問(wèn)題深基坑的加固處理案例分析

李勝杰

(1. 成都市建筑科學(xué)研究院有限公司, 四川成都 610051;2. 成都市建科院工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司, 四川成都 610051)

0 引言

因城市建設(shè)發(fā)展增速,部分建設(shè)工程因工期緊,施工提速,但在深基坑施工到一定階段,因規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)整,深基坑加深或者變淺或者基坑停等時(shí)間超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限或者基坑周邊環(huán)境條件變化,原有支護(hù)結(jié)構(gòu)不能滿足安全穩(wěn)定性要求,或者因?yàn)楣こ痰刭|(zhì)條件差、超載、滲漏水或者暴雨等情況,造成基坑變形達(dá)報(bào)警值或者發(fā)生基坑坍塌甚至垮塌現(xiàn)象,必須對(duì)深基坑進(jìn)行加固處理。

1 基坑深度變化引起原有支護(hù)結(jié)構(gòu)不能滿足安全穩(wěn)定性要求的加固處理

原支護(hù)結(jié)構(gòu)為土釘墻的基坑加深后的加固措施相對(duì)較簡(jiǎn)單,根據(jù)地質(zhì)條件和原有支護(hù)參數(shù),建立相應(yīng)模型可處理,即:加深部位采用放坡+土釘墻、排樁、樁錨支護(hù)[1];原有支護(hù)結(jié)構(gòu)深度范圍內(nèi)根據(jù)加深情況可增設(shè)比原有土釘長(zhǎng)的土釘或錨桿;或者增設(shè)微型樁、預(yù)應(yīng)力錨桿等復(fù)合土釘墻型式;而對(duì)于基坑外側(cè)地下有障礙物的基坑,則可采用增設(shè)微型樁、型鋼斜撐等型式。對(duì)于原支護(hù)結(jié)構(gòu)以支護(hù)樁為主的基坑從簡(jiǎn)單到復(fù)雜都有,相對(duì)簡(jiǎn)單的是支護(hù)樁的嵌固段在直接增設(shè)錨索后能滿足要求,相對(duì)復(fù)雜的是即使增設(shè)錨索后嵌固段不滿足要求,但支護(hù)樁樁端基本在基底以下,如圖1、圖2所示;特別復(fù)雜的是樁端完全在基底以上,如圖3所示。

圖2 采用內(nèi)支撐+坑內(nèi)留置平臺(tái)放坡土釘墻加固(單位:mm)

圖3 排樁連接加固(單位:mm)

1.1 基坑深度加深

案例一:成都某基坑工程地層從上至下依次為3 m厚雜填土、5 m厚淤泥質(zhì)土、2 m厚細(xì)砂層,以下為卵石層。H-H’和H1-H1’支護(hù)段原基坑深度8.82 m,基底下約6 m為地鐵隧道,H1-H1’支護(hù)段外側(cè)最近3.16 m外為7F老建筑,基礎(chǔ)型式和埋深在檔案館都無(wú)記錄,支護(hù)樁樁長(zhǎng)分別為10.05 m、9.37 m,支護(hù)樁施工完成后,基坑加深1.03 m,變?yōu)?.85 m,基本無(wú)嵌固段(圖1、圖2)。

對(duì)于H-H’支護(hù)段,如采用內(nèi)支撐,則相應(yīng)造價(jià)較高,受地鐵控制線要求,不可能在基坑內(nèi)側(cè)再施工一排樁,但由理正軟件采用樁錨支護(hù)模型在增加錨索后計(jì)算結(jié)果顯示,整體穩(wěn)定安全系數(shù)為0.01,是否不能滿足要求?這種情況可認(rèn)為不再適用樁支護(hù)模型,建議采用土釘墻[1]支護(hù)計(jì)算模型和錨桿式擋土墻[2-3]進(jìn)行計(jì)算,將排樁及樁間土支護(hù)看作土釘墻面板、墻,通過(guò)計(jì)算,安全系數(shù)等均滿足要求。

