四个基坑加固工程案例分析

第25卷增2岩石力学与工程学报Vol.25Supp.22006年10月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringOct.，2006收稿日期：2006–05–18；修回日期：2006–07–07作者简介：付文光(1970–)，男，1992年毕业于北京钢铁学院，现任高级工程师、注册土木(岩土)工程师，主要从事岩土工程设计咨询、工程实践、试验研究等方面的工作。E-mail：[e-mail]四个基坑加固工程案例分析付文光，张俊(冶金工业部建筑研究总院深圳分院，广东深圳518054)摘要：基坑出现险情(或事故)是工程建设中常遇到案例。4个基坑在设计中分别采用复合土钉墙、双排管桩、放坡等不同支护结构，但均出现险情(或事故)。后查明，工程险情均为原设计存在缺陷所致，只是具体技术原因各不相同。针对不同情况采取不同的加固方案，均取得良好的处理效果。关键词：土力学；基坑；边坡稳定；锚杆；注浆；土石堤中图分类号：TU470；TV551.4文献标识码：A文章编号：1000–6915(2006)增2–3593–07ANALYSISOFSLOPEINSTABILITYFORFOURFOUNDATIONPITSFUWenguang，ZHANGJun(ShenzhenBranch，CentralResearchInstituteofBuildingandConstruction，MinistryofMetallurgicalIndustry，Shenzhen，Guangdong518054，China)Abstract：Theaccidentsoffoundationpitinpracticalengineeringareoftenfound.Fourcasesofslopeinstabilityoffoundationpitssupportedbycompositesoil-nailedwall，double-rowpilesandgentle-slopemethodareintroduced.Themainreasonsofslopeinstabilityforthesecasesarepresented.Slopestabilizationmeasuresforthesecasesareconsideredaccordingtotheirdifferentgeologicconditionsandsurroundingsaroundthefoundationpits.Thesuccessfulexperiencesofslopestabilizationareachievedwithpracticalengineerings.Keywords：soilmechanics；foundationpit；slopestability；bolt；grouting；embankment1引言基坑深度越来越深，工程地质条件及周边环境越来越复杂，是工程建设所面临的问题。大多数基坑支护属于临时性工程，不能直接带来经济效益，往往不被建设单位等相关单位重视，投入到勘察、设计、施工和监测等费用较少。种种主客观原因导致基坑工程事故频发，出现险情更是寻常之事。对基坑工程事故的统计结果[1]表明，基坑出现事故或险情的原因是多样的，但主要集中在以下5个方面：(1)地质勘察资料、对周边环境的调研等设计所需相关资料错误、缺失或不详。(2)设计理论存在着欠缺，岩土工程处于半经验半理论状态，需要设计者根据自身经验对按理论计算出来的数据进行分析校核。(3)设计方案有缺陷，可能是设计者的理论计算错误或工程经验不足，也可能是建设单位等修改原设计，也可能是设计条件发生变化后(如基坑局部加深)没有及时进行设计变更等，这些因素导致设计方案本身就有一定的欠缺或安全系数不足。(4)没有按图施工，这既有可能是施工单位的原因，也可能是建设单位及监理等单位的原因。