某超期限服役的基坑支护工程现状安全性评估

黄金辉

（福建省建筑科学研究院有限责任公司，福州 350108）

1 引言

21世纪以来，随着城市基础工程建设的进行，各种类型的地下空间也被充分发掘利用，如地下室车库、地下商业街、地下仓库等。地下建构筑物多采用先预加固再明挖建设的工艺，其开挖形成了规模不一的基坑工程。由于不可预见因素的影响，导致某些项目被长期搁置甚至“烂尾”，已开挖形成的基坑不能在设计规定使用年限内完成地下结构的建设，致使基坑工程超过规范及设计文件允许的时限服役[1-3]。针对该类超期限服役的基坑工程，当项目重启时，基坑周边环境及地下建构筑物功能或已发生变化，为保证基坑内的地下建构物施工安全，需明确既有基坑支护工程能否继续使用，以及是否需要加固，因此，有必要对既有基坑的现状进行安全性评估，以便为基坑支护工程的加固处理提供设计依据[4，5]。

2 工程概况

2.1 工程简介

某“烂尾”项目位于晋江市中心城区，周边为既有市政道路，基坑顶边线距市政道路红线距离0.5～4.1 m。该项目原建筑设1～2层地下室，原基础采用灌注桩和筏板基础，于2015年已完成工程桩施工、地下室基坑支护工程施工及地下室土方开挖，并已完成2层地下室底板和1层地下室范围筏板柱下独立基础的浇筑，地下室土方尚未回填。因产权纠纷等客观因素，该工程完成部分基础施工后被搁置至今，停工时间长达4年6个月后，项目被新建设单位收购，项目重新启动。由于基坑支护工程已超出设计使用年限3年以上，且根据最新项目主体结构设计文件，重启后的新项目使用功能有较大的改变，原基坑支护结构部分不满足新项目地下建构筑物的功能需要。

2.2 工程地质条件

原场地为丘陵坡地地貌单元，根据地勘报告，场地内影响基坑侧壁稳定性的土层主要为：①层杂填土、②层粉质黏土、②-A层有机质粉质黏土、②-B层淤泥质土、③层中砂、④层残积黏性土、⑤层全风化花岗岩。

本场地的地下水类型主要为赋存于①层杂填土中的上层滞水、③中砂中孔隙承压水以及下部花岗岩风化带中的风化孔隙-裂隙水；稳定地下水埋深为0.20～2.20 m，地下水位变化幅在1.00～5.00 m。

2.3 原基坑支护工程概况

原基坑周长约763 m，开挖深度约为4.10～11.70 m。基坑安全等级为一级，重要性系数γ=1.10；设计使用年限为1年。

根据该场地不同的工程地质、水文地质、坑顶的周边环境、基坑拟开挖深度等条件，将基坑划分为12个支护剖面，其中，原基坑剖面1-1～5-5、6A-6A、7-7、8-8、10-10采用土钉墙+挂网喷混凝土的支护方式；剖面9-9采用预应力锚杆+土钉墙+挂网喷混凝土复合土钉墙的支护方式；剖面6-6和11-11采用自然放坡+挂网喷混凝土的支护方式。

2.4 基坑现状调查

基坑为不规则闭合体，受多年来降雨影响，基坑积水至1层、2层地下室交界处，水深约4.5 m。目前，已于2019年11月按“降深0.5 m/次、停1 d”并结合监测的原则完成基坑内积水的排放。

自2015年基坑开挖形成以来，基坑整体稳定性较好，现场基坑顶部未发现张拉裂缝，基坑侧壁未发现大规模坍塌，坑壁未发现渗水现象。但基坑坡脚由于长期泡水，局部喷射混凝土面层坍塌脱落，且部分泄水孔发生堵塞，雨季时严重影响坡内排水，影响边坡的稳定性。

3 既有基坑支护结构现状使用功能评估

3.1 土钉及锚杆抗拔承载力检测

在完成基坑积水抽排后，对既有基坑支护结构的使用功能进行检测鉴定。既有基坑支护主要采用土钉墙或复合土钉墙的支护方式，随着时间的推移，土钉及锚杆可能发生蠕变、松弛，进而导致结构抗拔承载力的损失，为查明土钉及锚杆的现状抗拔承载力能否满足设计要求，随机抽取不同剖面中的15根土钉+3根预应力锚杆进行其抗拔承载力验收试验。

根据抽查的土钉试验结果，11根土钉能满足试验抗拔承载力能满足设计要求，土钉抗拔强度合格率为73.3%，其中，土钉的最低抗拔承载力仅为22 kN，远低于设计值165 kN，锚固功能几乎失效；抽检的预应力锚杆承载力满足设计要求。

3.2 喷射混凝土厚度及强度检测

为核实喷射C20混凝土护面的功能能否满足设计要求，随机选取36个点采集混凝土芯样进行厚度及强度检测，因大部分混凝土芯样长度不足，无法进行抗压强度检测，仅对其中的7组试样进行抗压强度试验。

