土钉支护基坑破坏原因与处理措施

沈　嘉

[摘要]文章针对桌基坑支护工程事故实例，对基坑支护设计、施工以及周围环境等综合因素进行分析。提出施工过程引起基坑变形后的技术处理及监控措施。

[关键词]土钉；基坑破坏；复合土钉支护

[作者简介]沈嘉，广州市中天建筑工程有限公司，广东广州，510655

[中图分类号]TU473

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)06-0137-0003

基坑支护是现代建筑工程中一个重要的施工环节，它处理得好坏直接影响工程的质量、安全、进度以及工程的投资；同时，由于基坑支护处理中存在很多不确定的因素，如支护方案设计、施工方案选择、工程施工的地质条件情况，甚至施工期间的天气变化等，都直接或间接地影响基坑支护的成败，因此，基坑工程施工事故也频繁发生。以下就某基坑土钉支护施工过程中出现支护破坏原因进行分析并对其所实施的技术处理措施进行阐述。

一、工程概况

某建筑物是一综合办公楼工程，建筑物总共为九层框架结构，地上部分为八层，地下一层；总建筑面积15019m2，其中地下室长约60m，宽约30m，建筑面积为1 800m2,基础采用冲孔灌注桩。基坑东离城市马路人行道侧基石约5m，北面相距6m左右为一4.5m～8m高的毛石挡土墙，挡土墙后是一土坡小高地，南面相距约20m为市政马路，西面相距6m为一幢学校办公楼。

二、基坑支护技术方案及基坑破坏情况

基坑实际开挖深度5.6m，设计4排锚杆，排距1.2m，水平距离1.0m，梅花型布置，锚杆头部钢筋横向焊接，上二排锚体采用d=28mm钢筋，长度L=15，0m，打入角5。向下；下二排锚体采用d=25mm钢筋，长度L=12.0m，打入角10°向下。同时为进一步改善锚杆的力学性能，采用二次注浆，首次注入水泥砂浆，水泥：水：砂=1：0.6：1，注浆压力为O.5Mpa，待达到初凝状态时，采用二次注浆(纯水泥浆)，注浆压力为1.2Mpa。钢筋坑壁面采用间距200双向钢筋网片布满，采用1OOmm厚C25细石喷射砼封面。基坑边每隔15m设水平位移监测点。

基坑开挖于2005年7月份开始，首先从西侧进行施工，方向由南向北进行，然后在南北两侧分别由西向东进行，当施工层面达到基坑深4.0m左右，西、北两侧的学校办公楼与毛石挡土墙出现了不同程度的裂纹，而在东侧靠南约20m范围内发现地坪上距离基坑水平6m处有一条宽6～12mm平行于基坑的裂缝，并发现这侧的挡土墙向基坑方向发生倾斜，基坑底部土体向坑内滑移约O.16m,且有继续发展势头，施工单位立即研究决定临时采用土方回填措施，并加打钢管桩以加固基坑边坡土体。第二天下雨后发现基坑壁渗出少量雨水，基坑土体水平总位移已达52mm，接近预警值60mm，随即联系有关部门研究控制措施，下午地表裂缝宽度达30mm，挡土墙出现裂缝，地表出现下沉，施工单位随即采取场地卸载措施，情况仍未得到控制，隔天凌晨，西侧部分基坑坍塌，基坑地表几米范围内土体倒入坑内，造成大量断桩。为了防范更大的安全问题的出现及后续施工的顺利进行，技术部门对塌方的原因作了详细的分析。

三、基坑边坡塌方原因分析

经现场调查后表明，基坑边坡塌方的主要原因是：

1，设计原因：由于本工程的淤泥层较厚，且第二层淤泥质粘土厚度变化大，而设计认为基坑较浅，而使用单一的支护办法。采用理正深基坑支护F-SPW软件进行计算，计算中选取软土层最厚的剖面计算，结果显示，原来设计较粗糙，该部位的土钉偏短。

2，地质原因：(1)由于场地地质条件复杂，根据分析，土体主要是力学性能效差的淤泥质粘土，在挡土墙及土层上部的荷载作用下滑向基坑内侧；(2)由于挡土墙后边又是土坡小高地，原毛石挡土墙地基浅，所以地下水及大量雨水渗入土层，土体自重增加，水的渗流使基坑边坡土体产生一定的动水压力，土体竖向裂缝中的积水则产生一定的静水压力。另一方面，土体内含水量增加使土颗粒间产生润滑作用，原有土体的内摩擦角大大减小，从而使基坑边坡土体下滑力增加而抗剪强度降低；(3)土钉支护特别适合于有一定粘性的砂土、粉土、硬塑性以上的粘土，对于软土，在采取一定措施后也有可能采用。但从本工程实际开挖后的土质情况看，西侧土层多为饱和软粘土，原设计方案又无其他加强措施，软土的蠕变使支护结构或土体整体位移显著是必然的。

