南京浦口某软土基坑险情分析与处理

2015-12-21赵升峰马世强黄广龙周文苑

水利与建筑工程学报 2015年3期

赵升峰，马世强，黄广龙，章新，周文苑

（1.南京市测绘勘察研究院有限公司，江苏南京210019；2.南京工业大学交通学院，江苏南京210009）

近年来，随着我国城市建设的发展和大型地下工程的不断涌现，深基坑工程日益增多，随之也出现了不少支护工程的事故［1-3］。如，黄广龙等［4］介绍了软土地区深基坑由于基坑土方开挖期间，由于基坑深度增加，但施工前没有按照设计要求进行基坑开挖前的加固，以致基坑出现险情的实例。冯诚等［5］通过对两个基坑事故实例进行分析，发现原因虽不尽相同但均为深层滑移破坏，并提出了针对性处置措施。孙剑平等［6］针对某悬臂支护基坑事故的原因分析，指出悬臂支护在位移控制方面存在的弊病。闫玲等［7］结合天津市某基坑工程事故实例，分析了该基坑事故的原因，并提出有效的处理措施。邓永山等［8］介绍了武汉市软土地区某基坑开挖支护事故，并对进一步的加固处理进行了说明。范超愚［9］对某大厦深基坑滑坡的原因进行了详细分析，并介绍了它的施工处理方案。任俊［10］对基坑的失效机理进行了分析，并研究了大量基坑支护工程的事故。陈启辉等［11］针对某悬臂支护基坑事故的设计和施工过程等进行分析，指出该基坑在控制位移上存在的问题。贺瑞霞等［12］介绍了河南平顶山市一基坑由于施工违规造成边坡出现裂缝、渗水、失稳等情况。张中普等［13］介绍了一设计不完善导致支撑在薄弱点出现了破坏的基坑工程。

上述学者分析，基坑事故可能由现场管理、勘察、设计、施工等多重原因引起，因此，对基坑事故进行全面总结分析是必要的。本文通过南京市浦口区旭日上城B地块基坑工程事故实例，分析了事故发生的原因，提出了有效的处理措施，希望对该地区的软土基坑实施提供经验参考。

1 工程概况及地质条件

1.1 基坑项目概况

旭日上城B地块位于浦口区大桥北路东侧，柳州东路南侧。基坑边北侧距离柳州东路道路边仅3.9m。项目主要由高层住宅楼及配套设施用房组成。场地北侧高层住宅楼携整体一层地下室。基坑面积约32 900 m2，周长约836m，基坑挖深约4.6m。

1.2 基坑工程地质概况

工程位于浦口区柳州路南侧，场地属长江漫滩地貌单元。场地地势总体较为平坦。勘探期间，地面高程为6.5m～8.5m。基坑开挖影响范围土层如下：

①杂填土，松散，浅部为混凝土块，下部以粉质黏土混碎石等建筑垃圾为主。②1层粉质黏土，可塑为主，稍有光泽，韧性、干强度低，切面稍光滑。不均质，整体分布。②2层淤泥质粉质黏土，流塑，水平层理发育，局部夹薄层粉土及粉砂，单层厚度0.2 cm～2.0cm，局部大于20.0cm。无摇振反应，稍有光泽，干强度中低，韧性中低。整体分布，厚度欠均匀。②3层粉土，湿～很湿，稍密为主，具水平层理，常呈互层状，局部夹粉质黏土、粉砂，摇振反应迅速，干强度低，韧性低。不均质，普遍分布。②4粉质黏土夹粉土，软～流塑，局部含淤泥质，稍有光滑，干强度、韧性中低，局部呈互层状。不均质，普遍分布。②5粉砂夹粉土，饱和，中密，具微层理。物理力学参数详见表1。

表1 土体物理力学参数

1.3 水文地质概况

地下水为孔隙潜水及微承压水。潜水主要赋存于②4层以上土体中，受降水入渗及侧向补给，以蒸发及侧向排泄为主，水位受季节性变化影响明显。勘探期间多降水，测得潜水初见水位埋深为1.50m～1.80 m，稳定水位埋深1.20m～1.50m。据区域水文地质资料表明，该地区潜水水位年变幅在1.0m左右。

微承压水赋存于②5层以深的砂性土体中，接受上部孔隙潜水越流补给及侧向补给，以径流排泄为主，微承压水与潜水水力联系密切。

2 基坑工程实例

2.1 支护结构设计

根据工程地质条件、开挖深度、周边环境情况，本着保护环境、技术先进、安全可靠、经济合理，方便施工的基本原则，选用技术经验成熟可靠的支护方式，达到基坑开挖过程的安全稳定要求，同时控制基坑变形。

综上分析，基坑安全等级确定为二级，基坑重要性系数取为1.0［14］，柳州东路侧基坑支护采用直径1 000mm间距1 200mm的悬臂钻孔灌注桩结合外侧直径700mm间距500mm的双轴水泥土搅拌桩止水帷幕的支护型式；其余侧采用1∶2放坡开挖的型式，基坑支护型式详见图1。

图1 基坑支护结构剖面示意图

2.2 基坑险情介绍

沿柳州路基坑边长约115.0m，支护结构按照基坑深4.6m设计，后期主体结构进行了调整，使得基坑加深1.0m。开挖时支护结构已按原设计施工完毕，因此，设计和监理要求土方开挖采取分段施工，每30.0m为一段。基坑开挖到底后，立即浇筑混凝土垫层，待垫层强度达到设计强度后，方可进行下一段开挖。每施工完两段，必须及时浇筑基础底板，待基础底板浇筑并具有一定强度后，方可进行第三段开挖施工。