根据取样检测结果，喷射混凝土面层厚度38～131 mm，平均值为52.33 mm，原设计值80 mm，且最小值低于设计厚度的60%，不满足设计要求。坡面喷射混凝土厚度仅58.3%达到设计要求，不满足规范要求。对满足要求的混凝土芯样分别进行单轴抗压强度试验，仅1个试样喷射混凝土强度满足设计要求，合格率仅为14.3%；测得试样抗压强度试验值为7.7～22.1 MPa，平均值为12.7 MPa，不满足规范要求。

3.3 支护结构使用功能评估

基坑开挖至今约4年6月，支护结构严重超期服役，且基坑底部长期泡水，土钉在岩土体的应力松弛效应且场地地下水、场地土对混凝土结构、钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性等不利因素的影响下，导致了土钉抗拔承载力不同程度的损失，已不能达到稳定坡面的效果，进行稳定性验算时，应根据实际检测结果乘一定的系数使用。由于长期暴露受外界环境影响，基坑侧壁的混凝土面层局部呈现裂缝、鼓胀和脱落现象，导致喷射混凝土面层厚度不均匀性大、局部较薄，喷射混凝土强度普遍不能满足设计要求。

4 现状基坑变形情况分析

2019年10月16日至2019年12月4日，对基坑进行水平位移及沉降变形进行了观测，以便明晰既有基坑的动态变形情况，并确保在基坑积水抽排实施过程中的安全及有效评估基坑整体稳定性。根据沉降点监测资料，累计垂直位移量为0.89～6.68 mm，最大沉降速率为0.06 mm/d；累计水平位移量为0～4 mm，最大水平位移变化速率为0.143 mm/d（S10、S21点）。图1为典型的时间-累计沉降量关系曲线，从曲线可以看出，位移量及位移变化速率最大处恰好为基坑抽排水期间，抽水完成后，垂直及水平位移几乎不变。根据地表位移监测数据分析，坑顶水平、垂直位移值及变化速率均较小，变形活动不明显，基坑未见明显异常现象。深孔位移监测资料显示，基坑累计水平位移量为3.1～6.72 mm，最大水平位移速率为-0.063 mm/d，位移量最大处恰好为积水抽排期间。

图1 典型时间-累计沉降量曲线

结合地表位移、深孔位移监测数据及现场调查分析表明，目前基坑无明显变形活动，现状基坑处于稳定状态。

5 现状基坑稳定性分析

5.1 稳定性评估采取的计算方法

结合前期收集得到的钻孔柱状图及岩土力学参数，利用理正深基坑7.5软件中的单元计算模块，采用瑞典条分圆弧滑动法（总应力法）对典型基坑侧壁进行整体稳定性分析。由于土钉抗拔承载力不同程度的损失，结合检测资料，对未进行土钉抗拔承载力验收试验的剖面1-1～3-3、8-8、10-10土钉抗拔承载力按设计强度值的75%考虑；对于检测结果满足设计要求的剖面5-5和7-7，采用土钉抗拔承载力设计值考虑；对于检测结果不满足设计要求的剖面4-4和9-9，采用土钉抗拔承载力实测试验值进行计算。

5.2 稳定性评价结果

通过电算得出各个剖面的安全系数（见表1）。从表1中的计算结果可以得出，支护安全系数均大于1.2。既有基坑边坡均处于稳定状态，这与现场实际调查结果及基坑监测结果一致，但由于部分土钉抗拔承载力的损失，基坑剖面1-1～4-4、6A-6A、10-10的计算安全系数略低于JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》的要求，安全储备不足，必须进行必要的补强加固。

表1 稳定性分析结果汇总表

6 结论与建议

通过对中心市区某超期服役基坑的现状调查、基坑监测、基坑支护结构检测以及剖面稳定性评价，得到以下结论及建议：

1）原基坑设计使用周期为1年，2015年开挖形成至今约4年6个月，已严重超支护工程使用年限。根据现场调查，基坑出现喷射混凝土面层局部产生裂缝、空鼓及部分泄水孔堵塞现象，但未出现大面积成片损坏情况，未发现漏水现象；部分既有基坑支护结构已达不到原设计要求，监测结果显示基坑未见明显变形，现状基坑整体稳定性较好，但部分坡面计算安全性系数略低于规范要求、安全储备不足。

2）本基坑工程深度较大，且基坑周边均为市政道路，一旦破坏，造成的损失和不良社会影响巨大。现有基坑长期暴露，部分支护结构已经破坏起不到应有的作用，增大了破坏的风险，尤其是雨季期间，对基坑工程尤为不利。虽然，目前基坑表现为稳定状态，一旦不可控因素出现，存在坍塌的可能性，且风险和影响较大，应该应委托有相应资质的设计单位对基坑进行适当的补强加固。

3）为避免基坑可能发生的失稳坍塌等意外情况，应继续加强基坑及周边市政道路的监测，并派专人对基坑周边进行定期巡视，出现险情及时反馈，同时，在施工前应制订相应的应急处理预案，并备好应急物资。

4）对于喷射混凝土面层厚度及强度不满足设计要求的，可采用加挂钢筋网固定后并喷射C20混凝土面层的加固方式。

5）为了满足新项目设计功能需要，对于安全系数不满足规范要求的基坑剖面，应充分利用既有基坑支护结构，建议在既有土钉间补设置土钉或预应力锚杆的方式进行补强加固。