基坑围护结构体系质量病害浅析
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［摘要］某工程基坑由于场地条件限制，各剖面采用不同支护形式，复合土钉墙方式在施作过程中发生导致围护结构体系受力弱化的病害，包括坡面渗漏水、地表水下渗、坡体局部塌空等，病害发生后使边坡坡顶、周边地表发生较大变形；同时基坑设计缺陷与施工病害导致悬臂桩部位发生较大变形。
０引言
随着城市建设的发展，城市建成区内建设场地空间受限，建筑工程场地狭小问题日益突出，对基坑支护设计以及围护结构施工质量提出了更高的要求。基坑围护结构做为一种临时性结构工程，其安全性涉及到工程顺利实施、人员人身安全、周边环境安全等经济效益和社会效益各方面。同时深基坑支护结构设计，首先需要进行结构选型，再确定施工工艺，同时注意工艺质量通病的防治。基坑工程必须依据工程地质资料对施工组织方案进行科学合理的设计。同时应进行围护结构变形施工控制，增强围护结构的稳定性、预防出现变形问题。采用增加钢支撑预加轴力的方法，可以有效地减小基坑围护结构的变形。并且施工质量进行控制，可提高深基坑的稳定性及安全使用性。本文通过对某建筑工程基坑在施工过程中存在的病害现象，导致围护结构发生较大变形的情况，说明施工质量对基坑安全重要性。同时，悬臂桩设计存在较大的顶部变形缺陷，是基坑围护设计中比较少采用的方式，本工程中悬臂桩围护结构顶部发生较大变形，引起背后土体的开裂，因此悬臂桩围护设计在变形要求较高的情况下尽量避免采用。
１工程概况
１１项目概况
本项目位于北京市城区，交通便利；新建建筑包括地上２４层，带地下室，筏板基础，框架剪力墙结构。基坑开挖深度约７４ｍ。
１２周边环境条件
场地比较平坦，南侧为既有道路，西侧为居民小区，北侧和东北侧为场地内临建，东侧为在建基坑施工道路，主要为东侧临近场地出土和运输车施工道路。
１３工程地质条件
本工程地质条件比较简单，主要为人工填土和粉质黏土、砂土地层。人工填土层包括①黏质粉土素填土层、①１杂填土层，一般第四系沉积层包括②砂质粉土～黏质粉土层、②１粉质黏土～重粉质黏土层、③粉质黏土～重粉质黏土层、③１黏质粉土层、④重粉质黏土～粉质黏土层、④１黏质粉土层、⑤黏质粉土～砂质粉土层、⑤１粉质黏土～重粉质黏土层、⑤２粉细砂层、⑥细中砂层、⑦粉质黏土～重粉质黏土层、⑦１砂质粉土～黏质粉土层、⑦２细中砂层、⑧重粉质黏土～粉质黏土层、⑧１砂质粉土～黏质粉土层、⑧２细中砂层。基坑开挖范围内主要为黏质粉土素填土层、杂填土层、粉质黏土～重粉质黏土层。
１４水文地质条件
水文地质条件也比较简单，场地勘察深度范围内揭露有２层地下水，第１层地下水为上层滞水，水位埋深为３５～４２ｍ（相应水位标高为３８６７０～３９５６０ｍ）；第２层地下水为潜水，稳定水位埋深为７３～８５ｍ。基坑开挖范围内，对基坑影响较大的为上层滞水（见图１）
２基坑支护设计
根据基坑开挖深度、周边环境条件、工程地质、水文地质条件及设计超载情况，基坑围护结构设计共划分为６个剖面，与本文相关剖面如下。１）４—４剖面基坑开挖深度７４ｍ，复合土钉墙支护，坡度０３，分别在１５ｍ（Ｌ＝９ｍ，直径２０ｍｍ，间距１５ｍ）、４５ｍ（Ｌ＝６ｍ，直径２０ｍｍ，间距１５ｍ）、６０ｍ（Ｌ＝６ｍ，ϕ２０ｍｍ，间距１５ｍ）处设置土钉，３０ｍ处为锚索（Ｌ＝２０ｍ，自由端４ｍ，直径２０ｍｍ，间距１５ｍ）。在坡体内部设置搅拌桩止水帷幕ϕ１１００ｍｍ搅拌桩，长度６ｍ，间距９００ｍｍ，咬合≥２００ｍｍ，剖面范围为基坑北侧（见图２）。２）５—５剖面基坑开挖深度７４ｍ，悬臂桩支护，桩径８００ｍｍ，桩中心距１５ｍ，桩长１５ｍ，嵌固深度７６ｍ，剖面范围为基坑东侧北半部（见图３）。３）６—６剖面基坑开挖深度７４ｍ，土钉墙支护，坡度０３，分别在１５ｍ（Ｌ＝６ｍ，直径２０ｍｍ，间距１５ｍ）、３０ｍ（Ｌ＝６ｍ，直径２０ｍｍ，间距１５ｍ）、５３ｍ（Ｌ＝６ｍ，ϕ２０ｍｍ，间距１５ｍ）、６８ｍ（Ｌ＝４ｍ，ϕ２０ｍｍ，间距１５ｍ）处设置土钉，４２ｍ处为临近基坑锚索，采用钢腰梁连接，张拉锁定值Ｎ＝１００ｋＮ（见图４）。剖面范围为基坑东侧南半部。
