飽和軟土地區某深基坑臨近建筑物開裂原因分析

付國賓 王 旭 曹瑞鈉

(遼寧省建筑設計研究院巖土工程有限責任公司，遼寧 沈陽 110005)

1 概述

遼寧營口地區為典型的海陸交互沉積軟土場地，軟土地層具有含水量大、孔隙大、靈敏度高、壓縮性高、承載力低等特性，深基坑的施工往往伴隨著極強的環境效應，基坑的開挖勢必引起周圍土體應力場的變化，可導致周圍地基土體產生較大的變形和位移，并將會導致周邊建筑物、道路、地下管線等重要設施產生不均勻沉降，甚至發生開裂破壞[1-3]。飽和軟土地區的基坑工程設計和施工難度大，風險性高，基坑支護結構變形較大、地面裂縫和周邊建筑物墻體開裂是典型的工程問題[4-6]，這些工程問題往往造成嚴重的工程事故，故對此類地區的深基坑工程問題進行分析和總結，積累設計和施工經驗具有十分重要的意義。

本文分析了營口某酒店深基坑在開挖和支護階段，臨近體育館的沉降變形過程，研究了基坑西側籃球場裂縫和體育館墻體開裂的原因，并總結了飽和軟土地區基坑工程設計和施工的經驗。

2 工程概況

2.1 基坑工程概況

該酒店深基坑位于營口市區西部渤海大街，基坑深10 m，周長約400 m，開挖前已完成預應力管樁施工。基坑西北側為某中學的籃球場和體育館，其中體育館距離基坑坡頂8.8 m，體育館為2004年建成，建筑高度約11.4 m，框架結構，獨立基礎，基礎埋深2.2 m。基坑西側建筑物位置關系如圖1所示。

基坑支護的整體方案為，上部4 m深度范圍內采用1∶1放坡噴射混凝土，下部6 m深度范圍內采用FSP4型鋼板樁和預應力錨索。基坑5 m和7.5 m深處分別施工一道預應力錨索，錨索長22 m，錨固段長15 m，錨索錨固段采用高壓旋噴成孔，錨固體直徑要求大于400 mm。基坑降水主要采用坑內設置減壓井，坑邊設置真空井點，建筑物附近設置回灌井的聯合降水方案。

2.2 工程地質與水文地質條件

場地揭露的地層由陸相的黃褐色粉土與海相的灰色粉質黏土交互組合構成，依次為雜填土，粉質黏土，軟塑狀態；粉質黏土夾薄層粉砂，軟塑狀態；④粉質黏土，流塑狀態；⑤粉質黏土與粉砂互層，軟塑狀態；⑥粉質黏土，軟塑狀態；⑦粉質黏土，可塑狀態。

場地內的地下水為第四系潛水，勘察期間初見水位埋深為1.80 m，穩定水位埋深1.20 m，歷史最高水位埋深0.50 m。

3 基坑臨近體育館沉降變形過程分析

3.1 體育館監測第一階段

基坑開挖前，2012年3月4日開始對體育館進行沉降監測。由于體育館沉降量超過預警值，且墻體出現裂縫沉降。監測第112天，在原錨索施工位置安裝斜支撐加固，以控制基坑西側土體的變形。監測變形數據如圖2所示(4號監測點破壞)。

從圖2可以看出，沉降監測的5 d～10 d(3月10日～3月15日)和20 d～28 d(3月25日～4月1日)，沉降速度較快。基坑的第一道錨索3月5日開始施工，3月18日開始張拉鎖緊；基坑的第二道錨索3月29日開始施工，4月5日開始張拉鎖緊。沉降變形速度快的期間正好是錨索施工后的時間段。

