某幼儿园基坑抢险加固方案的实践

沈晓斌

(杭州市拱墅基建设备管理中心，浙江 杭州 310015)



某幼儿园基坑抢险加固方案的实践

沈晓斌

(杭州市拱墅基建设备管理中心，浙江 杭州 310015)

摘要：结合杭州市某幼儿园在深基坑围护施工过程中基坑塌方的工程实例，介绍了该幼儿园基坑在塌方事故后抢险加固处理的经过及采取的技术措施，并根据实际情况进行了基础变更，可供同行参考。

关键词：基坑；抢险加固；基础变更

杭州市某幼儿园总建筑面积4 990 m2，地下室为1层，地下建筑面积880 m2，基坑开挖到承台底为4.400～4.800 m，基础采用预应力管桩基础，幼儿园四周皆为土地出让前已平整土地，未毗邻建筑物，工程地质勘探，基坑开挖影响范围内存在淤泥质黏土层，基坑底也位于该土层中。因地质条件不理想，故虽基坑开挖深度未到5 m,仍采用基坑围护，同时进行基坑周边深层土体的水平位移监测。

1基坑围护方案选择

1.1基坑特点

1)基坑开挖深度不大，约为4.400～4.800 m。

2)基坑开挖面积不大，地下建筑面积约为880 m2。

3)基坑开挖影响范围内存在淤泥质黏土层，基坑底也位于该土层中。

4)本基坑各侧环境总体较好，允许围护结构产生一定量的变形。

1.2基坑围护体系选择

基坑围护设计根据本基坑工程的开挖深度、环境条件和地质条件，同时结合类似工程的经验，采用的围护方案包括：1)放坡开挖；2)复合土钉墙围护结构。本围护方案为弱围护结构。

放坡开挖是最为经济的围护形式，具有施工速度快、土方开挖方便等优点。本工程北侧和西侧红线为空地，故可借地放坡，这两侧采用放坡开挖，放坡约15 m并喷射8 mm厚C20混凝土。

土钉墙围护结构具有经济性好、施工方便、工期短等优点，目前在软土地基的基坑工程中得到了广泛的运用。当坑底处于软弱土层中时，为防止在基坑开挖过程中出现隆起破坏和整体滑移，可在坡脚打入水泥搅拌桩以形成复合土钉墙，有利于提高坡脚土体的承载力和基坑的整体稳定性，并减少围护结构的位移。本工程南侧和东侧距离用地红线较远，这两侧采用水泥搅拌桩复合土钉墙的形式。因土壤表层为杂填土，故听取专家论证建议后，对搅拌桩施工要求掺入SN201。

2基坑塌方原因分析

基坑塌方原因经事后总结，主要有以下几点：

1)周围偷倒土严重，贯穿基坑开挖前后。施工前实地踏勘现场发现，幼儿园用地红线范围内及周边区域已在短时间内被大量废土偷倒形成土堆，甚至基坑开挖时，周边的场地内经常有大车来偷倒淤泥土，而淤泥质土流动性极大，对基坑围护的稳定性造成挑战。见图1、图2。

2)施工单位未及时将开挖土方外运，而且卸土施工不专业。在基坑围护施工中，施工单位对幼儿园用地红线范围内及放坡所涉及区域的土方未及时外运。施工单位在抢险初期卸土先卸近处，再卸远处，导致施工过程中造成局部高低差过大。

3)天气原因。在基坑开挖时段暴雨持续长，导致几次基坑抢险不仅延误抢险进度，同时导致土壤土层多次扰动，工程力学性质较差，抢险效果受影响。

于是，基坑开挖过程中土层失稳滑坡，最终导致多次的基坑开裂和坍塌现象。

图1　幼儿园及周边原状图

图2　幼儿园被偷倒土后现状图

3抢险加固处理及采取的技术措施

因基坑开挖过程出现诸多不可控因素，故在基坑多次抢险过程中多次召开五方主体研讨会及基坑专家论证会。

3.1第一次抢险，抢险方式为施打松木桩

4月12日，北边约30 m场挖到-4.5 m标高位置处，东边挖到-0.3 m处左右，发现北边开始出现裂缝。4月14日下午到晚上持续暴雨，基坑监测第一份报告示警，监测报告显示北面3号孔当天最大位移90 mm，施工单位按设计要求往北侧卸土。14日至17日施工北侧往外卸土，东侧和南侧17日新增裂缝较大。4月18日，北面基坑边坡上出现裂缝且根据基坑围护监测单位提供的数据，北面、东面及东南角的累积位移均超预警值，17日下午，甲方、基坑围护设计方、施工方、监理方决定对北面进行抢险处理，在接近坡脚处用松木桩进行了加固处理。18日土体有轻微滑移，施工单位打2排松木桩。打松木桩加固处理后，北面基坑位移得到了抑制但位移仍较大，在4月20日中午12点出现了土体滑坡，并对北面的工程桩造成挤压，北面监测孔破坏。为保证施工安全，避免出现更大经济损失，基坑围护设计方、施工方、监理方于当日下午协商决定暂停基坑开挖并对除西南角一侧的整个基坑进行1 m左右的回填，基坑基本稳定。

