某軟土場地樁錨支護結構基坑失穩原因探析

林生法

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

福建地處沿海區域，淤泥多處于欠固結狀態，其孔隙比大、靈敏度高、抗擾動能力差、強度低、淤泥層厚、厚度多達20 m～40 m，含水率高，高達60%～80%，有的甚至大于90%，對基坑支護帶來一定難度。根據福建有關規定“開挖深度超過4 m(含4 m)、開挖影響范圍內屬軟土場地的一級基坑，禁止采用放坡、土釘支護、噴錨支護、水泥土墻(攪拌樁)、懸臂支護等結構體系”，軟土場地基坑支護常采用樁錨及內支撐支護型式，但基坑失穩破壞還常見報道[1-3]。因此，深厚軟土場地的基坑支護設計、施工及監測等應引起足夠重視，避免發生安全事故。

國內外學者針對樁錨支護型式的基坑失穩開展了一系列研究。葛陽成等[4]介紹了某深厚軟土基坑事故分析及搶險加固設計案例，認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，樁錨支護結構容易發生轉動，搶險加固采用坑堆載砂袋及加設鋼管支撐。夏翛等[5]、惠冰等[6]及李銘等[7]結合某具體樁錨支護基坑失穩工程，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]介紹了樁錨支護結構的主要破壞型式為樁體斷裂、樁腳破壞及傾覆失穩。

樁錨基坑失穩后，分析判斷是淺層土體滑移或者深層土體滑移破壞模式，對后續所采取搶險加固措施至關重要?，F有針對樁錨支護型式基坑失穩原因分析及加固措施研究較多，但針對樁錨支護型式中，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。

本文結合某實際工程案例，分析了基坑失穩的主要原因，介紹了樁錨支護型式淺層與深層發生土體滑移的區別與典型特征，并針對該工程提出了的搶險加固處置措施，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漳灣鎮，西側為金馬北路(目前路面尚未形成，地下室外墻距離用地紅線約17.30 m)、北側為萬廣路(規劃路，目前為空地)及南側為魚塘(部分已回填)，東側為空地，現狀場地已初略整平，總體較為平坦，基坑周邊環境如圖1所示(圖1中陰影填充區域為此次基坑失穩區域)。

圖1 基坑周邊環境

該工程設一層地下室，由于基坑失穩位置為東側，故主要介紹東側基坑情況，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。本基坑側壁安全等級為一級，重要性系數為1.1。

基坑開挖影響范圍深度內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，堆填時間<5年，欠固結，密實度和均勻性較差，未經專門壓實處理。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，土體物理力學指標較低，基坑開挖底均位于該層，為影響基坑穩定性的主要土層。

③砂礫卵石層：呈飽和，稍密～中密狀態為主。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。典型工程地質剖面如圖2所示，基坑支護設計土層物理力學參數如表1所示。

圖2 典型工程地質剖面如圖

表1 基坑支護設計土層物理力學參數

2 基坑支護型式及基坑失穩情況介紹

2.1 基坑支護型式介紹

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

排樁采用SMW工法樁，即在三軸水泥攪拌樁內插入HM488×300×11×18型鋼(主樓區域H型鋼為21 m，裙樓區域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。主樓區域支護剖面如圖3所示，裙樓區域支護剖面如圖4所示，基坑支護設計采用“理正深基坑”軟件，各剖面計算結果如表2所示。計算結果均能滿足現行國家規范有關規定[10]。

圖3 主樓區域支護剖面圖

圖4 裙樓區域支護剖面圖

表2 基坑支護設計計算結果

2.2 基坑失穩情況介紹

根據現場施工反饋，該基坑西側支護結構完成后，于2017年11日18日開始圖1填充區的基坑土方開挖，至22日下午開挖至基底標高，期間基坑監測數據正常。22日夜里驟降大雨后，圖1填充區域基坑外側地面發生位移開裂，23日監測數值累計水平位移為4.2 cm，24日、25日兩天在連續強降雨下監測數值水平位移累計達到19.81 cm。發現異常后，施工單位立即采取坑底大面積回填，至26日位移數值降到6 mm/d，27日降到2 mm/d，28日～30日至降為1 mm/d，后面基本趨于穩定狀態。此次基坑失穩導致金馬路路基整體滑移，影響范圍為紅線外25 m范圍左右，距離支護樁距離約40 m。