(5)施工中所用材料质量没有达到设计要求，这些因素中又以设计、施工因素占主要部分。施工因素在工程中通过加强管理可解决，但设计方案如有缺陷，就为工程事故埋下隐患。·3594·岩石力学与工程学报2006年下面介绍4个因设计方案有缺陷而引起的基坑加固工程案例。2案例分析2.1城市名居基坑(1)工程及事故概况该工程位于深圳市田贝四路，基坑北侧紧邻洪湖派出所，其余三侧相邻市政道路。基坑影响范围内土层自上而下依次为：①素填土及杂填土，由黏性土、碎石、垃圾组成，欠固结，层厚1.8～3.6m，平均厚度2.6m，取c=10kPa，ϕ=8°；②粉质黏土，软塑～可塑状，层厚1.1～3.8m，平均厚度2.1m，取c=12kPa，ϕ=10°；③含黏土中细砂，松散～稍密，层厚0.6～4.4m，平均厚度2.7m，取c=3kPa，ϕ=18°；④砂质黏土，可塑～硬塑状，层厚1.1～12.4m，平均厚度6.1m，取c=23kPa，ϕ=20°；⑤强风化混合岩，半岩半土状。地下水埋深1.2～1.8m。基坑开挖深度平均8.2m，原设计支护方案为复合土钉墙，采用单排深层搅拌桩止水帷幕，一排预应力锚索，5排土钉，城市名居基坑加固平面图如图1所示。图1城市名居基坑加固平面图Fig.1LayoutplanofslopestabilizationofCityResidentfoundationpit2000年3月下旬某天，当基坑开挖4～7m时，深圳当年的第一场大雨来临，基坑东南西三侧位移骤增，地面裂缝增多增大，北侧则大面积坍塌，与基坑相邻的派出所2层楼滑入基坑之中，所幸没有造成人员伤亡。(2)原因分析对原设计方案进行复核[2]，荷载按实际作用在基坑边坡上的荷载，包括主动土压力及建筑荷载，地面超载取0，取基坑侧壁重要性系数0.10=γ。砂土按水土分算计算主动土压力，其他土层按水土合算。不考虑止水帷幕作用的复核结果：基坑开挖3.5～6.9m时瑞典条分法圆弧滑动整体稳定安全系数K=0.86～0.93；考虑止水帷幕作用[3]的复核结果：基坑开挖3.5～6.9m时基坑整体稳定安全系数=K0.99～1.03，安全系数偏低。在雨水的作用下水土压力增大、土层抗剪强度降低，整体稳定安全系数K＜1，故基坑出现险情直至坍塌，北侧坍塌处预应力锚索多被拉断。究其原因，主要是建设单位为降低工程造价，多次要求设计单位修改图纸所致，如将原设计预应力锚索的3根钢绞线改为1根，为基坑事故埋下隐患。(3)处理方案及效果城市名居基坑加固剖面图见图2。AB段坍塌导致大量水土流失，基坑与建筑物之间地面多处凹陷，建筑物近端已下沉开裂。为防止建筑物进一步下沉，加固设计采用钢花管注浆加固基础兼挡水。在搅拌桩外侧设一排树根桩(采用插I18工字钢注水泥砂浆施工工艺)，在第3排土钉位置增加1排预应力锚索。AB段将坍塌堆积物清除后，采用相似加固措施，其余三侧均采用预应力锚索+树根桩加固方案。加固设计考虑深层搅拌桩、树根桩对整体稳定的有利作用，按杨志银等[3]研究中的式(2)进行圆弧滑动安全系数计算，得到整体稳定安全系数K=1.4～1.5。计算时各土层抗剪强度指标仍按原值，即认为雨水及变形对土层抗剪强度的不利影响与注浆的有利影响大体相抵。加固完成后基坑开挖顺利，新增加坡顶位移最大值约28mm。2.2梅林一村会所基坑(1)工程及险情概况该工程位于深圳市梅林九路，四周为市政或小区道路。基坑西侧开挖最深，约10.3m，基坑影响范围内土层自上而下依次为：①填土及杂填土，结构松散，尚未完成自重固结，层厚9.5m，取c=9kPa，ϕ=6°；②淤泥质土，软塑～可塑状，层厚1.3m，取c=8kPa，ϕ=5°；③粉细砂及中粗砂夹卵石，稍密～中密，层厚2.3m，取c=0kPa，ϕ=23°；④残积粉质黏土，可塑～硬塑状，取c=25kPa，ϕ=21°；地下水埋深1.6m。N第25卷增2付文光等.