3.2第二次抢险，抢险方式为从外向里卸土

第一次抢险完成后，基坑基本稳定，但要继续基坑挖土却可能造成再次坍塌，故经各方协商，将工作重心放在基坑周边卸土上面。4月24日，基坑专家到现场指导，提出先放坡卸土。专家特别指出，卸土应该从外到里，即外面先卸土，里面再卸土，坚决避免因卸土局部出现高低差过大导致土壤扰动。经基坑设计、监理及专家等各方意见，一致认为，北侧土放坡从1∶2.5放缓至1∶5，坡长38 m左右，东侧、南侧的基坑边坡土需要卸土驳运至40 m以外的地方。按此原则，从4月20日至5月2日，全部对基坑周围的堆土进行卸土处理。

3.3第三次抢险，施打钢板桩，并继续卸土

施工方完成卸土后，现场的每日土体变位观测记录显示，北面土体在±0 m以下8～9 m处位移最大值达到120 mm。5月2日北面监测孔第二次破坏。根据现场实际情况，5月3日基坑围护设计方要求在北面已完成卸土的基础上采用12 m长的钢板桩(工字钢)进行加固，以彻底抑制淤泥质土的较大位移流动。与此同时，东面临近道路，每日位移值虽在安全范围内，但因累计位移最大达85 mm，已超过警戒值，需要采用9 m长的钢板桩(槽钢)进行局部加固。5月5日至5月9日上午施工单位根据加固方案依次完成了北面工字钢、东面钢板桩以及西北角工字钢的加固施工。加固完成后，土体稳定，5月11日下午施工方开始北面继续卸土。

3.4第四次抢险，施打H型钢、压顶梁和钢支撑

第三次加固后，基坑又开始开挖，基坑北面、东面又出现变形。5月12日基坑北边往基坑内侧位移最大1 m。5月14日召集建筑结构设计、基坑围护设计、监理、施工各方召开第二次协调会，一致同意先对工程桩进行检测，根据检测结果再定下步加固围护方案。15日检测单位对建筑结构设计所选定的40根桩进行桩身完整性检测。为避免东面位移进一步扩大而影响东侧现有道路，15日夜晚至16日施工方进行了土方回填，回填至标高-3.00 m，基坑稳固。5月19日，建设各方、专家开了第三次工程协调会议，初步定下了基坑围护加固方案。该方案中心思路以卸土卸载为主，将场地北侧、西侧和部分南侧的土方推移至距基坑80 m外的西北方空地，堆土区要保证自身稳定和下卧层稳定。再加一道钢管支撑布置控制东北角和东南角的土体变形，增加部分剖面的钢板桩和松木桩的植入，以达到加固目的。此段时间正值黄梅雨季，明确施工单位确保排水措施。5月21日基坑围护设计单位按工程协调会议要求用全站仪复核了施工场地标高，要求施工单位将场地内的土挖至设计要求标高。5月21日至6月9日因加固方案未明确暂停施工。6月9日基坑围护加固设计方案通过专家论证，6月10日施工单位从场地外侧由远至近向基坑方向卸土，堆土移至基坑边缘80 m以外。7月11日北侧卸土到位，并经监理复核、设计确认。7月11日基坑围护设计进行了基坑加固方案设计交底。7月13日至7月30日停工等待施工方案专项论证。施工单位重新编制了施工方案于8月1日在杭州市建筑业协会的召集下进行了专家论证。8月3日机械、设备材料进场准备，8月4日开始施工H型钢和32la槽钢打入，施工压顶梁和钢支撑，做钢支撑时要考虑到大型机械进入对现有土体及桩的影响，到8月30日基坑加固施工完成。此后的基坑观测显示，本次基坑加固施工有效。

3.5基础变更

工程桩承载力有两种检测方法：静载和大应变，一般采用静载。桩身完整性一般用小应变。工程桩5月15日通过小应变得出的桩身质量的检测报告显示，共抽测49根桩，仅1根桩为Ⅱ类桩，其余48根桩均为Ⅲ类桩，以此可推测基坑内管桩已基本被破坏(桩共220根)。建设各方在工地会议室对基础施工的两种方案进行论证比较：一是将原有桩进行修复后再使用；二是将基础形式改为片筏基础。方案一存在的问题是：1)桩需要先检测桩的倾斜度、桩断裂在何处、桩的破坏程度等关于桩身质量的报告，然后再确定先纠偏后灌芯，还是先灌芯再纠偏。2)桩的纠偏处理需要有支撑点，而工地现场四周由于土质均为软土，均无这样的支撑点可以借力。所有的桩纠偏所需要的费用约在100万元左右，而且完成时间不确定。3)纠偏完成后还须对桩进行桩身质量检测和桩承载力检测，在我们现场的地质情况无法对桩进行堆载试验，而且堆载试验若检测出桩的质量不符合要求，则需要补桩。补桩已经不具备条件，而且钢板支撑的租赁费也是每天在发生。考虑到桩纠偏后继续使用存在较大的成本和施工难度，且又有巨大的不确定因素，建设各方初步决定：将幼儿园地下室部分基础改用片筏基础，并施打树根桩(静压锚杆桩)进行局部处理，对地下室所属区域内现有缺陷桩折减考虑其承载能力加以利用。采用此方案将缩短工期，并减少土体滑坡后基坑围护纠偏的费用，避免更大的经济损失，且大大降低该工程基坑的风险。