由于錨索鎖緊后，體育館沉降量逐步增長，且墻體出現裂縫，籃球場地面也出現了平行于基坑邊線的地裂縫。可見，錨索張拉預應力后，并未控制住基坑變形。

第一階段體育館1號、2號和3號沉降監測點的平均沉降速率分別為0.99 mm/d，0.85 mm/d和0.70 mm/d。

3.2 體育館監測第二階段

基坑斜支撐安裝完成后，監測第125天開始挖土，監測第138天開始底板澆筑，這期間的監測變形數據如圖2所示。

從圖2可以看出，在安裝兩道斜支撐后，體育館的3個沉降監測點沉降量趨于穩定，第125天挖土至基底處后，體育館沉降量有小幅度的增加。

第二階段體育館1號、2號和3號沉降監測點的平均沉降速率分別為0.70 mm/d，0.70 mm/d和0.66 mm/d。體育館的沉降速率下降，鋼板樁改為斜支撐提供支反力后，基坑支護結構后側的土體變形趨于穩定，繼續挖土后，支護結構緩慢變形。可見，斜支撐能夠控制基坑變形。

4 體育館墻體開裂原因分析

從體育館的沉降監測數據表明，基坑支護結構施工階段，體育館的沉降量最大，占總沉降量的65%左右。監測到的體育館累計沉降量最大達到157.9 mm，沉降量已超過建筑物地基變形允許值，籃球場地面出現了多條平行基坑邊的裂縫，臨近基坑一側的體育館墻體開裂。墻體的裂縫多通過窗口的對角，裂縫向沉降較大的方向傾斜，并由下向上發展，裂縫多在墻體下部，向上逐漸減少，一層墻角裂縫張開度最大，裂縫兩側有明顯的高差，種種跡象表明，墻體開裂是地基不均勻沉降造成的。

籃球場地面裂縫和體育館發生不均勻沉降主要有以下幾個原因：

1)基坑場地和體育館的地基土為飽和軟土，基坑深度范圍內的土層由松散的雜填土、軟塑的粉質黏土、流塑的粉質黏土和軟塑的粉質黏土夾粉砂組成。這些土層含水量大、孔隙大、壓縮性高和自穩性差，基坑開挖后，極易導致支護結構變形和地面沉降。

2)體育館為框架結構，高度大、跨度大，且采用獨立基礎，僅建筑周邊有連梁拉結，建筑物整體剛度較小，故對地基土的差異沉降十分敏感。

3)基坑西側上部4 m深度范圍采用土釘墻，下部采用預應力錨索和鋼板樁支護結構。土釘墻和鋼板樁均為柔性支護結構，對基坑的變形控制效果較差。

錨索錨固段設計為高壓旋噴成孔，注漿壓力大于25 MPa，錨固體直徑大于400 mm，錨索的承載力設計值為280 kN～360 kN。西側的錨索長度為22 m，錨索錨固段位于軟塑～流塑的飽和粉質黏土中。高壓旋噴成孔的過程中，飽和軟土被高壓水泥漿切割，擾動地基土，在水泥漿終凝前，地基土產生豎直方向的變形。

體育館沉降監測數據表明，在兩道錨索施工后，體育館沉降速度明顯加快。錨索鎖緊后，體育館的沉降速度雖然減小，但沉降量仍在增加，甚至出現了地裂縫。錨固體周圍的飽和軟土在錨索拉應力的作用下發生蠕變，無法滿足錨索承載力的要求，預應力急劇損失，錨索處于失效狀態。在采用斜支撐對基坑西側支護結構加固后，體育館的沉降速度明顯降低，這充分說明，在此類飽和軟土中，即使使用高壓旋噴預應力錨索，也不能為錨索提供可靠的錨固力。

5 結語

營口某酒店基坑為典型的飽和軟土基坑，依據體育館沉降監測數據，分析了錨索施工和斜支撐加固對基坑變形的影響，分析得出了造成墻體開裂的原因，總結了營口飽和軟土場地的深基坑支護設計和施工經驗。

1)營口某深基坑體育館墻體開裂的主要原因是，地基土為飽和軟土，體育館對地基土的差異沉降十分敏感；錨固體周圍土體蠕變，錨索承載力無法滿足要求。

2)飽和軟土地區基坑不宜采用土釘墻支護結構形式；由于飽和軟土易發生蠕變，旋噴錨索不能滿足錨索承載力要求，內支撐或者斜支撐支護結構能夠有效控制基坑變形。

3)飽和軟土地區基坑回填后，鋼板樁拔出時，應對鋼板樁拔出后的間隙灌注回填。

4)飽和軟土地區深基坑臨近建筑物為淺基礎時，應在基坑開挖前，對建筑地基進行注漿加固。