3 基坑失穩分析

根據地勘報告，該區域軟弱下臥淤泥層達20 m～23 m深，而本基坑西側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。根據分析，本次基坑失穩的主要原因有以下幾點：第一，金馬路路基采用強震碾壓，施工時的強震碾壓，一方面對淤泥產生擾動，降低淤泥強度，另一方面錨桿錨固體注漿施工過程中，強震碾壓破壞錨桿錨固體強度的形成，同時對錨索已施工注漿錨固段結構產生破壞，直接導致錨桿失效。第二，連續強降雨的雨水從金馬路一側土帶滲入基坑側壁，導致水土壓力驟增，遠遠超過原設計。第三，基坑側壁土層主要淤泥層，土方未分層、分段跳槽開挖，一次性開挖工作面太長，且未及時施工墊層、承臺及底板。以上幾方面不利因素的疊加作用下，導致該側基坑發生失穩破壞。

根據監測報告，本次基坑失穩，深層土體未發生明顯位移，淺部土體位移變形較大?，F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由基坑坡頂向外側逐漸變小，裂縫寬度b由基坑坡頂向外側逐漸變小，基坑失穩影響范圍達到6～7倍左右，遠遠超過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(支護樁發生踢腳或整根支護樁向坑內平移，典型破壞示意見圖5)導致。假設錨桿失效計算得出各支護剖面的結果見表3(計算軟件為“理正深基坑”)，通過與表2結果對比說明，錨桿失效后地表沉降及變形均增大，抗傾覆安全系數降低幅度較大，但整體穩定性系數略降低(表明支護樁未發生踢腳或向坑內平移，未發生土體深層滑移)，說明本次基坑失穩為淺部土體滑移破壞。根據現場破壞特征繪制的錨索結構失效引起淺層土體滑移的抗傾覆失穩典型特征如圖6所示。

圖5 基坑深層土體整體失穩示意圖

圖6 基坑淺層土體失穩示意圖

表3 錨桿錨固體失效基坑各指標計算結果

4 搶險加固處置措施

根據以上基坑失穩的原因分析，要求現場采取如下搶險加固處置措施：第一，對坡頂土體已開裂的裂隙進行封堵，對填土進行面層防護，防止雨水進一步滲入土體中，同時做好坡頂截水與排水措施。擴大金馬路基坑側警戒區域，避免施工車輛通行對基坑邊坡穩定進一步造成不利影響。第二，加強支護結構、相鄰區域塔吊、工程樁及金馬路等的監測，加密監測頻率，根據監測情況，采取坑內堆疊砂袋反壓、基坑邊坡土體卸載等應急措施，以防止工程樁受到影響。第三，由于已施工錨索已失效，同時已對淤泥層產生較大擾動，淤泥強度降低，不應再采用增設錨索的加固方式，故該側采用斜撐支護型式，同時基坑內被動區采用高壓旋噴樁進行土體加固，加固剖面如圖7所示。第四，后續施工應采用中心島土方開挖方式，土方開挖應嚴格按分層、分段、分區進行。根據采取上述搶險加固處理措施后，后續整個基坑及地下室順利施工完畢。

圖7 搶險加固支護剖面圖

5 結論

基坑工程雖然是臨時性工程，但是其施工質量與安全不僅影響到自身主體結構的施工及質量，同時也會對周圍環境產生較大影響，特別是有深厚軟土場地的基坑，應引起各參建方重視，避免出現安全事故。本文通過介紹某軟土場地基坑失穩實際案例并分析原因，針對性提出搶險加固措施，得出以下主要結論：

(1)采用樁錨支護結構的基坑工程，若錨桿錨固體位于淤泥層中，錨固體質量受周圍環境影響較大。應科學合理安排施工錨桿，施工期間應與周圍強震碾壓相互錯開，確保錨桿錨固體質量，避免錨桿失效。

(2)深厚軟土中，采用樁錨支護型式的基坑一旦發生失穩，其影響范圍比較廣，但并不一定是深層土體滑移引起的，應根據監測數據、結合現場失穩破壞特征及計算進行綜合分析。若支護樁有足夠嵌固深度或樁端能進入較好的地層，則往往是錨桿結構失效引起抗傾覆失穩導致淺層土體滑移。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由基坑坡頂向外側逐漸變小。

(3)深厚軟土中采用樁錨支護型式的基坑發生失穩后，軟土受擾動比較大，其力學參數會降低，不應再采用增設錨索的加固方式，后續加固措施一般采取斜撐+基坑內被動區土體加固支護型式，同時應合理安排施工順序，可為類似工程提供參考。