基坑边坡滑移导致PHC桩偏移原因分析及处理

基坑边坡滑移导致PHC长桩发生偏移的原因分析及处理中冶天工上海十三冶 贺克让【摘要】近年来，随着我国经济的高速发展，国内基本建设数量猛增，大、深基坑施工安全成为每个施工企业共同关注的课题，本文通过炼钢连铸主机及水道管廊基坑边坡滑移处理施工实例对类似基坑支护方案的制定及施工提供了值得借鉴的经验教训。【关键词】边坡滑移；基坑支护；基坑监测；桩基位移；1概况上海某连铸机主机区及水道管廊位于主厂房35线之间（详见图1），基础设计采用钢筋砼板式结构，基本以PHC500、600型砼管桩支撑，桩以1粉细砂层为持力层，桩长介于62m70m之间，桩平面间距为1.8m2.8m，桩顶标高设计-5.000m-9.800m，基础最宽处36m，长度约70m，自然地面相对标高为-0.7m，0.000相当于绝对标高+4.850m。连铸机主机及水道管廊基坑于2006年3月29日开始开挖，间断挖土至4月3日上午发现已挖管廊部分基底隆起，边坡土体严重滑移。1.2工程地质主机区设备基础土方开挖涉及到的地层结构基本为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、砂质粉土和淤泥质粘土。土层特性和部分物理学参数见表1。表1：工程地质简况地层编号地层名称层厚重度（KN/m3）粘聚力（KPa）内摩擦角（）粉质粘土2.5m18.62419.51淤泥质粉质粘土0.78m17.510152砂质粉土3.65m18.77253淤泥质粉质粘土2.41m17.41914.5淤泥质粘土10.72m16.81111.51.3深基坑周边情况 水道管廊位于主机区东侧，3线5线部分并入连铸标段内，由于水道管廊挖土底标高-9.0m，且管廊在3线4线之间进入连铸大包台，因此考虑水道管廊与主机区同时开挖，但在管廊东侧为尚未施工的G列柱基，属于炼钢标段，柱基边距离管廊外墙边1.9m，较柱基低1.9m，因此两标段在G列处协调配合非常重要。2、基坑施工方案连铸主机区设备基础和水道管廊挖土同时施工，采用二级轻型井点降水大开挖形式施工（详见图2）。具体措施如下：2.1边坡坡比全部设计为1：1.5，基坑预留基础工作面宽度为800mm；2.2在基坑周围环行布设两级轻型井点降水。一级井点布置在-1.6 m位置，平台宽度1m,主要降低-6.0m以上水位，二级井点布置在-4.6m位置，平台宽度为3m，降低水位深度达-11m。井点管采用DN40井管，井点管水平间距1.2m，井管长度均为7.8m；2.3为避免深基坑因降水跨度过大而造成基坑中部实际降水效果不好，在基坑中间埋设一排临时轻型井点或自流深井井点，确保基坑水位降至基坑底标高以下500mm。井点自最后一套施工完毕且运转不少于一周后，基坑开始试开挖。3基坑施工情况3.1施工方案准备本基坑为一级基坑，井点降水施工前，方案已经专家及上级有关部门论证、审批完毕。3.2施工场地准备3.2.1由于基坑东侧相邻炼钢标段G列柱基先行施工，致使基坑东侧井点降水无法按方案施工，方案被迫变更为取消该处一级井点降水，二级井点亦由原-4.6m位置降至-7.1m。3.2.2炼钢标段56线处管廊基坑先行开挖，3月28日基坑周围出现边坡滑移裂缝，为配合其做卸荷处理，被迫将该处已按方案施工的一组一级井点拆除。3.3基坑施工及质量事故的发生3.3.1基坑施工情况 为了抢进度，在连铸机主机及水道管廊基坑二级井点尚未完全封闭的情况下，基坑于3月29日下午仓促开始挖土，当天挖土至管廊设计底标高-9.0m，由于气候等原因，基坑间断挖土至4月2日上午，发现已挖管廊部分基底隆起达300mm，隆起速度为0.04mm/s，边坡土体严重滑移，坡顶最大滑移裂缝宽42mm,挖土紧急停止，但在4月3日上午仍发现砼顶面隆起达170mm，先前坡顶最大滑移裂缝也加宽至53mm,为防止事故进一步扩大，经各方研究决定，采取回填和卸荷处理，具体措施为：、对已开挖部分回填至-4.6m的安全标高上。、未开挖部分由原开挖方向继续卸荷至F列，卸荷标高为-4.6m，临时边坡1:2.5。措施于当天实施并结束，4月4日上午基坑基本稳定，坡顶最大滑移裂缝宽度停止在55mm上,土体位移得到遏止。3.3.2基坑边坡滑移造成的桩位偏移及桩身小应变测试情况 基坑完全稳定后，项目部根据打桩原始记录和桩基设计图对未打到设计标高或设计标高在-6.7m以上的桩进行探测，便于全面了解桩体偏移情况。