西安某濕陷性黃土深基坑支護失穩分析及處理

楊麗娜 戴彥雄(機械工業勘察設計研究院 陜西 西安 710043)

隨著我國地下工程的不斷發展，深基坑工程也越來越多地受到關注，近年來隨著城市發展步伐的加快，基坑工程和周邊環境都日趨復雜，對支護工程設計及施工的要求也越來越高，基坑支護結構失穩的事故也越來越多。2011年西安地區的降雨次數增多，大范圍強降雨增加，特別是進入9月份以后，從9月1日到9月17日，西安地區的降雨量達236.3mm之多，已先后經歷了三次大范圍強降雨過程，降雨覆蓋范圍廣、強度大、歷時長，降雨量達常年同期降雨量50mm的4.7倍，為1961年有氣象記錄以來之最，導致多處發生地質災害事件，同時基坑支護結構失穩及坍塌等事件的數量也為歷年之最。

1 工程概況

擬建場地位于西安市北郊鳳城三路某小區內，場地北側及東側鄰近已開挖基坑，基坑上口線距離兩個場地圍墻約1.0 m～2.0 m，基坑開挖深度9.6 m。

該場地地貌單元屬渭河右岸Ⅱ級階地，場地各巖土層巖性為：①-1層雜填土，雜色，土質雜亂，以建筑垃圾為主，稍濕，松散，層厚0.4 m～3.3 m。①-2層素填土褐色或黃褐色，土質不均結構疏松，以粘性土為主，含植物根系，可見少量磚瓦碎屑及灰渣等。層厚0.6 m～2.5 m。②層黃土狀土：褐～黃褐色，土質較均勻，大孔隙發育，含少量蝸牛殼、結核及植物根系，可見網狀鈣質條紋。堅硬～硬塑，具中等～強烈濕陷性和自重濕陷性。屬中高壓縮性土，層厚0.7 m～3.3 m。③層黃土：褐黃色，土質均勻，針狀孔隙發育，含少量蝸牛殼及結核，可見鈣質條紋。堅硬～硬塑，屬高壓縮性土，具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性，層厚2.4 m～3.5 m。④層黃土：褐黃色，土質均勻，針狀孔隙發育，含少量蝸牛殼及結核，可見鈣質條紋，可塑，屬中高壓縮性土，具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性,層厚3.6 m～4.8 m。⑤層黃土：褐黃色，土質均勻，針狀孔隙發育，含少量蝸牛殼及結核，可見鈣質條紋，可塑，屬中壓縮性土，個別試樣具輕微～中等濕陷性和自重濕陷性,層厚1.9 m～3.8 m。⑥古土壤：棕黃～棕褐色，土質較均勻，可見針狀孔隙，稍具塊狀結構，含鈣質條紋及鈣質結核，可塑，屬中壓縮性土，個別試樣具輕微濕陷性和自重濕陷性，層厚3.1 m～5.1 m。該場地為自重濕陷性黃土場地，濕陷性土一般分布深度為7.5 m～15.0 m，基坑開挖深度內基本為濕陷性土層。

該場地地下水類型屬于潛水，勘察期間（2010.10）穩定水位為19.5 m～20.2 m，主要受大氣降水及地下徑流補給。年水位變幅為1.0 m～2.0 m。

本基坑周邊建筑物情況：西側鳳新路主干道距離基坑底口線6.5 m；基坑南側有已建成的10#、11#、12#和15#樓，均為6層新建房屋，采用條型基礎，基礎底標高為-3.0 m，灰土墊層處理，墊層底標高-6.1 m，距離基坑邊6 m～8 m；場地周邊地下管線錯綜復雜，基坑南側普遍存在雨水、污水和給水管線。坍塌區域具體情況詳見圖1所示。

南側凹形部分長62 m，寬19.6 m，其中AB、CD、EF和GH段采用鉆孔灌注樁+預應力錨桿的支護結構，樁徑0.7 m，樁間距1.5 m，灌注樁樁長18 m；樁間每隔1.5 m設置一道20 m長的預應力錨桿，鎖定力150kN。樁頂設置C 30混凝土冠梁，冠梁截面0.40m×0.70 m。其中BC和FG段采用土釘墻進行支護，土釘采用梅花型布置，水平間距1.5 m，豎向間距1.6 m，土釘孔徑120mm，長度6.0 m～9.0 m，考慮到此處管線密布，因此第一排土釘開孔位置為地面下2.0 m。

后期施工中坍塌的部位為FG段，同時BC段變形比較大。

2 監測點布置

為了掌握基坑開挖期間基坑支護結構的變形情況，在基坑南側沿支護結構布置水平位移監測點，護坡樁支護部分布置在冠梁頂，土釘墻支護部分布置在土釘墻墻頂。BC和FG段的監測點為N 1～N 6。

3 基坑支護失穩及分析

基坑開挖過程中，坡頂水平位移是基坑變形的重要控制指標，能直觀的反映出基坑開挖過程中坡體的變形情況和邊坡的穩定情況?；娱_挖過程中隨著土體應力狀態的改變，在支護結構體系施工完成前邊坡土體應力釋放，產生向基坑內的水平位移，隨著支護結構的施工，水平位移的發展受到限制，但還是緩慢的發展，之后若發生特殊情況改變了土壓力狀態，水平位移才會發生異常變化。