對(duì)于H1-H1’ 支護(hù)段,由于臨近7F建筑,其基礎(chǔ)型式和埋深不明,但以成都的經(jīng)驗(yàn),推測(cè)可能會(huì)是預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)[4],如采用錨索,則可能會(huì)破壞臨近建筑基礎(chǔ),引起糾紛,同時(shí)受地鐵控制線影響,也不可在基坑內(nèi)側(cè)施工一排樁,因此綜合考慮,擬采取利用已經(jīng)施工的支護(hù)樁,增加2道內(nèi)支撐,第一道位于樁頂下3.0 m,第二道距第一道4 m。利用該段處于汽車坡道位置,在坑內(nèi)預(yù)留4 m寬、高2.45 m的土體,在此標(biāo)高處施工第二道鋼筋混凝土支撐梁,預(yù)留土體放坡至基底,預(yù)留土體的自身穩(wěn)定性采用土釘墻支護(hù)型式,經(jīng)理論計(jì)算,滿足要求。

經(jīng)嚴(yán)密的理論計(jì)算和精心施工,施工和使用期間監(jiān)測(cè)位移均在10 mm以內(nèi),其支護(hù)效果達(dá)到了預(yù)期效果。

案例二:四川某大廈項(xiàng)目基坑工程,地層從上至下依次為約3 m為填土層、32 m厚砂卵石層,以下為泥巖。原基坑深度約7 m,支護(hù)樁樁徑φ1.0 m、樁長(zhǎng)13 m,地下室由1層變更為3層,加深后基坑深度為17 m(圖3),基坑開(kāi)挖后,原有支護(hù)樁不僅無(wú)嵌固段,而且將是懸掛在基坑側(cè)壁,如果將原有支護(hù)樁廢棄,將造成很大浪費(fèi),而且工期較長(zhǎng),經(jīng)綜合考慮造價(jià)及工期要求,保留原有支護(hù)樁,并加以利用,同時(shí)新增樁錨支護(hù)體系,具體工法是:先對(duì)原有支護(hù)樁在-4.5 m處施工一道錨索;然后采用在基坑內(nèi)側(cè)緊貼原有支護(hù)樁施工φ1.1 m樁,較原有支護(hù)樁直徑稍大,這樣可以使原有支護(hù)樁有較大的受壓約束面積;新樁頂設(shè)1.1 m×1.0 m冠梁,可以使原有支護(hù)樁端部附近有足夠的強(qiáng)度和剛度,減小兩樁搭接部位的位移量,防止原支護(hù)樁側(cè)向變形滑移破壞,保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性;冠梁上設(shè)1.1 m×1.1 m、長(zhǎng)10 m方樁,新樁與原有樁搭接長(zhǎng)度6 m,可以進(jìn)一步加大受壓約束面積,增強(qiáng)原有支護(hù)樁的抗傾覆能力;并在新樁冠梁及其下3.5 m處各施工一道錨索,對(duì)新舊樁可以起到增加原有支護(hù)樁的抗傾覆能力,對(duì)新樁的整體穩(wěn)定性、抗傾覆能力、位移控制均能起到很好的作用[1]。另一方面,為使新舊樁之間位移不致過(guò)大而影響支護(hù)體系的協(xié)調(diào)工作,在新增支護(hù)樁冠梁底以上部分對(duì)原有支護(hù)樁采用φ14 mm鋼筋進(jìn)行植筋,植筋錨固長(zhǎng)度為15d,植筋與新增支護(hù)樁冠梁及以上方樁現(xiàn)澆為整體,增強(qiáng)了支護(hù)體系的穩(wěn)定性。實(shí)踐證明,該項(xiàng)目在基坑開(kāi)挖及使用期間支護(hù)效果較好,監(jiān)測(cè)位移均在預(yù)警值范圍之內(nèi)。