3.3.1.1桩体位移实测情况从4月4日至4月12日对连铸机主机及水道管廊局部桩位挖探坑复测，共探测桩位45处，实测结果表明：桩顶位移在355mm2287mm之间，位移最大处主要集中在G列靠水道管廊一侧，由G列向F列方向桩体位移逐渐减弱，至E列处位移基本消失，同时对桩体位移方向和大小进行分析，绘出桩体水平位移范围曲线，曲线将基坑划分为3个滑移区，即：2m滑移范围线区、1m滑移范围线区及0.5m滑移范围线区，滑移区内桩体水平位移在500mm以上的桩数共计177套，事故后果非常严重！3.3.1.2桩身小应变测试情况 在对桩位探测的同时，邀请勘察院对以上桩全部作了桩体完整性测试（详见表二），为克服低速应变对桩体完整性测试精度差的缺点，辅以陀螺仪对桩孔实测成像，实测的45套桩中，类桩占总数的66.7%，类桩占总数的11.1%，类桩占总数的22.2%，桩身断裂位置在-4.7m-23.5m之间，土体大致从E3向G4方向呈锅底状滑移，至G列基本停止，原因是GH列地下砼工程已基本施工至地面且局部已回填结束，巨大的荷载抵抗了土体滑移推力，其垂直方向土体滑移曲线如图4所示。3.3.1.2桩身小应变测试情况 在对桩位探测的同时，邀请武勘院对以上桩全部作了桩体完整性测试（详见表二），为克服低速应变对桩体完整性测试精度差的缺点，辅以陀螺仪对桩孔实测成像，实测的45套桩中，类桩占总数的66.7%，类桩占总数的11.1%，类桩占总数的22.2%，桩身断裂位置在-4.7m-23.5m之间，土体大致从E3向G4方向呈锅底状滑移，至G列基本停止，原因是GH列地下砼工程已基本施工至地面且局部已回填结束，巨大的荷载抵抗了土体滑移推力，其垂直方向土体滑移曲线如图4所示。表2：主机区及水道管廊局部桩基测试成果表序号桩编号桩型桩长（m）类别完整性评价1G16PHC50053.7III-13.8m处断裂2G18PHC50053.7III-12.0m、-14.6m处断裂3G20PHC50053.7III-12.8m、-14.3m处断裂4G89PHC50053.7III-11.4m、-14.4m处断裂5S105PHC60067.9III-7.9m处断裂6S106PHC60067.9III-10.5m处断裂7S107PHC60067.9III-11.8m处断裂8S112PHC60067.9II-7.7m处轻度裂纹9S124PHC60067.9III-8.1m处断裂10S130PHC60067.9III-8.0m处断裂11S131PHC60067.9I完整桩12S191PHC60069.9III-6.3m处断裂13S192PHC60069.9III-6.2m处断裂14S193PHC60069.9III-6.3m处断裂15S194PHC60069.9III-13.0m处明显断裂16S213PHC60068.9III-7.2m处明显断裂17L266PHC60072.9I完整桩18S109PHC60062.9I完整桩19S115PHC60062.9II-16.2m处轻度裂纹20S129PHC60067.9III-7.8m处明显断裂21S142PHC60064.9III-14.3m处明显断裂22S151PHC60064.9III-21.5m处明显断裂23S152PHC60064.9III-23.3m处明显断裂24S165PHC60064.9III-21.5m处明显断裂25S186PHC60064.9III-23.5m处明显断裂26S187PHC60064.9III-23.5m处明显断裂27S171PHC60064.9III-17.2m处明显断裂28S208PHC60067.9III-17.2m处明显断裂29S212PHC60067.9III-17.5m处明显断裂30S148PHC60064.9III-20.0m处明显断裂31S149PHC60064.9III-21.1m处明显断裂32S168PHC60064.9III-23.4m处明显断裂33S162PHC60064.9III-23.1m处明显断裂34S184PHC60064.9III-23.1m处明显断裂35S183PHC60064.9III-14.5m处明显断裂36S258PHC60067.9I完整桩37S257PHC60067.9I完整桩38S265PHC60067.9II-20.2m处轻度裂纹39S266PHC60067.9II-19.2m处轻度裂纹40S268PHC60067.9I完整桩41S365PHC60070.9I完整桩42S367PHC60070.9I完整桩43S230PHC60071.9I完整桩44S399PHC60073.9I完整桩45S272PHC60064.9II-4.7m处轻度裂纹4 