圖2為測點N1～N5從2011年3月15日到2011年11月30日水平位移的變化情況。

從圖2水平位移的變化情況并結合現場調查情況來看，FG段土釘墻的坍塌和BC段支護結構變形超過變形控制值的原因有以下幾個方面：

（1）圖2顯示8月12日之前水平位移曲線的曲率很平緩，位移增加緩慢，屬于正常的基坑開挖過程；9月1日出現第一次出現水平位移突增，各點此段時間水平位移增加4.0mm～12.9mm不等。經現場調查發現，基坑開挖時，上部回填土比較松散，8月中旬西安地區大面積持續降雨，使得基坑上部的回填土在雨水下滲的情況下產生下沉，原有給水管在此段基坑邊剛好有個接口，因此下沉的土層和土體自重增加，導致基坑邊原有的給水管破裂，基坑外圍土層含水量急劇增加，導致坡壁土體側壓力增加，基坑坡頂水平位移劇增。因此基坑頂部欠壓密的回填土和給水管破裂是導致支護結構變形突增的原因之一。

圖1 基坑南側周邊環境圖(北)

（2）第二次出現水平位移突增是在9月18日前后，從圖上可以看出N4和N 5點已經破壞，N 1～N 3點曲率比較大。經過調查發現，從9月1日到9月17日，西安降雨量達236.3mm之多，已先后經歷了三次大范圍強降雨過程。受強降雨影響，現場基坑頂部未進行有效封閉，排水措施也不到位，使得雨水下滲，浸濕坡壁，土體側壓力迅速增加使得水平位移量變大。因此，強降雨導致的地表水下滲，土體抗剪強度降低是支護結構水平位移突增的又一因素。

（3）從地質條件來說，基坑開挖范圍內土層基本為濕陷性黃土，水管滲漏和破裂使得土體含水量增加，連續的強降雨后，土體含水量進一步增加。因濕陷性黃土具有大孔隙和欠壓密性，含水量的變化對土體的強度影響較大，其在含水量增加的情況下，土的抗剪強度指標會急劇降低，同時坡壁土體的重度增加，支護結構承受的側向土壓力迅速增大，使得按正常狀態計算的支護結構強度不能滿足飽和狀態下的使用要求，因而導致支護結構變形超過預警值或者坍塌。從監測圖上可以看出，9月18日FG段坍塌，BC段坡頂水平位移累計最大達23.7mm，超過了其允許值。因此，坑壁浸水增濕[2]，濕陷性黃土抗剪強度急劇下降是導致基坑失穩的主要原因。

圖2 基坑南側水平位移監測點布置圖（位移量/mm）

（4）從支護結構的類型上來看，坍塌的部位和位移大的部位均在兩種支護結構相接的部位，因在同一坡體，兩種支護結構的強度不同，施工時，兩種支護結構的銜接不到位，沒有可靠的過渡連接措施，成為支護結構的薄弱區，當偶然事件發生時，就會放大這種強度差異，破壞最先發生。因此，同一坡體采用強度相差比較大的支護結構，且銜接部位未采取有效的連接過渡措施是基坑失穩的又一個原因。

4 處理措施

4.1 封閉坡頂，坡腳回填

險情發生后，因降雨持續發生，為了防止雨水繼續下滲浸濕坑壁，變形進一步增加，迅速在坡頂和坡壁覆蓋塑料膜，并及時在坡腳位置回填反壓土方，為進一步采取加固措施創造條件。

4.2 坍塌部位處理措施

對于坍塌的FG段，首先將坍塌坡面的松散土體進行剝離，露出穩定的土體，然后在新的坡面下重新施工土釘，保證釘體進去穩定的土體中。施工過程中注意加強對坡面的觀察，靠近坡面的土體需采用人工剝離，以防新的坍塌發生；原有坡面的土釘不能繼續使用，必須按照加固方案重新施做。

4.3 變形較大部位處理措施

對于變形比較大的BC段，采用預應力錨桿進行加固。原有支護結構雖然變形比較大，但是未破壞，需要做的就是如何控制變形的進一步發生，設計上采用增設預應力錨桿的方式對原有土釘墻進行加固。在地面下4 m和6.7m處分別增設一排12 m的錨桿，施加預應力80kN。10月15日施工完成后，N 1和N2點的變形速率減慢，變形基本趨于穩定，支護結構穩定。

4.4 銜接部位處理措施

對于兩種支護結構銜接的部位，考慮到其強度銜接的問題，在原有錨拉樁下部增設一排18 m的錨桿，將其腰梁和土釘墻的腰梁貫通，然后鎖定在坡面上，這樣強度上就有了銜接，水平方向的位移也得到了控制。從實際效果來看此種處理方法比較有效。

5 結論

（1）基坑邊水管破裂是使邊坡失穩的誘因，因各類地下管線對變形的承受能力因管線的新舊和埋設情況等的不同而相差甚遠，必須在基坑支護設計前調查清楚，特別是像接頭這種最易受損的部位，必須給予高度的重視，采取一定的加強處理措施。

（2）因濕陷性黃土具有受水濕陷、軟化，強度迅速降低且基坑側壁土體重量迅速增加，對支護結構十分不利，黃土基坑失穩或坍塌的工程事故大多與受水浸濕有關。因此必須對周圍地面和地下管線排水滲入或排入基坑坡體的可能性取得可靠的資料，以指導基坑設計和施工并采用相應的預防措施。

（3）施工過程中需關注降雨量的變化情況，制定應對緊急突發事件的應急預案；施工前尤其應做好坑外地表排水，杜絕地表水滲入和浸泡坡體，釀成事故。特殊天氣情況下尤其要加強基坑變形監測。

（4）同一個基坑可以采用幾種支護結構形式或組合，但是同一坡體水平向宜采用相同的支護結構，若采用不同的支護結構時，銜接部位必須采用一定的措施使強度變化均勻過渡，防止不同支護結構銜接部位成為支護結構的薄弱環節。

[1]常士驃，張蘇民.工程地質手冊（第四版）[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.濕陷性黃土地區建筑基坑工程安全技術規程(JGJ 167-2009)[S].2009,07.

[3]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑基坑支護技術規程(JGJ120-2012)[S].2012,10.