四个基坑加固工程案例分析•3595•图2城市名居基坑加固剖面图Fig.2SectionofslopestabilizationofCityResidentfoundationpit设计支护方案采用造价较低的复合土钉墙，设单排摆喷桩止水帷幕，1排预应力锚索＋8排土钉，坑内设降水井降水。完工后基坑位移较大，工地围墙及基坑外道路下沉开裂，于是进行第一次基坑加固。第一次加固方案在原锚索上下各增加1排预应力钢筋锚杆，加固后基坑位移及四周沉降速率减慢但并不停止，坑底回填1.5m后仍不停止，累计位移最大已超过200mm，需进行第2次基坑加固。原设计及第一次加固剖面图如图3所示。(2)原因分析按案例1所述方法对原设计及第一次加固方案进行复核，结果为：原设计开挖7.7m后整体稳定安全系数Kmin=0.95～1.01，抗滑安全系数Ks=0.85～0.99[4]，与相关规范要求相差较大。第一次加图3梅林一村会所基坑加固剖面图Fig.3Cross-sectionofslopestabilizationofMeilinyicunfoundationpit·3596·岩石力学与工程学报2006年固后不考虑回填土的作用，其整体稳定安全系数K=1.13，Ks=1.05～1.15。需要说明的是，由于回填土结构松散，锚杆二次注浆时，在较大注浆压力的作用下，注浆量较大，浆液对部分土体起到改良作用，但该作用很难定量计算，故没有考虑。作者认为该种地质条件下不适合采用止水帷幕+预应力锚杆+土钉墙这种类型的复合土钉墙支护结构，原因可归纳为：①回填土的抗剪强度低，离散性很大，在基坑开挖较深时土钉墙安全性差。通过圆弧滑动面的计算分析可看出，随着土钉长度的增加，最危险圆弧滑动面后移，但安全系数却增加得很缓慢。如果要想使最危险圆弧滑动面的安全系数达到规范要求的1.3，土钉长度必须要很长。②土钉墙为柔性被动支护体系，在深厚的回填土中位移较大。③回填土所能提供的锚固体界面黏结强度较低，土钉及锚杆受拉后荷载很容易就传递到尾部，使尾部与土体之间产生张拉裂缝，导致土钉墙安全性降低，这已经被多个类似工程实践所证实。④预应力锚杆在回填土中的蠕变较大，预应力损失快，很难起到控制坡顶位移的作用。⑤坡脚处存在着一层淤泥质土，该土层的抗剪强度尚不如回填土，故上述不利因素对淤泥质土同样适用，且该层土造成抗滑移安全系数偏低。基坑监测数据表明边坡发生平面滑移，但因为数据不完整，不能定量计算。第一次加固方案仍采用同样类型的复合土钉墙，没有从根本上解决上述问题，故基坑变形仍在继续。另外，原设计及加固设计锚杆下均没有设置腰梁，只通过一块钢垫板将预应力传递到土钉墙喷射混凝土面层上，支护结构整体性较差。至于1.5m厚的回填土，由于回填质量差，很松散，很难估算其对边坡稳定的贡献有多大。(3)处理方案及效果大量土钉、锚杆的存在已经无法在基坑外侧设置排桩等加强构件，故设计加固方案采用坑内树根桩与预应力锚索联合加固(见图3，图中虚线所示为原设计及第一次加固设置的土钉及锚杆)。设置树根桩以增大抗滑及整体稳定安全系数。受机械限制，树根桩不能贴近基坑侧壁施工，故通过设置变截面扶壁柱与之相连后与锚索共同作用。构造上将已有锚杆承压钢板通过焊接钢筋锚入扶壁柱内，新增锚索张拉头不切除以备预应力松弛后再次张拉。加固设计考虑树根桩对整体稳定的贡献，不考虑浆液对土体的改良作用，进行计算，得K=1.3～1.4，Ks=1.3～1.6[4]。2002年9月第二次加固完成后，建设单位停建近2a，但基坑位移及周边沉降基本稳定，位移增加量最大约38mm，沉降增加量最大约12mm。基坑开挖及地下室施工顺利。2.3福海二期基坑(1)工程及事故概况该工程位于深圳市宝安区新湖路，二期基坑西、北两侧为三期场地，南侧为一二期共用的施工道路，东侧紧邻市政道路。坑深5.4m，向下换填1.5m，故最大开挖深度6.9m。场地内土层自上而下依次为：①新近填土，层厚2.0m，取c=9kPa，ϕ=5°。②第四系海相积淤泥，流塑～软塑状，层厚9～11.3m，取c=8kPa，ϕ=4°。③粉质黏土，软塑～可塑状，取c=30kPa，ϕ=10°。地下水埋深1.7m。二期工程工期十分紧张