賈 華 吳連祥

(啟東市建筑設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 啟東 226200)

重力式水泥土墻作為無(wú)支撐自立式支擋結(jié)構(gòu)是基坑工程中常見(jiàn)的支護(hù)形式，應(yīng)用于軟土地區(qū)挖深不超過(guò)7 m的基坑[1，2]。重力式水泥土墻基坑時(shí)有出現(xiàn)變形過(guò)大、墻體開(kāi)裂、剝落，進(jìn)而導(dǎo)致墻體坍塌、傾覆等問(wèn)題[3-5]，形成安全隱患。本文結(jié)合某重力式水泥土墻基坑事故實(shí)例，分析發(fā)生事故的原因，并提出合理的處理措施。

1 概況

1.1 工程概況

工程位于南通市，主要由 3幢17層住宅及1層地下室組成，采用整體樁筏基礎(chǔ)。基坑面積1.2萬(wàn)m2，基坑周長(zhǎng)470 m，開(kāi)挖深度5.0 m～6.0 m?；?xùn)|側(cè)6 m處為小區(qū)道路；南側(cè)和西側(cè)為住宅，距離12 m～15 m；北側(cè)6 m處為小區(qū)圍墻?；拥臇|、西和南側(cè)地下1 m左右有煤氣、供水管線(xiàn)，最近處約6 m。

1.2 場(chǎng)地工程地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

根據(jù)勘察資料，場(chǎng)地土層為第四系河流～濱海交互沉積層，由軟黏土和粉土組成。基坑底位于第②層軟黏土上，該土層為高壓縮性、高含水率、低透水性。場(chǎng)地地下水類(lèi)型為孔隙潛水，主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，常年水量豐富，地下水位高。上部黏性土透水性弱，下部砂性土透水性強(qiáng)?；又ёo(hù)計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 基坑支護(hù)計(jì)算參數(shù)

1.3 基坑設(shè)計(jì)概況

基坑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)?；拥臇|側(cè)、西側(cè)和西南角采用重力式水泥土墻加坑內(nèi)加固的支護(hù)方案，水泥土墻和坑內(nèi)加固均采用六排φ700雙軸水泥土攪拌樁，格柵式布置，墻寬3.2 m，冠梁采用200 mm厚C20混凝土，攪拌樁進(jìn)入第④層粉土夾粉砂1.0 m左右，坑內(nèi)加固深度4 m；其余側(cè)采用放坡加多排鋼管土釘?shù)闹ёo(hù)方案。

2 重力式水泥土墻事故情況及原因分析

2.1 事故情況

基坑從東南角，以一次性開(kāi)挖到底的形式，倒退開(kāi)挖。隨著開(kāi)挖的進(jìn)行，即發(fā)現(xiàn)重力式水泥土墻內(nèi)側(cè)前排攪拌樁位移過(guò)大，攪拌樁樁頂與壓頂板脫離。期間又連續(xù)大雨，開(kāi)挖的基坑被雨水浸泡多天。隨著后期繼續(xù)開(kāi)挖, 擋墻向坑內(nèi)方向的水平位移顯著增加。多處攪拌樁樁體斷裂坍塌。在擋墻基坑內(nèi)側(cè)中部出現(xiàn)水平向長(zhǎng)裂縫，且有繼續(xù)發(fā)展、擴(kuò)大的趨勢(shì)。擋墻外側(cè)土體沉降明顯，基坑旁小區(qū)道路沉降、開(kāi)裂。

事故發(fā)生后，施工方沿?fù)鯄M(jìn)行土方回填，同時(shí)坑邊超載移除，最后回填至20 m寬狹條狀區(qū)域后，控制住了水泥土墻的變形及裂縫。

2.2 事故原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及相關(guān)資料分析，出現(xiàn)如上問(wèn)題主要有以下幾個(gè)原因：

1)攪拌樁施工質(zhì)量差，攪拌樁樁頂與壓頂板多處脫離，形成空洞。通過(guò)取芯抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，位于第②層的芯樣強(qiáng)度過(guò)低，因此該層深部位置出現(xiàn)多條水平裂縫。后經(jīng)調(diào)查確認(rèn)，攪拌樁水泥摻量不足。

2)未按圖施工，只做了少部分被動(dòng)區(qū)加固；也未按要求分層開(kāi)挖，與第②層土形成的水泥土強(qiáng)度原本較低，現(xiàn)暴露在空氣中的時(shí)間不足，強(qiáng)度增長(zhǎng)有限。

3)基坑開(kāi)挖期間降水較多。墻體內(nèi)通過(guò)空洞浸入較多雨水；擋墻外側(cè)雜填土表面未做硬化處理，滲入雨水，增大了水荷載，同時(shí)降低了土體的抗剪強(qiáng)度，促進(jìn)了基坑的位移。