土方单位按照设计和监理的要求，分段开挖了约35m两段，基坑安全，变形正常，监测数据最大变形值在报警值范围内。此时，仅仅施工了第一个分段的基础垫层，且基础底板尚未施工，但是土方单位上报业主，请求加快开挖进度，一次性把柳州路侧土方全部开挖，不进行分段开挖。

经业主同意，土方施工单位进行了第三次开挖。就在开挖的当晚凌晨1∶00，现场技术人员反映基坑北侧柳州路产生了较大变形，并以20mm／h速度迅速发展，坡顶地面出现裂缝，地面排水沟开裂，裂缝内充满积水。大约在凌晨4∶00，基坑发生支护桩前倾位移，柳州路人行道下沉，这意味着基坑支护体系将出现倾覆破坏。坑外道路下雨水管道接口破坏，大量雨水流入基坑。基坑险情实景见图2。

3 原因分析及处理措施

3.1 险情原因分析

针对基坑险情，结合现场实际情况，按照2种开挖深度，采用弹性地基梁法进行基坑支护桩的内力及位移计算对比，同时进行了基坑整体稳定性、倾覆稳定性验算对比。计算土条宽度0.5m，其方法采用瑞典条分法，应力状态取总应力法，超载取25 kPa。两种挖深条件下，支护桩所受土压力、支护桩桩身内力、基坑变形及地面沉降变化详见图3，稳定性计算结果详见表2。

图2 基坑险情现场实景图

图3 原设计与超挖后计算结果对比

图3（a）反映了计算的土压力，其中向开挖侧土压力为负值，反向为正值。基坑挖深4.6m时土压力为-75.80kN～130.08kN；基坑挖深5.6m时土压力为-126.22kN～243.50kN。最大正土压力值增大了86.16%，最大负土压力值增大了66.52%。

图3（b）反映了2种挖深条件下支护桩位移变化情况，挖深4.6m时最大位移22.77mm；挖深5.6m最大位移43.03mm，位移增大了88.98%，且最大位移超过了报警值43.43%。

图3（c）反映了2种挖深条件下支护桩弯矩的变化情况，挖深4.6m时最大弯矩为440.79kN·m；挖深5.6m时支护桩弯矩明显增大到627.99 kN·m，增大了42.46%。

图3（d）反映了2种挖深条件下支护桩剪力的变化情况，其中向基坑开挖侧的剪力为负值，反向为正值。由于超挖1.0m，导致支护桩剪力明显增大，挖深5.6m时剪力为-180.64kN～213.13kN，挖深4.6m时剪力为-128.81kN～132.36kN，最大负剪力增大40.24%，最大正剪力增大61.02%。

图3（e）反映了2种挖深情况下，基坑周边地面沉降情况，其中挖深4.6m时最大沉降值为13.0 mm；挖深5.6m时最大沉降为26.0mm，沉降量增加一倍。

由图3可看出，在基坑开挖之前，没有按照设计的要求对基坑进行加固与处理，致使超挖后，支护结构变形以及内力均发生增大，现场沿基坑边缘柳州路出现地面下沉，支护桩发生倾覆。

表2 稳定性系数对比分析表

从表2中可看出，基坑挖深4.6m时，各项安全系数都能满足规范［14］的要求，但是基坑超挖1.0m后支护结构的抗倾覆稳定性安全系数为1.162，小于规范值1.2，不满足要求，而且开挖前没有采取补救措施，控制基坑变形。基坑产生了超挖，但支护桩桩长无法增加，嵌固深度减小21.69%，且基坑底部土层为淤泥质软土，引起坑底土体的抗力不足。

3.2 事故处理与加固

（1）发生倾覆后，针对现场基坑险情，土方单位立即通知业主、监理单位。相关单位立即安排坑内所有人员有序撤离，并经过各方现场讨论，决定立即在倾覆部位进行回填。具体情况详见图4倾覆后回填实景图。

图4 倾覆位置回填实景图

（2）险情发生的第二天早上7∶00所有参建单位到场，决定在坡顶设置警戒线，北边柳州路设置彩钢板，并设专人疏导行人、车辆远离坑边。要求监测人员加大监测密度，时刻关注变化趋势。

（3）设计师要求在基坑壁漏水处进行排查，找到雨水管道口进行封堵。由于雨水管管径约800 mm，无法用砂石直接封堵，因此，采取棉被先进行封口，棉被封好后，采取快干水泥在棉被缝隙进行封堵，直至没有水漏出来。与此同时，要求用大功率污水泵进行基坑内积水排除，避免基坑长时间被水浸泡。在封堵水源的同时，还对桩间空隙进行封堵，并在基坑外面漏水部位进行注浆加固。

（4）在发生倾覆的位置设置一道H型钢斜坡撑进行加固，具体型式见图5。

图5 倾覆位置加固处理图

施工时，先浇筑地库中心部位的底板，同时将斜坡撑底板支座的预埋钢板一起放置。每隔4.0m设一根H400×400×13×21的型钢斜坡撑，斜坡撑长12.0m。设置好H型钢斜坡撑后，再进行地面修复。由于基坑位移、倾覆，致使原来地下室结构外墙无法施工，因此，把结构外墙向里平移1 000mm。后期土方分段开挖，基础底板亦分段浇筑，根据挖土施工总流程，底板先后竣工顺序，进行拆除H型钢斜坡撑。拆除过程尽量采用吊装机械设备进行施工，条件容许的情况下，采用小型汽车吊下基坑内进行拆除，最后在坑边采用汽车吊驳运走。