深基坑支护的超期使用与加固论文
摘要：深基坑支护结构的使用超过设计使用期限后，应根据具体情况采取不同的加固措施，并加强监测，才能确保基坑支护结构的安全。
关键词：深基坑支护； 土钉墙； 预应力锚杆； 加固措施； 监测
中图分类号：TU94+2
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2008）10-0133-02
根据《深圳地区建筑深基坑支护技术规范》（SJG05-96）第3.0.1条要求，除有特殊要求外，深基坑支护结构均应按保证安全和正常使用一年的临时性构筑物设计，但根据施工情况看，大部分深基坑支护结构的实际使用期限超过一年，而且深基坑支护结构作为临时性措施，设计水平差异甚大，给施工安全带来了较大隐患。本文通过对深基坑支护的超期使用与加固，提出一些具体的处理措施，供大家参考。
1、工程概况
某综合楼由四栋塔楼组成，一栋三十六层、一栋三十层、两栋二十三层，地下室三层，裙楼六层，总建筑面积为35250m2。主体结构为框剪结构，基础采用钻孔灌注桩。基坑平面呈长方形，宽约40m，长约350m，平均深度13m，支护采用人工挖孔桩、预应力锚杆、土钉墙、树根桩等。该工程深基坑支护结构的实际使用期限为2.5～3年，加固措施主要为内支撑、重复张拉、增加预应力锚杆等，施工过程中严格按照设计要求进行监测，制定应急预案，随时准备处理各种突发事件，有效地保证了该工程的施工安全。
2、地质水文情况
2.1周边环境
拟建工程场地呈长方形，北面为城市主干道绿化带，主要影响为城市管线和临时工棚，管线离基坑边有20m左右，两层临时工棚三栋，位于基坑边；西面为城市次干道辅道，离辅道边约7m；南面为城中村，民房密集，均为7～13层框架结构，桩基，离基坑边约2～8m；东面为为空旷绿化带。
2.2地质条件
原始地貌为冲洪积阶地，后经人工改造，原始地形业已改变。根据钻探揭露，土质自上而下为：①层为人工填土，组成复杂，结构松散，厚0.4～5.6m。②层为第四系新近冲积含有机质粘土，呈软塑状态，强度低，压缩性高，厚0.9～2.0m。③层为第四系冲洪积层，分粘土与中粗砂二层，其中粘土分布较普遍，呈硬塑状态，具中等强度和压缩性，厚0.4～5.2m；中粗砂，呈稍密～中密状态，具有较低的压缩性和较强的透水性。④层为第四系残积粘土，呈硬塑状态，具中等强度和压缩性，厚1.3～25.9m。⑤层为燕山晚期花岗岩，分全风化、强风化、中风化和微风化花岗岩四带，其中全风化粉质砂岩，厚1.7～16.2m；强风化粉质砂岩，厚2.0～16.6m。
2.3水文条件
场地地下水分上、下二层，上层主要赋存于第四系冲洪积层及第四系残积层中，其中冲洪积层中粗砂透水性强，涌水量大，是主要的含水地层，属上层滞水～潜水类型，受大气降水及地表补给，水位变化因季节而变；下层赋存于燕山晚期花岗岩中，属基岩裂隙水，受大气降水及上层地下水补给。本工程除冲洪积层中粗砂层为强透水性地层外，其余均为弱透水性地层，地下水混合稳定水位埋藏深度为0.5～4.6m。地下水在强透水性地层中对砼结构具有弱腐蚀性。
3、基坑支护情况
根据基坑支护设计，北面坡度1：0.2，采用土钉墙支护结构，设8排φ22土钉，长7～12m，间距1100，水平夹角10度；第二、三排加设预应力锚杆，锚杆为3×7φ5、1860MPa级高强度钢绞线，长16米，间距2200，水平夹角15度。西面坡度垂直，采用树根桩（钻孔孔径350）加土钉墙支护，共设9排φ22土钉，间距1200；预应力锚杆设在第二、五、八排，间距2400，长度为15～18米，其他均和北面支护结构基本相同。南面坡度垂直，采用人工挖孔桩加预应力锚杆结构，人工挖孔桩φ1200@2000；预应力锚杆根据实际情况设一至三道，分别设在-3、-6、-9m处，锚杆为5×7φ5、1860MPa级高强度钢绞线，长21～24m，间距2.0～2.4m，水平夹角25度，锚杆设计承载力600KN。东面坡度较大，设有部分土钉。面层全部采用钢筋网喷射砼。