1.2 基坑深度變淺

案例三:成華區(qū)迎暉路某基坑,場(chǎng)地地貌單元為岷江水系Ⅱ級(jí)階地,為膨脹性土地層,地層從上至下依次為:約5 m厚雜填土、10.5 m厚硬塑黏土(裂隙較發(fā)育、含鐵錳質(zhì)結(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核,充填有少量條帶狀灰白色黏土)、3.10 m厚可塑黏土(裂隙較發(fā)育、含鐵錳質(zhì)結(jié)核及鈣質(zhì)結(jié)核,充填有少量條帶狀灰白色黏土)、約5 m厚硬塑—可塑粉質(zhì)黏土、泥巖?；?xùn)|側(cè)為朗詩(shī)項(xiàng)目地塊,主樓18層,設(shè)2層地下室,框架結(jié)構(gòu),主樓采用筏板基礎(chǔ),純地下室采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)及墻下條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)底面標(biāo)高500.95～504.75 m;南側(cè)和西側(cè)臨市政道路,北側(cè)無(wú)建構(gòu)筑物,地勢(shì)比基坑頂高2 m。原基坑設(shè)計(jì)深度22.5 m,采用內(nèi)支撐支護(hù)(圖4),基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)已經(jīng)完全實(shí)施完成,基坑已開(kāi)挖到基底附近;基坑因故停等了4年,超過(guò)設(shè)計(jì)使用年限2年[1],由于設(shè)計(jì)變更,基底標(biāo)高提高后基坑深度變?yōu)?9.95 m,根據(jù)本工程最終建筑和結(jié)構(gòu)施工圖,現(xiàn)擬建地下室3層板面標(biāo)高均與原有混凝土內(nèi)支撐中心線標(biāo)高相距較近(地下室頂板標(biāo)高507.80～510.00 m,板厚180～200 mm,第1層內(nèi)支撐中心線標(biāo)高507.50 m;地下室負(fù)1層標(biāo)高503.25～505.40 m,板厚120～140 mm,第2層內(nèi)支撐中心線標(biāo)高503.45 m;地下室負(fù)2層標(biāo)高498.70～499.25 m,板厚120～140 mm,第3層內(nèi)支撐中心線標(biāo)高498.45 m,3層支撐梁尺寸均為0.8 m×1.0 m),為保證基坑安全以及后期主體修建便利,對(duì)原基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行復(fù)核,復(fù)核后發(fā)現(xiàn)基坑?xùn)|側(cè)ABC段(臨朗詩(shī)主樓和地下室部分)在首層支撐梁拆除后樁身懸臂長(zhǎng)7.8～10.4 m,存在較高臨空面,加上前期該側(cè)樁身和冠梁有削弱,且處膨脹土分布地區(qū),需進(jìn)行加固,加固設(shè)計(jì)采用在負(fù)2層地下室頂板設(shè)置斜支撐[1](圖5),設(shè)置鋼支撐后方可完全拆除首層混凝土支撐梁;基坑其余三側(cè)因基坑深度減小、周邊情況相對(duì)簡(jiǎn)單、負(fù)2層地下室回填后剩余懸臂不高,暫不考慮加固。以AB段加固設(shè)計(jì)為例,具體加固設(shè)計(jì)為:在拆除第n道支撐連系梁前,需待已施工的下層樓板和換撐混凝土板混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%;最終第n道支撐梁和環(huán)梁拆除前需待已施工的下層樓板和換撐混凝土板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%;在負(fù)2層地下室頂板設(shè)置斜支撐,斜支撐設(shè)置完畢,經(jīng)檢測(cè)滿足拆撐條件后,正式拆除原水平支撐前先采用繩鋸沿連系梁加腋處切割掉連系梁,待聯(lián)系梁拆除(第Ⅰ批次拆除)后,待3天監(jiān)測(cè)值無(wú)異常后再進(jìn)行主撐梁和環(huán)梁拆除(第Ⅱ批次拆除)。

圖4 成華區(qū)迎暉路某基坑內(nèi)支撐平面布置

圖5 成華區(qū)迎暉路某基坑斜支撐加固(單位:mm)

2 水患引起原有支護(hù)結(jié)構(gòu)不能滿足安全穩(wěn)定性要求的加固處理

2.1 原支護(hù)結(jié)構(gòu)為支護(hù)樁或樁錨支護(hù)

案例四:成都某地塊深基坑工程,地貌單元屬岷江水系Ⅲ級(jí)階地后緣,場(chǎng)地地層分布如下:人工填土層厚0.4～1.5 m,弱膨脹潛勢(shì)的硬塑粘土層分布層厚4.4～12.9 m,下伏強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥巖層 ;基坑深度約10.9 m,設(shè)計(jì)采用樁錨支護(hù),施工樁徑φ1 200 mm,樁距2.5 m,EFG段外側(cè)約6.6m為4F建筑,淺基礎(chǔ),設(shè)計(jì)采用2排錨索,JK段外側(cè)臨市政道路,施工采用1排錨索。

