1、工程概況

    該工程位于北京大學(xué)校園內，擬建建筑為24層框架結構塔樓，附設4層結構裙樓，24層塔樓基坑深度為地面以下11.3m，裙樓基坑深度為地面以下7.88m.場(chǎng)地地層主要有人工填土、第四紀沖洪積成因的粘性土、粉土等組成，依上而下為：

    （1） 人工堆積層（厚約2.0m）

    （2） 砂質(zhì)粉土、粘質(zhì)粉土層（厚約2.0m）

    （3） 粉質(zhì)粘土、重粉質(zhì)粘土層（厚約1.0m）

    （4） 粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土層（厚約5.0m）

    （5） 砂質(zhì)粉土、粉砂層（厚約2.0m）

    （6） 粘質(zhì)粉土、砂質(zhì)粉土層（厚約5.0m）

    2、工程設計

    本工程由主樓和裙樓組成，并要求在基坑四周保留一個(gè)循環(huán)車(chē)道�；�坑支護設計采用了土釘墻和樁錨相結合的方案。裙樓全部采用常規土釘墻施工方案；在主樓的西南角設置16根護坡樁，其余地方采用土釘與預應力錨桿相結合的設計方案。

    （1） 降水方案：采用大口徑管井和砂井相結合的降水方案。

    主樓井深26.0 m，井距為9.00 m.自滲砂井孔深24.0 m，孔距為3.00m。

    裙樓井深16.0 m，井距為9.00 m.自滲砂井深14.0 m，井距為3.00m。

    （2） 基坑支護設計方案

    a） 樁錨設計方案

    樁頂位于地表處，樁徑：φ600，樁長(cháng)：16.00 m，樁中心間距：1.2m；

    主筋： 7Φ25＋6Φ22，采用Ⅱ級熱軋鋼筋，通長(cháng)不均勻配筋；

    加強箍筋：Φ14＠2000；螺旋箍筋：Φ6＠200；

    樁身使用C25砼，鋼筋保護層厚度50mm；

    錨桿位置：地面下4.50 m；

    錨桿布置按“兩樁一錨”，即錨桿間距2.4 m；

    錨桿體自由段長(cháng)度為：5.0 m；

    錨桿錨固段長(cháng)度為：17.0 m；

    錨桿總長(cháng)度為：22.00 m；

    錨桿體選用d15普通松弛鋼絞線(xiàn)，配置3 d15鋼絞線(xiàn)；鋼絞線(xiàn)抗拉強度標準值：fptk≥1570N/mm2；

    樁頂設置圈梁，圈梁為 600×400，配主筋為6φ22，在距西南角西側和南側各3m處設置600×400斜梁，斜梁配筋為12φ22。砼強度為C25。

    b） 主樓土釘墻設計方案

    基坑按1：0.1放坡。

    第一排土釘在地面以下1.50的位置。

    第一排土釘水平間距為1.2m，其余各排土釘水平間距為1.5m，土釘垂直間距為1.5m，土釘傾角15°，土釘主筋為Φ22。

    第二、三排采用預應力錨桿，第二排預應力錨桿的鎖定荷載為60KN.第三排預應力錨桿的鎖定荷載為100KN。

    面層加強鋼筋為Φ14，土釘成孔直徑不小于100mm，面層混凝土厚度不小于100mm，土釘（錨桿）的具體長(cháng)度如下：

    第1排土釘長(cháng)9.00 m

    第2排錨桿長(cháng)12.00 m

    第3排錨桿長(cháng)12.00 m

    第4排土釘長(cháng)9.00 m

    第5排土釘長(cháng)7.00 m

    第6排土釘長(cháng)6.00 m

    第7排土釘長(cháng)6.00 m

    c） 裙樓土釘墻設計方案

    基坑按1：0.1放坡。

    第一排土釘在地面以下1.50的位置。

    第一、二排土釘水平間距為1.2m，其余各排土釘水平間距為1.5m，土釘垂直間距為1.5m，土釘傾角15°，土釘主筋為Φ22.土釘的具體長(cháng)度如下：

    第1排土釘長(cháng)8.00 m

    第2排土釘長(cháng)8.00 m

    第3排土釘長(cháng)7.00 m

    第4排土釘長(cháng)6.00 m

    第5排土釘長(cháng)5.00 m.

    3、工程施工

    （1） 降水

    a） 主樓的降水井較深，已經(jīng)進(jìn)入了卵石層，而裙樓的降水較淺，沒(méi)有進(jìn)入卵石層。降水井點(diǎn)施工完成以后，經(jīng)過(guò)抽降，發(fā)現主樓降水井的自滲效果較好，即使在不抽水的情況下，其水位也穩定在地面以下16m左右。而裙樓的降水井幾乎沒(méi)有自滲作用，接電抽水以后，經(jīng)過(guò)幾分種水泵即斷流，說(shuō)明降水井的補給供不上水泵的流量；但停泵以后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間降水井的水位又回升上來(lái)了。

    b） 經(jīng)過(guò)開(kāi)挖檢驗，發(fā)現基槽底部沒(méi)有滯水，說(shuō)明降水效果良好。但在土釘錨桿施工過(guò)程中，主要是第三排錨桿和第四排土釘施工時(shí)，隨著(zhù)土釘深度的增加，土釘施工過(guò)程中所帶出的土體由潮至濕、到最后成為稀泥，有的孔在土釘錨桿施工以后，有水從孔中流出，有的孔出水太大甚至無(wú)法注入水泥漿。在土釘墻施工完成以后，仍有5-6個(gè)錨桿孔流水，有的孔中的水流還帶有壓力，一會(huì )兒水量大，一會(huì )兒水量小，怎樣會(huì )出現這種情況，經(jīng)分析認為主要是由于土體的不均勻性、土體中存在裂隙所引起的，土釘錨桿施工時(shí)遇到了地下滲水途徑很可能引起這種情況。