4)各方管理松散?；油鈧?cè)隨意堆放鋼筋、木材等；也未進(jìn)行監(jiān)測(cè)工作，沒(méi)有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)施工單位進(jìn)行信息化施工。

3 常用處理措施適用性分析

出現(xiàn)如上問(wèn)題，必須采取有效的處理措施，避免發(fā)生傾覆、倒塌的危險(xiǎn)。重力式水泥土墻作為懸臂式支擋結(jié)構(gòu)，可以考慮兩類(lèi)處理措施：1)減少作用在支擋結(jié)構(gòu)上的力；2)改變支擋結(jié)構(gòu)的受力形式。下面對(duì)幾種常用處理措施進(jìn)行分析。

3.1 減少作用在支擋結(jié)構(gòu)上力的措施分析

1)減少基坑超載。移除臨近基坑的堆載，限制施工車(chē)輛通行，對(duì)控制基坑變形是有效和快捷的常用措施。

2)基坑外降水。對(duì)地基土為透水性較好的砂性土場(chǎng)地，可以在支擋結(jié)構(gòu)外側(cè)布置輕型井點(diǎn)降水，降低坑外水位，減小水壓力。此方法不適用于微透水性的黏性土場(chǎng)地。

3)基坑外卸土。擋墻背后直接卸土，也可削坡卸土，減小坑外土壓力，但此方法需要有卸土的空間。

4) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)樁破壞的形態(tài)，開(kāi)挖面以上出現(xiàn)多道水平裂縫，基坑可能發(fā)生沿坑底處傾覆的危險(xiǎn)，故研究如何有效減少基坑開(kāi)挖面以上土壓力具有較大的實(shí)際意義。分別按黏性土和砂性土兩種土質(zhì)情況，探討基坑外超載、降水深度和卸土深度變化對(duì)基坑開(kāi)挖面以上土壓力的影響，砂性土計(jì)算用參數(shù)1替代第②層土參數(shù)，結(jié)果如圖1所示。圖1中的相對(duì)土壓力Ei/Emax指各工況下基坑開(kāi)挖面以上土壓力與最大土壓力的比值。

由圖1a)可知，隨著坑外超載的減少，土壓力相應(yīng)的減少。從數(shù)值上看地基土為黏性土的場(chǎng)地，土壓力減小的幅度明顯大于砂性土的場(chǎng)地。由圖1b)可知，隨著坑外降深的增加，土壓力逐漸減小；當(dāng)坑外降深小于0.7倍左右基坑開(kāi)挖深度時(shí)，土壓力減小幅度非常顯著；再增大降深對(duì)土壓力的減小效果甚微。因此，采取坑外降水措施存在一個(gè)最優(yōu)的降深范圍，經(jīng)分析合理降深為0.7倍基坑開(kāi)挖深度。由圖1c)可知，隨著坑外卸土深度增加，土壓力相應(yīng)的減少。圖中兩條曲線(xiàn)斜率基本一致，說(shuō)明不同類(lèi)型地基土，坑外卸土對(duì)土壓力的影響基本相同。

綜上所述，因地制宜合理選擇采取減少基坑外超載、坑外降水和坑外卸土等措施，能有效減少作用在支擋結(jié)構(gòu)上的土壓力。

3.2 改變支擋結(jié)構(gòu)的受力形式的措施分析

1)注漿土釘處理。打入多排注漿鋼管土釘，加固水泥土墻和墻后土體，有效提高土的整體強(qiáng)度。該方案加固處理工期相對(duì)較長(zhǎng)；支護(hù)結(jié)構(gòu)需進(jìn)一步產(chǎn)生位移，土釘才起作用；在滑裂面內(nèi)有構(gòu)筑物時(shí)也不宜采用土釘支護(hù)。

2)預(yù)應(yīng)力錨桿處理。打設(shè)錨桿后，加預(yù)應(yīng)力鎖定在水泥土墻內(nèi)側(cè)。若水泥土墻體破碎、裂縫較嚴(yán)重，可在擋墻內(nèi)側(cè)打設(shè)拉森鋼板樁后，通過(guò)槽鋼鎖定在鋼板樁上。該方法施工周期長(zhǎng)，費(fèi)用較大，打設(shè)錨桿需要外部空間。

3)型鋼雙排樁處理。在水泥土墻內(nèi)側(cè)打設(shè)拉森鋼板樁，擋墻外側(cè)打設(shè)型鋼，在樁頂設(shè)置冠梁及連板。該方案施工相對(duì)便捷，但費(fèi)用較大，打設(shè)鋼板樁時(shí)也可能會(huì)加劇原擋墻的損害。

