深基坑支护出险原因分析及处理措施

0 引言
　　随着社会经济的发展和城镇化的推进，城市高层建筑日益增多，深基坑工程施工也随之增多。因此在基础施工时，基坑支护工程的稳定性和安全显得尤为重要。土钉墙支护技术是用于边坡支护和基坑侧壁支护的一项土体加固技术。鉴于其技术工艺简单、成本低、施工速度快等优点，目前国内外大多数基坑边坡支护工程中较多地选择采用土钉墙支护。但是由于勘察不足、设计不合理、施工不当等原因 造成的土钉墙支护事故也经常发生，这不仅浪费物力、财力、人力，延误工期，严重的甚至危及生命安全。因此，当土钉墙支护出现险情后，及时分析出现险晴的原因，制定合理的处理措施，控制险情的发展，将可能造成的损失降到最低程度。总结经验教训，为以后类似工程事前防防范提供可借鉴案例。
　　1 工程概述
　　1．1 工程概况
　　合肥市某高层商住楼工程总建筑面积约为94321．92 m ，建筑总长为63．8 m、总宽为46．2 m，建筑高度为98．01 m。本建筑为地下两层、地上三十层。主楼为筏板式基础，裙楼为独立柱基础。基坑为临时建筑，基坑侧壁安全等级为二级，基坑深为7．3—7．9 m，设计采用土钉墙支护形式。基坑四周没有需要保护的地下管线，北侧和西侧邻路有广告牌，基坑东侧与后期要建的人防工程相连。
　　1．2 工程地质条件
　　根据地质勘测资料，按其成因年代划分为6层，各土层岩土工程参数见表1。拟建场地无不良地质作用；地基持力层处同一地貌单元；每层土层顶坡度小于10％ ；场地为均匀地基。

　　1．3 水文地质条件
　　场地地下水埋藏类型主要为：上层滞水和承压水。
　　(1)上层滞水：主要赋存于①层素填土中，水量贫乏，上层滞水的补给来源主要为大气降水。地下水排泄方式主要为蒸发、径流，地下水水量、变化幅度受天气影响较大。
　　(2)承压水：主要赋存于基岩裂隙及④层粉质粘土中，具弱承压性，水量较小。承压水位标高为34．10～3 4．30 m。勘察期间观测到混合地下水埋深约为1．60—2．20 m，地下水水面标高约为36．10～40．01 m。地下水年变化幅度约2．00 m。
　　2 基坑支护方案
　　2．1 基坑支护设计
　　根据本地区的地质资料确定采用土钉墙支护。支护时按1：0．5放坡，设置5排土钉。第一排土钉长6．0 m，第二排土钉长9．0 m，第三、四排土钉长均为6．0 m，第五排土钉长5．0 m。土钉钢筋采用二级螺纹钢筋，第二排为 Φ25 mm，其余均为Φ20 mm。每排土钉设置一道qbl4 mm横向加强筋。基坑支护设计方案如图1所示。坡顶按图1做好宽度2．0 m的保护面，在相应部位打入1Φ8×3@1500，L=1500 mm的钢管以固定挂网，面层喷射80 mm厚C20混凝土。土钉前端设置定位架，土钉采用Φl6三角连接筋固定于钢筋网片和Φ14的通常加强筋上，如图2所示。
　　2．2 排水设计
　　坡面排水通过设置排水管来实现。基坑下1．5 m处水平每3 m布置一个排水孔。在排水孔内插入排水管，管壁按一定密度钻眼，将排水管的水眼及内端包上筛网布，在排水的同时起到滤土的作用。排水管采用长300～500 mm的带孔塑料管，插入面层500 mln左右，倾角为5～10。，达到排水的目的 。
　　2．3 土方开挖设计
　　边坡开挖应分段进行，每层土方不超长超深开挖，素填土层中分段长度不大于10—20 m，其余土层中分段长度不大于20 m，开挖深度为锚杆层向下0．5 m，欠挖量不超过10 cm；水位未降到开挖深度不能开挖；土方开挖完毕，边坡清出后，必须在一日内喷射支护完毕，不得延迟；雨天不能支护，停止开挖，用彩条布及时覆盖。
　　2．4 变形观测
　　施工期间建立了变形观测措施，设置了12个沉降观测点，适时观测支护结构的垂直位移。

3 基坑出现险情情况及原因分析
　　基坑开挖支护施工期为7月10日至8月15日，正值江淮地区雨季，在基坑开挖支护过程中，基坑西北侧出现局部塌方；基础施工期间，基坑东北角喷射混凝土面层出现20 m 空鼓现象、基坑的北边坡顶地面上出现了一条长达40多m的裂缝，裂缝逐渐变宽变深，直接威胁工程的安全施工，为确保工程施工安全进行，及时分析出深基坑支护出现险情原因所在，并确定正确的处理措施。
　　险情出现后，项目业主、监理工程师和施工单位对现场进行了察看，结合对勘测资料和土钉墙支护方案分析认为，本工程土钉墙支护方案是合适，基坑出现险情的原因主要为：
　　3．1 排水系统设计与实施不到位
　　排水设计只是在基坑下1．5 m处水平每3 m布置一个排水孔，不能有效地降低地下水位；连日的阴雨天气，雨水多，雨量大，施工单位没有及时增加排水设施，对坡顶、坡面、坡脚采取降排水措施，致使土体内上层滞水不能及时排出，造成基坑西北角局部塌方 。
　　3．2 超挖量大
　　软土基坑必须分层均衡开挖，层高不宜超过1 m。但在开挖过程中施工单位发现基坑西北角土质不满足要求，自行超挖3．5 m，超挖量过大，没及时采取加固措施，致使基坑西北角部分土体失稳，出现局部塌方。
　　3．3 基坑排水滞后
　　基坑边界周围地面应设排水沟，及时排出沟内积水。但强降雨过后基坑东北角集水坑(3 m X3．5 m×1．5 m)存水未能及时排出，造成坡脚雨水浸泡时间过久，导致坡脚土体软化，造成坡面喷射混凝土面层出现20 m 空鼓现象。
　　3．4 基坑周边荷载加大
　　基坑周边不应超堆荷载，但基础施工过程中，由于场地狭小，施工单位将木料、钢筋和塔吊的备用标准节堆放在基坑坡顶处(北边)，增加了坡面荷载。基础浇筑混凝土时，混凝土泵车停在基坑的北坡顶处，且离基坑边沿不超过2 m，给基坑边坡施加了动荷载，加大了土体的扰动。

