某深基坑险情分析与加固处理

陈 静

(兴化市建设工程质量检测有限公司，江苏 兴化 225700)

0 前 言

为了节省土地，充分利用空间，城市建设开始向地下发展，导致基坑工程日益增多，促进了基坑支护技术的研究与发展，产生了新的支护型式、施工工艺，并出现了很多成功的案例。但由于多方面的因素，也出现了不少基坑工程的事故[1-4]。本文以南京市某基坑工程为例，分析了事故发生的原因，并提出了积极有效的处理办法。由于该工程险情处理及时，未造成严重破坏性后果，其经验教训值得总结。

1 工程概况及地质条件

1.1 项目概况

拟建项目为一栋3～6层的商业综合体，下设1层整体大底盘地下车库。基坑面积约14 271.19 m2，周长达475.4 m，开挖深度4.75～7.75 m。基坑东侧为城市主干道，地下室外墙距路芽约11 m；南侧为城市主干道，地下室外墙距路芽约26 m；西侧为住宅小区，建筑物距离地下室外墙最近约4.8 m，坑边分布有市政管线；北侧为住宅小区，建筑物距离地下室外墙最近约6.2 m，坑边分布有市政管线。

1.2 工程地质概况

拟建场地地貌类型属岗地及其边缘，主要沉积的黏性土，根据本次勘探下伏基岩埋深在7～15 m。基坑开挖影响范围内土层如下。①层素填土：灰-灰黄色，以软塑状粉质黏土为主，含少量的植物根茎及小碎石等，上部约20～30 cm耕土，其力学性质不均匀，结构松散，密实度差，堆填时间2～3年；②层粉质黏土：灰-灰黄色，软-可塑，切面稍有光泽，含黑色铁锰结核，干强度中，韧性中；③层粉质黏土：黄褐色，可塑-硬塑，含黑色铁锰结核，稍有光泽，干强度高，韧性高；④层粉质黏土：黄褐色，软-可塑，切面稍有光泽，含黑色铁锰结核，干强度中，韧性中；⑤层粉质黏土：黄褐色，可塑-硬塑，含黑色铁锰结核，稍有光泽，干强度高，韧性高；⑥层强风化泥质砂岩：砖红色，风化强烈，岩芯呈碎块状局部呈黏土状，螺纹钻难钻进，遇水软化，为极软岩，岩体破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ级。设计土层参数见表1。

表1 基坑支护结构设计土层参数一览表

1.3 水文地质概况

拟建场地在勘察深度范围内，地下水类型为孔隙潜水。潜水主要赋存于①层土中，大气降水补给，排泄于大气蒸发。勘察期间测得稳定水位埋深在1.04～1.15 m，初见水位埋深与稳定水位基本一致，据区域水位地质资料，该层地下水位变化幅度约1.0 m，近3～5年最高地下水位埋深位于地表下0.50 m。

1.4 支护结构设计

综合基坑的周边环境要求、地质条件以及基坑挖深，确定本工程的侧壁安全等级为二级，重要性系数取1.0。基坑支护结构设计为变形控制要求高的西侧、北侧局部区段采用悬臂桩或桩锚支护，如图1所示。其他区段采用土钉墙支护，如图2所示。

1.5 事故险情介绍

设计单位于2017年4月根据勘察报告及结构图纸进行了初步设计，此时基坑挖深为4.55～6.55 m，方案分别采用悬臂桩和土钉墙支护，由于南京地区土钉不能出红线，而GFRP的抗剪强度相对较低，对相邻地块后期工程的实施影响不大，因此，土钉均采用GFRP土钉。甲方为了缩短工期，在该方案未报审的情况下开始施工。

图1 桩锚支护段剖面图

图2 土钉墙支护段剖面图

由于未办理施工许可，项目停工。为了继续施工，甲方要求设计单位将施工图报审，审图过程中发现勘察报告孔口高程与实际地面相差1 m，基坑挖深变为4.75～7.75 m，由于挖深较深处填土厚度也比较大，此时方案采用中部以北采用灌注桩+1层支撑的支护型式，中部以南仍采用放坡土钉。但由于部分支护结构已施工，且该方案不满足甲方的造价和工期要求，设计单位根据现场实际情况及甲方要求进行调整并二次送审，此时在变形控制要求高的基坑北侧HJ段采用桩锚的支护型式，而挖深最深的西北角FG段由于距离房子11.8 m，且该区段建筑物为半地下室，工程桩为管桩，FG段仍然采用土钉墙支护。