4、使用情况
该工程基坑支护于二〇〇四年十二月动工，二〇〇五年五月完成基坑支护施工，后由于各方面原因停建，直到二〇〇七年五月才正式恢复施工，二〇〇七年十月底完成地下室施工，如果不计算基坑支护施工时间，使用的时间应为30个月以上，大大超过基坑支护设计的有效时间。二〇〇六年四月的监测报告显示，少量基坑的沉降和水平位移存在加速发展的趋势，北侧有两个点最大位移达40mm，超过设计允许值30mm，南侧坑边部位和坑边民房（距坑边约5m范围）院内地面出现5～20mm宽裂缝。当时雨量较多，如果继续发展下去，对基坑安全非常不利。于是召集各有关单位参加的基坑支护专题会议，确定先对支护结构进行检测，设计单位再根据检测报告进行加固处理。根据二〇〇六年四月的检测报告，绝大部分土钉和预应力锚杆能够满足设计要求，短期内可不进行加固处理，需加强观测；但考虑到南面民房密集，后果严重，中间部位应加设部分砼内支撑。采用13道水平内支撑梁，砼内支撑于二〇〇六年五月底完成施工。
到二〇〇六年底，工程开工的时间还未确定，而支护时间越来越长，虽然基坑支护的沉降和水平位移都在设计允许范围内，但基坑支护的.安全已刻不容缓。除了加强基坑观测、加强周边建筑物或构筑物的观测外，要求施工单位派专人对基坑周边定期进行巡视，制定紧急预案，准备足够的人力物力，以备万一。二〇〇七年二月的监测报告显示，北侧的最大位移达70mm，南侧顶面位移已接近警戒值，并有加大发展趋势，周边建筑物最大沉降达59mm，但最大沉降差小于10mm，小于千分之一的规定。从观测结果看，上次加固措施对位移和沉降起了较大作用，但累计的位移和沉降量已超出或接近警戒值。因此要求建设单位对支护结构进行再次检测，并进行加固处理，否则，将强行回填基坑，确保安全。根据二〇〇七年二月的检测报告，共检测8根土钉，就有3根失效；少量预应力锚杆的承载力有不同程度的降低，必须对土钉和预应力锚杆进行加固处理。第二次加固处理于二〇〇七年五月底完成施工，这时工程已全面恢复施工，直到二〇〇七年十月底，该工程的基础及地下室完成，十二月底完成基坑回填，该基坑支护均未发生任何安全问题。
5、基坑支护加固方案
第一次加固方案，主要是针对南面民房密集，后果严重，中间部位加设部分砼内支撑。支撑梁顶面设在-9.5m处，采用人工挖孔桩支撑水平砼梁，将南北基坑顶紧，砼梁应错开工程桩，另在水平砼梁中间加设一牛腿，采用45°斜支撑钢梁顶住南面基坑顶面冠梁，形成三角形支撑结构。共设四处十三道，间距约9m左右。
第二次加固方案，分两部分。由于部分土钉失效，设计不考虑土钉的作用，对没有支撑的南面、北面及西面的所有预应力锚杆，逐根进行检测，考虑到将继续使用一年左右，全部重新评估。最后确定土钉改为预应力锚杆，原来为预应力锚杆，全部重新张拉索定，局部增加预应力锚杆，增加锚杆采用为3×7φ5，1860MPa级高强度钢绞线，长16m左右，间距2.2～2.4m，水平夹角15o，锁定荷载450～500KN。南面基坑顶面位移有增大的趋势，少数已达到设计允许值，说明第一次加固方案中三角形支撑结构效果没有达到设计要求，应采取进一步的措施。经过多次协商，确定采用钢结构水平支撑，中间设多个钢格构柱，支撑梁顶面设在-6.5m处，错开建筑物梁板位置，为630的钢管支撑，南北基坑护壁面加设砼腰梁。为了确保基坑不再增加位移，在北侧基坑腰梁处，每根横梁设一台1000KN的千斤顶，对钢管支撑施加预应力，预应力值为800KN。加固施工由西向东分段（30m为一段）进行，施工过程采取监测-施工-支撑循环过程进行作业。加固处理前及施工过程中，要求西面道路封闭，禁止车辆通行，北面临时工棚里的工人全部转移到其他安全地方，不准住人，确保基坑支护施工的安全。