事故原因事故原因分析（1）盲目抢工期，尽管有深基降水和挖土方案，作为连铸施工已按照施工方案的要求进行了放坡和分层施工，且炼钢连铸的整体施工顺序经业主和监理三次组织协调，并达成共识，但炼钢区深基坑井点降水和挖土施工工序安排仍没有按审批的方案和遵循先深后浅的原则施工。上述情况造成连铸管廊深基井点降水滞后，导致降水时间不到就开始挖土（连铸管廊于3月25号井点降水，29号开挖。）；开挖前井点降水仅4天。是造成土体滑移的主要原因之一。（2）G列03、04线柱基施工时，基坑已发生隆起，造成周围土体特别是靠F列土体结构已发生破坏，致使0305线管廊二级井点变形，出水率不高，降水效果明显下降，没有起到降水作用，虽然我们进行了多次补充井点，但井点降水效果仍然不佳；是造成土体滑移的主要原因之二。（3）打桩和土方开挖工序间技术间歇时间短（打桩结束仅6天就挖土）。即在设备基础区进行密集打桩后，致使土体结构破坏，特别是7.7m以下的淤泥质粘土，含水量大，灵敏度在St在38之间，该土层经剧烈扰动后，它将变为粘质泥浆。这也是造成土体滑移的主要原因之一。关于这一点在软粘土结构性和基础桩施工工法对深基坑力学性状的影响一文中已详细论述。且在随后的设备基础开挖过程中得到了进一步证实（在第二次补桩于6月24日结束后,28日立即进行8.7m即DE跨设备基础开挖,在开挖过程中,土体也发生了隆起,最大隆起量为200mm，但EF跨-9.8m设备基础及管廊基础在7月13日开挖时,就没有发生一点隆起现象）。（4）3月31日至4月1日的降雨（降雨量达20mm）在客观上也加剧了该作业区段土体的滑移，也是促使PHC桩倾斜的不可忽略的客观原因。（5）本工程是在农田上新建的项目，地质情况复杂，作为施工单位也没有认真对待，特别是7.7m以下的淤泥层，透水性差,含水量大。也是造成土体滑移的客观原因。周围各标段都在进行的打桩作业也会产生一些影响。5土体位移稳定后所采取的施工措施（1） 为加快土体固结速度和降水速度，同时考虑补桩时对已有的轻型井点的影响，设备基础区域在原降水及挖土方案不变的情况下，增加布设17口深井进行降水。深井布置间距为15m，其中3口为真空深井，成孔孔径为800mm，孔深18m，井管采用273钢管。14口为自流井，成孔孔径为800mm，孔深28m，井管采用外径为360mm，壁厚25mm的混凝土管，井管间连接采用环缝焊接。（2） 在G列03、04、05线柱基之间、东面炼钢区电缆隧道边及挖土高差较大的区域打设钢板桩。钢板桩型号为鞍拉森板桩，总长约70m，深度12m，共计打入板桩180根。大面积卸荷至7.0m。（东西向从管廊至E列，南北向从03线向02线延伸15m至05线）（3） 改变施工顺序、增加施工分层、缩小施工面积、打歼灭战、加快施工进度，缩短基底暴露时间，减少基坑隆起。即对前区设备基础施工改变了先深后浅的原则，先施工DE跨8.7m设备基础底板，再施工EF跨9.8m及管廊9.25m的基础底板，最后施工EF跨9.3m的设备基础底板。且将这些设备基础2m厚的底板分两层施工，每层施工1m厚，在设备基础底板的分层处增设14200mm的钢筋网片，并对管廊即EF跨9.3m设备基础局部较深的集水井采用了钢沉箱进行了处理（沉箱钢板厚14mm，尺寸为340034001350mm；440044001500mm。且内设10号槽钢支撑）。（4） 对EF跨9.9m、9.3m设备基础周围及管廊与炼钢区交接的03、04线柱基处高低差，采用C30砼进行填充。（5） 对发生位移的桩进行了冲孔、抽泥浆、及清理。冲孔的深度比要求加固的深度深12m，共计冲孔67根。6偏移桩的处理（1） 设计院经过计算分析后，对偏移桩处理遵循了以下原则：未折断的位移桩，能利用的尽量直接利用；折断和未折断的位移桩，能加固的尽量加固利用；承载力不足的部分采用补桩的方法处理。（2） 补桩处理：桩顶位移超过500mm的桩都进行了100的补桩；桩顶位移在250500mm之间进行了2：1、和局部3：1的补桩。共计补打179套，（3） 对位移较大和位移较小的桩进