4基坑塌方及加固的经验教训

基坑围护的技术性要求高，基坑塌方事故不仅仅只有客观因素，对基坑塌方事件的教训进行了反思，同时也总结基坑抢险经验。

4.1基坑塌方教训反思

1)禁止基坑边堆载。在基坑围护过程中，应严格控制基坑边超载，除出土通道外，基坑四周严禁堆土，特别是初期采用弱围护结构，堆土对弱围护结构影响很大，所以应及时将偷倒土及基坑开挖土方外运。

2)卸土施工应讲究施工顺序，控制挖土机械数量。为保护基坑内工程桩，挖土时应保证高差，因为堆土过高不仅会对下部的土压实产生土压力，而且还会对基坑底造成涌起的力，故先往外推土再挖土，卸土应先卸远处，再卸近处，土坡的高度不宜过大，同时控制挖土机械数量，过多机械会导致下层土体过大扰动。

3)在有机质土的情况下，用水泥搅拌桩强度不高。在地质勘察报告中描述淤泥质黏土层有机质、腐殖质含量较高，见少量腐木。而有机质能够与水泥矿物发生一系列化学作用，阻碍水泥水化产物的晶体生长，不利于水泥土强度的增长，导致水泥土结构疏松，故原基坑设计方案中单排甚至双排搅拌桩的作用其实最主要是排水，抗土压力的作用不大，为弱围护结构。故基坑围护方案应在基坑围护安全的前提下才考虑经济性，设计在基坑围护设计过程中应慎重考虑设计方案。

4)土钉应由专业单位施工。在锚杆支护过程中应注意注浆要饱满，土钉要做抗拔试验。下层土方应在上层土钉注浆完成3 d后方可进行。土钉注浆的水泥用量应不小于20 kg/m。土钉注浆的水泥用量应进行专门计量，以确保水泥用量，钢管土钉打设至设计长度后，应洗净钢管内残留土体后再开始注浆。而施工单位注浆未饱满，待整改后才抗拔合格，故土钉应由经验丰富的专业单位施工。

5)土建设计注意管桩排布的疏密。原管桩采用预应力管桩，在用地面积仅有4 700 m2，地下室面积仅有880 m2的情况下共用220根预应力管桩，其中125根用于地下室区域，管桩太密，预应力管桩相较于钻孔灌注桩挤土效应明显，对原来土体进行扰动，故土建设计时应注意预应力管桩的排布。

6)应提前布置基坑方案调整论证工作，缩短基坑暴露时间。在基坑围护方案调整后应做两个工作，施工单位需要修改基坑施工专项方案，并拿到市建委论证，同时要对设计院的加固方案进行专家论证，时间较长，而当时未提前布置申报工作，故增加了基坑围护期时间，从而造成短时间内停工。

4.2基坑抢险经验总结

4.2.1基坑工程监测到位

基坑围护体系随着开挖深度增加必然会产生侧向变位，关键是侧向变位的发展趋势如何。因此进行严密的基坑开挖监测非常重要。在该工程中，通过每天监测及时了解了围护体系的受力状况，设计可及时调整施工参数，指导下部工作。建设各方遇异情可及时采取措施。

4.2.2基坑应急措施到位

在基坑变形初期，及时采取施打双层松木桩。对于软土地基来讲，钢与木材的材质差不多，所以抢险前期可以采用松木桩，而且双排比单排效果好。当发现围护体变形过大及变形发展速率过快时，及时停止相关范围内的土方开挖，并立即用挖土机挖土向坡脚回填反压，最后进行坑内回填，坑外卸载。在基坑暴露期间暴雨多，及时用预先准备的抽水设施将基坑内部水位排出。

4.2.3基础变更方案效果好

基坑塌方后，管桩一般断在接头处。但仍要先通过检测明确断的位置与断的程度(几类桩)，然后需要由专业队伍来进行纠偏。纠偏后再进行灌芯，灌芯需要时间长，从而增加了基坑暴露时间，会增大桩二次破坏的可能性。而采用将地下室部分基础改用片筏基础，并施打树根桩(静压锚杆桩)进行局部处理，相较于纠偏不仅缩短工期，且费用大大减少。

总体来说，本次的加固在安全的前提下本着节约资本的原则进行抢险，取得了一定的效果，并选择了合适的基础变更方案。对该案例进行总结反思，在将来遇到类似情况能及时应对。

收稿日期：2015-12-23

作者简介：沈晓斌(1987—)，男，浙江杭州人，助理工程师，从事工程前期及工程管理工作。

中图分类号：TU753.8

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)03-0037-04

Practice of the Rescue and Reinforcement Schemeof Foundation Pit for a Kindergarten

SHEN Xiaobin