EFG段冠梁施工后僅開(kāi)挖2 m就發(fā)現(xiàn)基坑水平位移變形速率超過(guò)報(bào)警值,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,發(fā)現(xiàn)坡頂有較多積水[5],且較難以截?cái)嗨?施工單位馬上采取應(yīng)急措施進(jìn)行回填反壓,經(jīng)回填反壓土體后水平位移仍然較大, 為確?；蛹爸苓吔ㄖ锇踩?對(duì)該側(cè)進(jìn)行加固,加固設(shè)計(jì)在基坑轉(zhuǎn)角部位采用2層水平角撐,其余部位采用2層豎向斜支撐(圖6)。斜支撐采用φ609 mm、壁厚t=14 mm焊接鋼管,鋼管材質(zhì)Q235;腰梁采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土腰梁,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30;基坑內(nèi)設(shè)置支撐樁,支撐樁φ1.20 m,嵌固段長(zhǎng)度7.0 m,混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,樁間距同支撐間距,支撐(支撐樁)間距可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,以避開(kāi)主體結(jié)構(gòu),但不得大于6.0 m,支撐樁采用梅花形布置,樁頂設(shè)置聯(lián)系梁形成整體,聯(lián)系梁頂標(biāo)高同基礎(chǔ)墊層底標(biāo)高,聯(lián)系梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,支撐樁在基坑開(kāi)挖前應(yīng)完成施工;支撐施工并完成施加預(yù)應(yīng)力之前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求預(yù)留反壓土體,圖6中所示預(yù)留土體為設(shè)置支撐前的臨時(shí)邊坡,邊坡形成后應(yīng)以最快的速度完成支撐設(shè)置并挖除預(yù)留土體,在暫時(shí)尚不安裝支撐的地段,預(yù)留土體頂部寬度不小于6.0 m,坡率按1∶1.5～1∶2控制,并按高度3.0～3.5 m設(shè)置寬度不小于2.0 m的馬道;土方開(kāi)挖與支撐設(shè)置應(yīng)分段采取單向推進(jìn)的方式,即完成一根支撐,挖除該支撐區(qū)域圖中所示預(yù)留土體,并將相鄰支撐區(qū)域的邊坡開(kāi)挖至圖中所示預(yù)留土體坡形,嚴(yán)禁超挖;底板澆筑完成后,在支護(hù)樁與底板之間澆筑C25素混凝土,厚度不小于600 mm,混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后,可拆除第二道支撐,負(fù)2層地下室頂板完成施工,在與頂板同標(biāo)高位置澆筑厚度600 mm的素混凝土,強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值75%后可拆除第一道支撐。施工現(xiàn)場(chǎng)按照此加固設(shè)計(jì)精心施工,最終變形控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

圖6 EFG段豎向斜支撐加固平面及剖面

JK段采用樁錨支護(hù),錨索為1排,但該側(cè)土方運(yùn)輸車輛長(zhǎng)期在該側(cè)洗車、碾壓,3天內(nèi)變形急劇增大,造成該側(cè)樁折斷、冠梁拉斷,導(dǎo)致該段基坑垮塌,施工單位立即采取應(yīng)急措施,對(duì)市政道路半幅封閉,回填反壓基坑,該段及臨近支護(hù)段坡頂進(jìn)行卸載,并進(jìn)行后續(xù)加固處理。加固設(shè)計(jì)采用豎向斜撐:因原支護(hù)樁樁端已進(jìn)入中風(fēng)化泥巖,能提供一定的水平反力,故對(duì)原支護(hù)樁水平反力進(jìn)行一定折減后加以利用,將原有支護(hù)樁坑底以上截?cái)?在坑底處增設(shè)地連梁,在基坑原支護(hù)樁外側(cè)新增支護(hù)樁及豎向斜撐,利用原有支護(hù)樁坑底以下段及地連梁作為斜撐坑底支點(diǎn)(圖7),新增支護(hù)樁及原有支護(hù)樁之間斜支撐下部土體仍然保留,該預(yù)留土體作為反壓土體不再挖除,并采用噴射C20混凝土封閉坡體[6],防止雨水滲透。經(jīng)如此加固處理,基坑得到順利實(shí)施。

圖7 JK段豎向斜支撐加固示意(單位:mm)

2.2 原支護(hù)結(jié)構(gòu)為土釘墻支護(hù)