基坑由中部向北侧开挖，施工过程中一直存在土方超挖、土钉施工跟不上挖土速度的情况。险情发生在开挖西北角FG段时，该段挖深7.75 m。在甲方抢工期的要求下，土方单位一挖到底，土方开挖当晚下了一场暴雨，暴雨过后西侧已施工的EF段靠北区段、西北角FG段、北侧GH段发生滑塌，滑塌长度北侧约41 m、西侧约45 m。且北侧紧邻坡顶的小区道路沿地下管线走向出现明显裂缝，裂缝宽约25 mm。北侧采用桩锚支护的HJ段则不受影响。

2 事故分析及处理措施

2.1 事故原因

1)土方严重超挖。超挖是这次事故的直接原因，FG段竖向共设置5层土钉，设计要求分层开挖。按照设计工况，整体稳定性安全系数计算如表2。

表2 分层开挖工况整体稳定性安全系数

规范规定安全等级为二级的土钉墙，整体稳定性安全系数不应小于1.3。

当一次开挖到底时，整体稳定性安全系数计算如表3。此时的安全系数远小于规范要求。

表3 一次开挖到底整体稳定性安全系数

2)强降雨的作用。该侧素填土为北侧建筑物半地下室的回填土，结构松散，开挖后遇到强降雨，由于应力释放和大气降水的迅速浸入裂隙中，使裂隙急剧扩大，土的整体性质急剧破坏，使得土体强度急剧降低。

3)勘察资料不准确。根据勘察报告FG段地层为4.2 m厚的①层素填土，其下为②层粉质黏土，软-可塑状，根据现场开挖情况，西北角②层土质类似淤泥质粉质黏土，土层工程性质差。

4)土钉材料选取不适。GFRP由于其弹性模量较小，对边坡的变形控制较差。且其抗剪强度低，对存在滑裂面的边坡支护存在被剪断的风险。该工程填土层深厚，结构松散，变形大，采用钢筋(花管)土钉更合适。

2.2 事故处理措施

发现险情后，施工单位立即通知甲方和监理，并连夜组织挖机在坡脚回土反压。险情发生的第二天早晨9:00，所有参建单位及专家讨论处理措施。

根据现场实际开挖情况，针对西侧、北侧出现滑塌现象的EF、FG、GH段进行加固处理。

1)在坡脚采用土方进行反压处理，防止产生二次滑坡。

2)对目前空鼓的挂网喷浆进行切割处理，对坡面进行修坡处理并及时喷射钢筋混凝土面层。

3)在坡面电缆下方增设4排直径80 mm、壁厚3.0 mm花管注浆，长度6.0 m，水平间距1.0 m，竖向间距0.80 m，梅花形布置(如遇与原有土钉有冲突，可适当调整竖向间距)，对原有松动土体进行加固处理，端部设置横向加强筋，使其与钢筋混凝土面层形成整体，具体型式见图3。

4)在第3(4)排土钉坡面位置增设竖向直径108 mm、壁厚4.0 mm锚管桩，间距1.0 m，长度9.0 m(6.0 m)，端部通过与面层钢筋及加强筋与土钉进行焊接，形成整体。

6)对坡顶管线内积水进行疏排，同时根据填土分布情况在坡面填土下部增设泄水孔。对坡顶已产生裂缝进行灌缝处理。

7)土钉支护应严格按照分层开挖、顺序施工的原则。

8)加强现场巡视及基坑监测，做到信息化施工。

图3 加固处理图

经过上述加固方案处理后，基坑边坡的变形得到了控制，北侧路面开裂宽度没有再扩大， 达到了预期效果。

3 结 论

1)基坑工程虽为临时性工程，但同时也是一项非常重要的岩土工程，一旦出现事故后，不仅经济遭受损失，工期受到拖延，严重时更会威胁到群众的生命安全，造成的后果十分严重。设计过程中一定要坚持安全第一的原则，不能为了迎合业主要求而冒风险。业主不能一味追求经济效益和缩短工期，强令设计冒险。施工单位应按图施工，不得心存侥幸。

2)在雨季施工且深度超过6 m的基坑应慎用土钉支护，若必须采用该支护型式，应做好坡顶挡水，并及时地封闭坡顶，必要时应加宽翻边。

3)GFRP作为土钉用于基坑支护时，由于其弹性模量较小、抗剪强度较低，更适用于抗剪强度高的老黏土土层中。