6、基坑支护监测
该工程基坑的沉降及位移观测点按照规范要求设置。基坑四周每隔20m设1个沉降观测点，邻近建筑物每栋设4个沉降观测点，共设沉降观测点149个。基坑坡顶每隔20m设1个位移观测点，共设位移观测点45个。观测频率要求为，土方开挖时，每天一次，待位移或沉降相对稳定后三天一次；如变化幅度较大，需加密观测。坡顶位移不宜大于30mm，基坑邻近地面沉降不宜大于45mm。对于加固后的监测，坡顶位移增加值不宜大于15mm，地面沉降值不宜大于15mm。
在施工过程中，要求对基坑四周及邻近建筑物和道路进行沉降及位移定期观测，监测单位必需是第三方，由业主直接委托，监理单位监督，定期出具监测报告。基坑监测需由专业人员进行，对监测结果及时进行反馈，发现异常情况及时通知有关人员，以便研究对策处理。同时应做好信息化施工工作，通过不断对监测结果的分析以指导整个施工过程。
7、有关建议
7.1根据施工进度选用不同的支护结构
从本工程基坑支护情况来看，土钉墙最差，有效使用时间为一年，超过18个月后，开始失效；预应力锚杆较好，使用18个月后，预应力损失不大，如果适当采取一些措施，可提高预应力锚杆的使用效果；树根桩质量比较稳定，与施工质量有很大关系；人工挖孔桩施工质量有保证，使用时间最长。基坑支护结构的选用，应根据基坑的深度、周边环境、地质水文情况，工程规模、施工单位的施工进度计划以及支护造价综合加以考虑。
7.2超期使用措施
根据《基坑土钉支护技术规程》（CECS96：97）第1.0.2条规定，土钉使用期限不宜超过18个月，比深圳规定的一年要长，主要原因是深圳地下水对砼结构具有腐蚀性。由于土钉墙使用时间短，一年后就开始出现失效，18个月后基本不能用，因此在土钉墙的监测过程中，一年后应开始重点监控，作好各种应急准备，18个月后停止使用。
根据《土层锚杆设计与施工规范》（CECS22：90）第2.1.3条规定，临时性锚杆使用年限在2年以内。但根据本工程情况看，预应力锚杆使用一年半后，锚杆承载力有不同程度的降低。因此锚杆使用一年后，应加强监测，对于基坑边缘与邻近已有建筑浅基础或重要管线边缘净距小于基坑深度时，还应对锚杆预应力变化进行监测，18个月后应委托专业机构进行全面检测，以确认是否需要加固及采取重复张拉或增加锚杆等加固措施等。
7.3基坑支护设计使用时间建议区别对待
目前，深圳地区的深基坑支护的设计使用时间一般为一年，但根据施工经验，高层建筑的深基坑支护实际使用时间不止一年，而且不同支护结构的使用时间也不同。超过10m深以上的深基坑支护，其规模往往较大，由于雨季影响较大，工期常常滞后，深基坑支护时间往往在18个月以上。建议沿海地区土钉墙设计使用时间为一年，预应力锚杆设计使用时间为18个月，砼灌注桩及地下连续砼墙设计使用时间基本不受影响。
参考文献：
[1] 建筑基坑支护技术规程.JGJ120-99.
[2] 土层锚杆设计与施工规范.CECS22：90.
[3] 基坑土钉支护技术规程.CECS96：97.
[4] 深圳地区建筑深基坑支护技术规范.（SJG05-96）.
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