　　局部增加荷载的基坑边坡应力计算简图如图3所示，则CD范围内的附加应力标准值为：

设计时没考虑q1 加大的情况，设计有些与施工脱节，考虑问题不全面，施工中没注意坑边的荷载问题，随意增加边坡的堆载，致使q1 增加过大，且有动载，增大了坡体的附加应力，导致基坑边坡出现裂缝。

　　3．5 地面裂缝处理不及时
　　地面裂缝的出现，削弱了土钉墙抗裂和适应变形的能力 ，部分土体丧失了抗剪作用，土体应承担的力由土钉来承担，增大了土钉的受力，致使土钉变形加大，土钉变形加大更削弱了土钉对裂缝的约束，且基坑北边坡面出现的细小裂缝没有及时发现及时处理，致使雨水下渗，坡体土的含水量加大，土压力增加，致使基坑北边坡面的裂缝逐渐变深、变宽、变长。
　　3．6 观测流于形式
　　工程施工期间，只观测了垂直位移，而没有进行水平位移、土钉拉力等检测 J，根本没有反映出土的侧向位移，直到地面出现长达40 m的裂缝才知道土体已发生侧向位移，造成处理不及时，诱发塌垮事故的发生。
　　综上所述，深基坑排水系统设计与施工不到位，基坑局部超挖处理措施研究不充分，施工场地部署不合理及施工观测分析不完整等，在长历时、强降水的作用下，受外载增加和土体抗剪强度降低的影响，局部土钉超出设计载荷范围，导致基坑出现变形、失稳险情。
　　4 处理措施
　　根据上述分析的原因，采取下列措施对出现险情的基坑进行补救：
　　(1)卸载：将坡顶处的木料、钢筋、砂子和塔吊备用标准节移走。将坡顶堆土取走，降至设计标高，用素混凝土硬化；卸去多余的荷载；车辆远离基坑边缘。通过卸载，降低附加应力。
　　(2)堆坡反压：在基坑东北角喷射混凝土面层出现空鼓处，用编织袋装土堆坡反压，高度至泄水管上1．5 m，通过反压，给边坡一个反推力，提高坡体的稳定性 。
　　(3)减轻水对坡体的侵扰：由于侧壁已出现裂缝，不宜扰动基坑侧壁，故不能在基坑边沿埋设井点，只能增加排水设备，及时将基坑积水排出坑外。用C20细石混凝土封堵坡顶地面较宽的裂缝，用灌粘土浆的方法封堵细小的裂缝，阻止雨水侵入坡体，维护坡体的稳定。
　　(4)增加锚管和加长锚杆：由于基坑深度增加，坡脚长期泡水，经过对变形观测数据的分析，考虑到土体变形稍大，故在西北侧出现塌方部位，在1～2道土钉之间增加一根3．0 m长的锚管，并增设竖向锚管，坡面凹陷处用砖填充，将塌方处的第二道锚杆加长3．0 m，即由原来的9．0 m，加长为12．0 m，如图4所示。
　　(5)加大坡顶巡查力度：在坡顶地面出现裂缝后，加大了坡顶的巡查力度，指派专人每天巡查多次，发现裂缝及时封堵，避免雨水沿裂缝下渗，增加土体压力。

5 结语
　　此次基坑支护出现险情后，原因分析准确，处理方案正确，处理及时，后续管理工作得到了加强，确保了基坑时的安全。通过此次深基坑险情处理，总结经验如下：
　　(1)支护结构的设计和施工组织设计应把保护基坑周边环境安全放在重要位置。基坑施工时，上部严禁超载堆载，且不允许车辆在基坑边缘通行或作业。
　　(2)在深基坑工程中，提前预测不利因素可能导致的基坑失稳、破坏，做好风险防范，并在施工过程中，加强风险因素研究和识别，是确保施工安全的重要措施。
　　(3)及时修改相应的支护方案，施工期间针对基坑的实际情况，采取相对应的措施，遇到问题立即解决，施工时注意加大基坑支护的安全控制。
　　(4)加大信息化监测力度，应建立必要的监测系统，对施工环境诸因素和对象进行监控，对孔隙水压力、侧向土压力、垂直位移以及侧向土体位移等诸多方面能全面进行监测，及时发现安全隐患，及时处理。指派专人负责对土钉墙的各观测数据和周边环境进行监测，观测出现了预警值或其他异常现象，立即通知设计人员到场，查明原因，拟定应对措施。
　　(5)深基坑施工应降低坡体的含水量，采取井点降水方法措施降低坡体含水量，而不能为了节省经费，仅依靠在土体里插入一排排水管来临时处理施工中的排水问题。
　　(6)深基坑土钉墙支护过程中设计、施工、监理各单位要持慎重态度，精心设计、精心施工、精心监理，及时发现问题及时处理，以免酿成事故。

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