排桩内支撑基坑典型失稳原因及处理对策分析

虞利军，王 茸，陈敏军

(浙江省岩土基础公司，浙江 宁波 315040)

0 引言

在软土地区，排桩内支撑支护结构[1～3]是常用的一种基坑开挖支护结构，该支护方式技术成熟，可以有效地控制变形。桩型可根据实际情况采用钻孔灌注桩、沉管灌注桩、SMW工法桩等。内支撑可采用现浇钢筋砼支撑、型钢(钢管)支撑。

该种支护结构一般较安全可靠，但如果设计、施工过程中某环节出现不当，易导致基坑发生严重变形甚至失稳。本文结合浙江宁波某基坑工程实例，分析探讨排桩内支撑支护结构的典型失稳原因，并提出处理对策，供同行参考。

1 影响排桩内支撑支护结构稳定的因素

排桩内支撑支护结构主要由排桩和支撑体系2部分组成，影响其稳定性的主要因素有以下2个方面。

1.1 设计因素

排桩内支撑支护结构设计包含2部分，支护桩设计和支撑体系设计，在设计中常出现的问题包括:

(1)支护桩桩长不足，桩径及配筋偏小，导致支护桩不能承受较大的土压力而产生踢脚、断桩等问题，从而引起支护体系破坏;

(2)支撑梁截面偏小，配筋不足，导致支撑梁开裂甚至断裂，从而引起支撑与支护桩不能共同工作，影响整个支护体系的稳定。

1.2 施工因素

在排桩内支撑支护结构施工过程中，由于施工单位未按照设计要求施工，导致支护结构失稳、破坏的事故时有发生，主要表现在以下几个方面:

(1)支护桩长度未按照设计要求施工，灌注桩充盈度不足，钢筋笼长度不足，下放不到位，导致支护桩有效桩长不足，从而不能保证支护桩的有效嵌固深度;

(2)支护桩主筋配筋减少，灌注砼标号降低，导致支护桩强度、刚度不足，抵抗变形的能力较差;

(3)支撑梁配筋不足，钢筋焊接质量差，或锚固长度未按设计要求及有关规范施工。

以上从设计、施工角度出发，分析了影响排桩内支撑支护结构稳定性的因素。除此之外，坑边荷载、基坑挖土出土方向、地下水、地质条件等也是影响支护体系安全性的因素。

2 排桩内支撑支护结构典型失稳原因分析

2.1 工程概况

浙江宁波某工程为商住楼，设有一座单层地下车库，基坑平面总体呈矩形，长126 m，宽74 m。基坑设计挖深计算至地梁垫层底，挖深为5.30～6.70 m。

场地地貌属滨海淤积平原，地质条件差。基坑开挖影响范围内地层结构见图1，土层物理力学参数见表1。

图1 工程地质剖面图

表1 土层物理力学参数表

2.2 支护设计方案

支护型式采用钻孔灌注桩加一道现浇钢筋砼水平内支撑支护结构[5，6]，支护桩外侧辅以水泥搅拌桩挡土止水，基坑支护平面布置见图2。

图2 基坑平面布置图

(2)支撑体系采用角撑结合双肢对撑的平面布置形式。支撑梁砼强度C30。冠梁尺寸900 mm×600 mm，主支撑尺寸700 mm×600 mm。

2.3 基坑破坏过程

施工单位进场施工后，基坑挖土至底板底时，监测数据反应，前一日上午10时深层土体位移较一天前突增30 mm，累计位移量达到90 mm，施工单位未及时采取加固措施，当日凌晨东侧开挖部位发生突然性严重垮塌，支护桩上部往坑内位移达1.5 m，环梁与支撑梁连接处，梁完全断裂并错位，坑内土体严重隆起，基坑外侧相邻道路慢车道下土体塌空，迫使道路临时封闭。基坑垮塌现场见图3。