3，施工原因：(1)施工单位在基坑开挖的过程中，未能完全根据土钉对软土基坑支护的施工特点进行施工。根据要求，基坑应分层、分段开挖土方，分层高度在1.2m以内，分段长度也应控制在15m内，开挖后及时封闭土体，施工土钉，在采用机械挖土后，该预留300mm的土体^工修坡，边坡修整后及时喷射一层混凝土，以防雨水冲刷。而在本工程中，施工作业速度快，土钉墙支护土体部分开挖一次性长度达50m，致使开挖土体后暴露时间过长，未根据土体的特点及时进行有效的加固处理。(2)打桩结束后，土体中存在超静孔隙水压力，施工时，土体中的水压力还来不及消散。(3)注浆的水灰比过大，造成多余的水渗入原始土层，从而在消极方面影响了土层的物理性能。(4)喷射混凝土没有完成很好的养护，从而使混凝土壁出现一些小裂缝，加剧了地下水及雨水渗漏的同时也减小了混凝土壁的强度和刚度。

四、事故处理的措施

1，采用土方回填措施，待土体稳定，土钉墙局部位置加打临时松木桩支护。

2，基坑主要土层为软土，对于已破坏部分的基坑采用坑外3排花管注浆，以改善软土，提高土钉的抗拔能力和基坑的局部及整体稳定性。注浆工艺：钻头钻至设计标高后，将钻杆上部(钻杆为~50无缝钢管)与注浆泵连接，从底部开始注浆，通过液压注浆泵将水泥浆液注入土中；钻头呈花管形式，顶端封闭，四周开直径8mm注浆小孔。每层注浆完成后，将钻杆提升0.3m，边拔边注，直至注到孔口，拔出钻头，封孔候凝。

3，加固锚钉与加强筋间的焊接。加密第一层、第二层锚钉数量，且把锚杆加至16m长，增加其摩擦力，以减少坡顶水平位移；有裂缝处用压力灌浆填实，防止雨水渗入。

4，基坑四周采用有效的明沟排水措施，即在沿基坑四周，在基础平面范围以外挖明沟，在基坑角落再设置集水井。在塌方处加设2排lOm深软式透水管以排除该处的地下水。

5，在高水位的软土地层中，因其自立性差，易产生流砂和管涌的可能，尤其在饱和粉质粘土、淤泥质粉质粘土等层面，单纯的土钉墙不能满足基坑围护的安全性。而应采用复合型土钉墙支护，复合型土钉墙支护主要是水泥土搅拌桩与土钉墙的结合应用。通过水泥土搅拌桩对边坡土体进行土体加固，解决土体自立性、隔水性以及喷射面层与土体的粘结问题；以水平方向压密注浆及二次压力灌注解决土体加固及土钉抗拔问题；以相对较深的搅拌桩插入深度解决坑底的抗隆起、管涌和渗流问题，形成防渗帷幕、超前支护及土钉等组成的复合型土钉支护。

五、基坑施工的处理效果

按上述措施进行施工后，对整个基坑及邻近建筑物的位移进行了监测，随着施工的进展，边坡变形逐步得到了控制，基坑西侧建筑物墙体裂缝上所贴测试纸条没有再发生断裂，裂缝宽度无变化，而西侧挡土墙在塌方段经处理，出现极小水平移位后也趋于稳定。所有施工完成后，基坑又经过了几场大雨的考验，边坡均无明显位移。基坑变形的数据如下：

1，基坑边坡的监测：沿基坑周边布置水平位移观测点和沉降观测点30个。测得最大积累水平位移为25mm，最大沉降值为12 mm。位移及沉降量在土钉墙施工完成5天便趋于稳定。

2，周边建筑物监测：共设置12个观测点，最大沉降值为5mm，水平位移量为2mm。

六、结语

土钉具有明显的价格优势和方便快速的施工特性，在浅基坑中的应用很广泛。但在基坑开挖设计、施工中应用土钉支护技术时，应认真分析场地的地质条件和周边环境，对于软土层较厚地质条件应用土钉支护时，可以采用复合土钉的方法加固土体，能保证基坑的整体和局部稳定。同时要确保基坑排水的合理性与高效性，防止土钉失效；当然，加强对基坑的监测和对事故应急措施的准备也是必不可少的。只有做到根据实际情况科学地进行设计、根据工程特点进行施工、根据周边环境合理地布置监测与控制，才能保障基坑支护的顺利完工。