，施工時(shí)的強(qiáng)震碾壓，一方面對淤泥產(chǎn)生擾動(dòng)，降低淤泥強(qiáng)度，另一方面錨桿錨固體注漿施工過程中，強(qiáng)震碾壓破壞錨桿錨固體強(qiáng)度的形成，同時(shí)對錨索已施工注漿錨固段結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，直接導(dǎo)致錨桿失效。第二，連續(xù)強(qiáng)降雨的雨水從金馬路一側(cè)土帶滲入基坑側(cè)壁，導(dǎo)致水土壓力驟增，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過原設(shè)計(jì)。第三，基坑側(cè)壁土層主要淤泥層，土方未分層、分段跳槽開挖，一次性開挖工作面太長，且未及時(shí)施工墊層、承臺(tái)及底板。以上幾方面不利因素的疊加作用下，導(dǎo)致該側(cè)基坑發(fā)生失穩(wěn)破壞。

根據(jù)監(jiān)測報(bào)告，本次基坑失穩(wěn)，深層土體未發(fā)生明顯位移，淺部土體位移變形較大?，F(xiàn)場觀察到基坑坡頂及坡頂外，有多條平行于基坑的縱向滑移裂縫，且裂縫深度h由基坑坡頂向外側(cè)逐漸變小，裂縫寬度b由基坑坡頂向外側(cè)逐漸變小，基坑失穩(wěn)影響范圍達(dá)到6～7倍左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過3倍的基坑開挖深度。此種破壞情況常常被誤為是土體深層滑移(支護(hù)樁發(fā)生踢腳或整根支護(hù)樁向坑內(nèi)平移，典型破壞示意見圖5)導(dǎo)致。假設(shè)錨桿失效計(jì)算得出各支護(hù)剖面的結(jié)果見表3(計(jì)算軟件為“理正深基坑”)，通過與表2結(jié)果對比說明，錨桿失效后地表沉降及變形均增大，抗傾覆安全系數(shù)降低幅度較大，但整體穩(wěn)定性系數(shù)略降低(表明支護(hù)樁未發(fā)生踢腳或向坑內(nèi)平移，未發(fā)生土體深層滑移)，說明本次基坑失穩(wěn)為淺部土體滑移破壞。根據(jù)現(xiàn)場破壞特征繪制的錨索結(jié)構(gòu)失效引起淺層土體滑移的抗傾覆失穩(wěn)典型特征如圖6所示。

圖5 基坑深層土體整體失穩(wěn)示意圖

圖6 基坑淺層土體失穩(wěn)示意圖

表3 錨桿錨固體失效基坑各指標(biāo)計(jì)算結(jié)果

4 搶險(xiǎn)加固處置措施

根據(jù)以上基坑失穩(wěn)的原因分析，要求現(xiàn)場采取如下?lián)岆U(xiǎn)加固處置措施：第一，對坡頂土體已開裂的裂隙進(jìn)行封堵，對填土進(jìn)行面層防護(hù)，防止雨水進(jìn)一步滲入土體中，同時(shí)做好坡頂截水與排水措施。擴(kuò)大金馬路基坑側(cè)警戒區(qū)域，避免施工車輛通行對基坑邊坡穩(wěn)定進(jìn)一步造成不利影響。第二，加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)、相鄰區(qū)域塔吊、工程樁及金馬路等的監(jiān)測，加密監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測情況，采取坑內(nèi)堆疊砂袋反壓、基坑邊坡土體卸載等應(yīng)急措施，以防止工程樁受到影響。第三，由于已施工錨索已失效，同時(shí)已對淤泥層產(chǎn)生較大擾動(dòng)，淤泥強(qiáng)度降低，不應(yīng)再采用增設(shè)錨索的加固方式，故該側(cè)采用斜撐支護(hù)型式，同時(shí)基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)采用高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固，加固剖面如圖7所示。第四，后續(xù)施工應(yīng)采用中心島土方開挖方式，土方開挖應(yīng)嚴(yán)格按分層、分段、分區(qū)進(jìn)行。根據(jù)采取上述搶險(xiǎn)加固處理措施后，后續(xù)整個(gè)基坑及地下室順利施工完畢。

圖7 搶險(xiǎn)加固支護(hù)剖面圖

5 結(jié)論

基坑工程雖然是臨時(shí)性工程，但是其施工質(zhì)量與安全不僅影響到自身主體結(jié)構(gòu)的施工及質(zhì)量，同時(shí)也會(huì)對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大影響，特別是有深厚軟土場地的基坑，應(yīng)引起各參建方重視，避免出現(xiàn)安全事故。本文通過介紹某軟土場地基坑失穩(wěn)實(shí)際案例并分析原因，針對性提出搶險(xiǎn)加固措施，得出以下主要結(jié)論：

(1)采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑工程，若錨桿錨固體位于淤泥層中，錨固體質(zhì)量受周圍環(huán)境影響較大。應(yīng)科學(xué)合理安排施工錨桿，施工期間應(yīng)與周圍強(qiáng)震碾壓相互錯(cuò)開，確保錨桿錨固體質(zhì)量，避免錨桿失效。

(2)深厚軟土中，采用樁錨支護(hù)型式的基坑一旦發(fā)生失穩(wěn)，其影響范圍比較廣，但并不一定是深層土體滑移引起的，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)、結(jié)合現(xiàn)場失穩(wěn)破壞特征及計(jì)算進(jìn)行綜合分析。若支護(hù)樁有足夠嵌固深度或樁端能進(jìn)入較好的地層，則往往是錨桿結(jié)構(gòu)失效引起抗傾覆失穩(wěn)導(dǎo)致淺層土體滑移。淺層土體滑移典型特征為基坑坡頂及坡頂外有多條平行于基坑的縱向滑移裂縫，且裂縫深度h及寬度b由基坑坡頂向外側(cè)逐漸變小。

(3)深厚軟土中采用樁錨支護(hù)型式的基坑發(fā)生失穩(wěn)后，軟土受擾動(dòng)比較大，其力學(xué)參數(shù)會(huì)降低，不應(yīng)再采用增設(shè)錨索的加固方式，后續(xù)加固措施一般采取斜撐+基坑內(nèi)被動(dòng)區(qū)土體加固支護(hù)型式，同時(shí)應(yīng)合理安排施工順序，可為類似工程提供參考。