4)斜撐處理。在水泥土墻上口適當(dāng)部位加鋼支撐，另一端撐在底板上或獨(dú)立基礎(chǔ)上。此方案施工方便，可分段施工，隨挖隨支。可根據(jù)位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、擋墻情況，按需設(shè)置支撐。斜撐方案在施工工期及經(jīng)濟(jì)上都有較大的優(yōu)勢(shì)，最后確定采用此方案。

4 處理措施實(shí)施及效果

4.1 處理措施實(shí)施要點(diǎn)

1)移除基坑邊堆載，對(duì)表層填土硬化處理，基坑外形成的裂縫用水泥砂漿封堵。

2)清理斷裂的攪拌樁，封堵?lián)鯄ι系目斩?，?duì)攪拌樁破損嚴(yán)重的區(qū)域，加插槽鋼后，噴射細(xì)石混凝土。

3)設(shè)置豎向斜撐。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備的應(yīng)急材料，腰梁和斜撐都采用20號(hào)工字鋼，斜撐間距3.5 m～5 m，斜撐水平方向用16號(hào)槽鋼設(shè)置聯(lián)系桿。在擋墻水平裂縫附近設(shè)置腰梁，斜撐下端傳力至鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)底板尺寸2.0 m×1.8 m，加固處理剖面見(jiàn)圖2。

4.2 豎向斜撐的設(shè)計(jì)

1)擋墻水平反力計(jì)算。

在水泥土墻頂下1.8 m處設(shè)支撐點(diǎn)，采用基坑商業(yè)軟件計(jì)算得出擋墻水平反力fh=38 kN/m。

2)型鋼腰梁計(jì)算。

腰梁按簡(jiǎn)支梁計(jì)算彎矩：

雙拼20號(hào)工字鋼抗彎計(jì)算：

雙拼20號(hào)工字鋼抗剪計(jì)算：

3)型鋼斜撐計(jì)算。

20號(hào)工字鋼斜撐按軸心受壓構(gòu)件計(jì)算，斜撐傾角30°，則:

4)斜撐基礎(chǔ)計(jì)算。

斜撐基礎(chǔ)承擔(dān)豎向分力Fv和水平向分力Fh及彎矩Mk，作用力分解示意圖如圖3所示。

Mk=Fkheh-Fkvev=133×0.45-76.8×0.385=30.28 kN·m。

a.豎向承載力驗(yàn)算。

pkmax=62.8 kPa≤1.2fa=1.2×65=78 kPa;pkmin=12.35 kPa≥0，滿(mǎn)足要求。

b.水平滑移驗(yàn)算。

地下室基礎(chǔ)板底原設(shè)100 mm厚素混凝土墊層，在斜撐基礎(chǔ)厚5 m～10 m范圍內(nèi)墊層加厚至200 mm，如圖4所示。所有墊層及工程樁連接為一整體，可以提供足夠的水平抗滑力。

斜撐基礎(chǔ)的尺寸多由水平承載力控制，完全滿(mǎn)足計(jì)算要求，基礎(chǔ)尺寸需3.0 m×2.5 m，難免過(guò)大。根據(jù)多處工程經(jīng)驗(yàn)，水平承載力驗(yàn)算達(dá)到0.7以上，再通過(guò)加厚墊層等措施，能滿(mǎn)足水平抗滑要求。

4.3 處理效果

通過(guò)采用型鋼斜撐及一系列措施后，有效控制了擋墻水平裂縫的發(fā)展。后續(xù)施工過(guò)程中，加強(qiáng)了對(duì)基坑變形的監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)控制和調(diào)整土方開(kāi)挖進(jìn)度及設(shè)置型鋼斜撐加固區(qū)域，較好的控制了支擋結(jié)構(gòu)的位移。至地下室施工結(jié)束，增設(shè)斜撐的區(qū)域增加的水平位移最大15 mm，基本達(dá)到了控制變形、確保水泥土墻安全的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

重力式水泥土墻基坑支護(hù)形式被廣泛使用的同時(shí)也發(fā)生了較多的事故和險(xiǎn)情。歸其原因，是參建各方對(duì)臨時(shí)支護(hù)工程不夠重視，在施工過(guò)程中因各種不利因素綜合影響造成的。重視和科學(xué)控制基坑實(shí)施中的各環(huán)節(jié)，基坑事故是可以避免的。處理基坑事故應(yīng)根據(jù)場(chǎng)地地質(zhì)情況和周邊環(huán)境控制要求，選擇合理方案，保證基坑安全并減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

在基坑外無(wú)法有效減少支擋結(jié)構(gòu)受力的情況下，通過(guò)采用了基坑內(nèi)型鋼豎向斜撐的方案，有效控制了基坑變形的發(fā)展，且經(jīng)濟(jì)費(fèi)用不大，為類(lèi)似基坑加固及設(shè)計(jì)提供一定的借鑒作用。