图3 基坑垮塌现场照片

2.4 失稳原因分析

基坑倒塌后，相关部门马上召开处理会议，检查相关的施工记录，调查事故原因。经调查，发现工程施工质量存在较多问题，主要表现在支护桩桩长不符合设计要求。实际施工桩长10.1～11.5 m，嵌固深度仅为开挖深度的0.87～1.09倍，桩端仅位于淤泥与粉质粘土交界处。由于嵌固深度严重不足，造成支护体系被动区土压力不能平衡主动土压力，支护桩产生严重踢脚变形，并令支撑体系发生扭曲、剪切破坏，最后导致基坑严重坍塌。

3 处理对策及效果

3.1 处理对策

根据失稳原因，结合现场实际情况，拟定了如下加固方案(典型加固剖面见图4)。

(1)对垮塌区桩后一定范围内进行卸土，并采用6 m长木桩对人行道塌陷边坡坡脚进行加固，并在塌空区采用C20素砼进行回填，以防垮塌范围进一步扩大。

图4 基坑典型加固剖面

(2)对垮塌段及附近区域进行地质补勘，加密勘察孔，探明相关地层的埋深情况，为后续设计、施工提供准确的地质依据。

(4)为保证需保留的相邻两侧支护结构不因凿除已破坏的支护桩、支撑梁而受影响，原有支护桩与支撑体系暂保持原状，新浇筑支撑体系底标高同原支撑顶标高。

(6)基坑挖到设计标高后，迅速在靠近围护桩边10 m范围内满铺30 cm厚C20砼垫层，并要求采用砂袋反压。并分段分区域进行底板、基础施工，分段距离≯10 m。

3.2 加固验算

验算用地层厚度参照补勘后查明的地质剖面。淤泥土的灵敏度一般在3～4之间，甚至可达8～9[7]，垮塌段及附近影响区域土体被严重扰动后，土性变差，重新设计计算时，土体的抗剪强度指标按原值60%取用。

为检验加固后支护结构的可靠性，采用弹性地基梁模型进行验算，计算结果详见图5。

根据计算结果分析，经加固后，支护体系受力可靠、体系稳定。

图5 弹性地基梁模型计算结果(开挖6.70 m)

3.3 加固效果

支护结构补强后，在基坑外侧重新设置了位移监测孔。后续开挖期间桩顶水平位移的监测数据与计算的顶部位移基本吻合，桩顶没有产生过大水平位移。深层土体位移[8]累计最大为15.71 mm，桩间土护壁面层表观未有异常裂纹出现，支撑体系未发生明显开裂，基坑周边地表沉降仅1.2 cm，表明加固措施合理有效。

4 结论

(1)从该基坑倒塌破坏原因分析，支护桩桩身并未发生断裂，说明桩身强度满足设计规范要求。事故原因主要是施工桩长过短，造成支护桩嵌固深度不足，支护桩踢脚后导致基坑垮塌破坏。

(2)软土地区，由于土的物理力学性质较差，当采用排桩内支撑支护结构时，支护桩桩长务必要严格按照规范设计，嵌固深度一般需达到基坑开挖深度的1.5～2倍;如有较好的地层，嵌固深度可适当减短。

(3)对已变形较大的支护体系，务必加强重视，一旦发生险情，及时采取补救措施。对已破坏尚且需要加固处理的工程，应查明原因，根据破坏原因有针对性地进行加固补强，在保证安全的前提下，从施工难易程度、造价、工期等方面综合考虑加固措施。

[1] JGJ 120－99，建筑基坑支护技术规程[S].

[2] GB 50010－2001，混凝土结构设计规范[S].

[3] DB 33/1008－2000，建筑基坑支护技术规程[S].

[4] 高大钊.岩土工程勘察与设计[M].北京:人民交通出版社，2010.567.

[5] 夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1999.273 －274.

[6] 龚晓南，等.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社，1998.275 －285.

[7] 编委会.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社，2007.

[8] GB 50497－2009，建筑基坑工程监测技术规范[S].