３施工过程病害情况
３１北侧复合土钉墙边坡
北侧复合土钉墙边坡在开挖到３５ｍ处，施工锚索期间，在锚索钻孔中出现比较大水流，基坑东北角土钉墙边坡与东侧悬臂桩边坡交接位置出现较大渗流水。开挖至坑底后，坡体西侧底部、中间底部、东侧底部均出现坡体滑塌产生的空洞，施工现场以沙袋堆填，并锚喷加固。同时在坡体中下部位出现明显渗透水痕迹。
３２东侧悬臂桩＋土钉墙边坡
东侧悬臂桩开挖到底后，在坡体中间部位桩间出现１个约０７ｍ见方空洞，采用沙袋堆填＋喷面处理。在悬臂桩与土钉墙边坡交接位置，悬臂桩桩间土塌落、土钉墙下部土体塌空。后期采用堆土回填、压脚方式处理，并将东侧基坑锚索与悬臂桩锚固一体以减少悬臂桩部分变形。东侧桩间土体空洞如图５所示。东侧桩间土体塌落、坡体土体塌落如图６所示。
４围护结构体系变形发展
４１北侧围护结构体系变形发展
北侧围护结构体系出现第１次病害是在开挖至３５ｍ处锚索施工期间，边坡坡顶竖向位移未有明显变化，阶段变化值基本为＋０８ｍｍ。围护结构体系出现第２次病害是在开挖完成后，坡顶竖向位移发生明显变化，从病害发生到基本稳定期间阶段变化值为－１１２ｍｍ，坡顶发生明显下沉。同时，第２次病害导致坡顶水平位移也发生明显变化，从病害发生到基本稳定期间阶段变化值为＋１５４ｍｍ，坡顶向基坑内发生偏移。同期，坡后地表发生明显下沉，从病害发生到基本稳定期间阶段变化值为－４０１ｍｍ，最大达－４９７ｍｍ，超过设计控制值。地面出现非常明显下沉量，并且地表产生明显裂缝和错台。围护结构位移曲线如图７所示。
４２东侧围护结构变形发展
东侧围护结构体系出现病害是在开挖完成后，从病害发生到基本稳定期间，桩顶竖向位移阶段变化值为６５ｍｍ，上浮变形。桩顶水平位移发生了明显变化，从病害发生到基本稳定期间阶段变化值为８６ｍｍ，最大达到１８５ｍｍ，超过设计控制值。同期，桩后既有临建墙体与地面发生脱离。围护结构位移曲线如图８所示。
５结语
根据公开报道，南宁某深基坑坍塌事故原因为由于基坑支护变形引起水管长期渗漏，周边土体局部土体弱化，导致水管爆裂，引发基坑锚索结构失效，最终引发坍塌事故。这个基坑坍塌案例中也是由于基坑变形导致地下水增加、地层力学性能弱化，基坑围护结构性能降低，引发基坑事故。因此，在基坑工程施工和运行过程中，基坑围护结构体系性能对基坑安全性具有重要作用。基坑围护结构体系施作过程中，坡内施工空洞有渗流水发生，后期坡体底部有滑塌、空洞产生，坡面整体有渗水情况，这些情况都导致边坡整体力学性能弱化，从而引起边坡变形增大、地表下沉明显等不安全状况。说明施工过程中的质量控制、地下水处治措施有效性对坡体安全状态影响明显。基坑围护结构设计中悬臂桩支护本身属于变形较大的支护形式，施工过程中质量控制不理想会增加支护结构变形量，导致变形超控。
参考文献：
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［２］聂海峰基于车站明挖法的基坑围护结构变形施工控制方法分析［Ｊ］工程技术研究，２０２１，６（２１）：９４⁃９５
［３］那琦深基坑围护结构数值分析与优化［Ｄ］沈阳：沈阳建筑大学，２０１６
［４］戴永祥深基坑施工及质量控制研究［Ｊ］江西建材，２０１７（５）：９０⁃９５
作者:王林 单位:北京城建勘测设计研究院有限责任公司