案例五:成都市新都區(qū)石板灘某基坑,地貌單元屬成都沖積平原沱江水系二級(jí)階地,場(chǎng)地地表地層分別為:第四系全新統(tǒng)填土層(Q4ml):疏松,主要成份為黏性土,偶見(jiàn)碎磚塊、生活垃圾,為近1年平整場(chǎng)地所回填,具濕陷性,厚約2 m;第四系晚更新統(tǒng)沖積層黏土(Q3al):可塑,由黏粒及少許粉砂粒組成,含較多褐色鐵錳質(zhì)氧化物斑點(diǎn)或結(jié)核,在發(fā)育的裂隙中充填有灰白色、軟塑狀的黏土網(wǎng)脈。裂隙面較光滑,無(wú)搖震反應(yīng),干強(qiáng)度高,韌性高,厚約7.8 m,黏土具弱膨脹性,自由膨脹率49%,脹縮等級(jí)Ⅰ級(jí);白堊系上統(tǒng)灌口組(K2g)棕紅色泥質(zhì)砂巖。該基坑北側(cè)為空地,基坑設(shè)計(jì)深度6.6 m,采用二級(jí)放坡土釘墻支護(hù),第一級(jí)放坡坡比設(shè)計(jì)坡比1∶2,施工坡比約為1∶1.5,第二級(jí)放坡設(shè)計(jì)和施工約為1∶1.5,一二級(jí)放坡之間設(shè)1.5 m寬平臺(tái),土釘長(zhǎng)度分別為6 m、5 m、4 m、3 m,土釘水平和豎向間距均為1.5 m,坡頂設(shè)計(jì)散水寬度5 m,實(shí)際坡頂施工散水寬度約3 m(圖8)。在一次暴雨后基坑垮塌,且坑底隆起,已施工基礎(chǔ)拱起破壞,塔吊倒塌。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),北側(cè)坡頂?shù)乇韰R水面積較大,坡頂硬化寬度不足,坡頂無(wú)截水溝,地表水無(wú)法避開(kāi)基坑排泄,大量地表水通過(guò)沖刷坑壁或滲入土體,由于膨脹土體裂隙發(fā)育,大量滲水沿著裂隙入滲,由于坡體泄排水不暢,原本呈軟塑狀的黏土網(wǎng)脈進(jìn)一步延伸擴(kuò)大,加劇膨脹土的變形破壞,從而導(dǎo)致基坑垮塌、坑底隆起變形破壞?；诨油鈧?cè)無(wú)建筑物,設(shè)計(jì)加固采用1∶2.5清除坡壁垮塌松散土體,坑底因隆起的松散土體清除厚度達(dá)0.9 m,因此基坑深度變?yōu)?.5 m,1∶2.5放坡后的坑壁掛φ8@200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)噴射100 mm厚C20混凝土,坡頂硬化寬度按8 m實(shí)施,同時(shí)在坑底采用混凝土塊反壓坡腳[7]。經(jīng)加固處理后基坑方得以順利實(shí)施。

圖8 事故基坑垮塌前土釘墻施工剖立面示意

3 結(jié)論

本文針對(duì)問(wèn)題深基坑的幾個(gè)加固案例闡述,剖析了成都地區(qū)基坑深度變化或基坑變形達(dá)報(bào)警值或基坑垮塌的一系列支護(hù)加固特殊案例。實(shí)踐證明，通過(guò)此類加固技術(shù)應(yīng)用效果較好，監(jiān)測(cè)位移均在報(bào)警值范圍之內(nèi)；對(duì)節(jié)省造價(jià)，減少浪費(fèi)資源、縮短工期起到了很大的作用；對(duì)防止基坑安全事故或?qū)邮鹿什扇〉奶幚泶胧┬Ч黠@；對(duì)此類工程的加固取得的成功為類似工程提供了相應(yīng)的加固技術(shù)思路。同時(shí)，針對(duì)膨脹土地區(qū)基坑，由于膨脹土在滲水后膨脹變形明顯，基坑更容易垮塌，基坑頂更應(yīng)嚴(yán)格控制超載，在基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)坑頂嚴(yán)禁重車通行、洗車；在基坑設(shè)計(jì)施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)基坑開(kāi)挖影響范圍內(nèi)坑頂?shù)孛嬗不訌?qiáng)，加強(qiáng)對(duì)基坑的防水、排水、截水，防止地表水下滲；支護(hù)結(jié)構(gòu)也應(yīng)且根據(jù)膨脹土分布區(qū)域的不同及周邊環(huán)境條件采取不同的支護(hù)形式并加強(qiáng)支護(hù)。通過(guò)研究問(wèn)題深基坑的加固技術(shù)，對(duì)其研究成果應(yīng)用于工程中，必將取得更重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。