    （2） 支護施工

    a） 由于錨桿較長(cháng)（22 m），其長(cháng)度超過(guò)了降水的有效范圍，在錨桿施工過(guò)程中，當錨桿長(cháng)度超過(guò)9m以后即有稀泥流出。為了保證施工質(zhì)量，確保錨桿的鎖定荷載，為此采取了一定措施：對設計方案作了適當修改，由原來(lái)的兩樁一錨改為一樁一錨，把錨桿的鎖定荷載相應降低；確保從孔底注漿，注漿時(shí)用清水把泥漿從孔底頂出，并把孔壁泥漿破壞，然后從孔底注入素水泥漿；在素水泥漿中加入適量膨脹劑，以充分破壞孔壁泥漿，確保施工錨桿能滿(mǎn)足張拉鎖定荷載的要求。

    b） 在土釘墻施工時(shí)，一定要把鋼筋網(wǎng)片位于噴射混凝土的中間，特別對于第二、第三錨桿來(lái)說(shuō)更為重要，因為錨桿需要施加預應力，如果不把鋼筋網(wǎng)片居中，錨桿張拉鎖定時(shí)，噴射混凝土面層會(huì )被壓裂。

    c） 在土釘和錨桿的施工時(shí)應做好保護架的綁接、焊接工作。在降水后的土釘墻支護施工中，由于降水效果及降水有效范圍的影響，土釘（錨桿）孔中往往有水及泥漿，如果土釘（錨桿）的保護架間距太大或制作不合理，往往會(huì )造成土釘（錨桿）的保護層不夠，甚至根本沒(méi)有保護層，土釘直接放在泥漿中，對土釘墻施工質(zhì)量造成嚴重不良影響。

    4、出現問(wèn)題的解決

    （1） 施工過(guò)程中出現的問(wèn)題

    在主樓西南角的護坡樁施工完成以后，即開(kāi)挖土方，開(kāi)始土釘墻支護施工。按設計方案及施工要求，一切均順利進(jìn)行，至5月31日裙樓的第四排土釘已經(jīng)完成，主樓的第五排土釘也已施工完成，經(jīng)過(guò)變形觀(guān)測沒(méi)有發(fā)現明顯的變形。在主樓第五排土釘墻施工時(shí)，由于土體的裂隙很發(fā)育，清土錨噴時(shí)出現了一定的坍塌，對此采取了一定的措施，通過(guò)減少開(kāi)挖工作面，加快錨噴施工速度，使坍塌的地方及時(shí)得到了處理，并保證噴射面層的后面沒(méi)有空洞存在。這時(shí)候的變形觀(guān)測結果表明西側邊坡只有5mm的變形，南側的變形較大，約有13 mm。

    1998年6月1日下了一場(chǎng)大雨，雨量太大，工地四周的雨水管道都滿(mǎn)了。由于現場(chǎng)雨水較多，土方無(wú)法開(kāi)挖，到6月3日才開(kāi)挖西側下一步土方，施工主樓第6 步土釘墻。為了防止土方開(kāi)挖以后土體坍塌，連夜進(jìn)行噴射施工，到凌晨 2 時(shí)才完畢。6月4日早晨6時(shí)，基坑西側邊坡外1.5 m處出現裂縫，和西側邊坡平行，從護坡樁附近一直到裙樓處，而且發(fā)展速度較快，到8時(shí)裂縫已很明顯，經(jīng)過(guò)經(jīng)緯儀器測量發(fā)現，這時(shí)候西側變形已有30mm左右，但沉降量更大，最大處約有100 mm左右，距離護坡樁約1.5 m的部位沉降和變形最大，向裙樓方向逐漸減少，且以4 mm/h的速度發(fā)展。經(jīng)過(guò)8個(gè)小時(shí)左右的觀(guān)測，發(fā)現變形速度減少了，但變形并沒(méi)有穩定，最后于6月4日下午3時(shí)用挖掘機把這部分回填至地面以下6m的位置。

    （2） 處理措施

    事情發(fā)生后有關(guān)單位的專(zhuān)家對工程進(jìn)行了分析討論，認為應采取以下措施：用挖掘機把這部分進(jìn)行回填，確保不出現惡性安全事故；對西側兩排錨桿重新進(jìn)行鎖定，以檢驗在如此大的變形情況下錨桿是否破壞。經(jīng)過(guò)重新張拉鎖定，發(fā)現西側兩排錨桿完好如初，沒(méi)有發(fā)生破壞。

    根據現場(chǎng)破壞情況及錨桿的檢驗情況，認為破壞是由于某種原因造成土釘墻局部下座、土釘墻體剛度不足以抵抗下挫力造成的。故采取了如下加固措施：

    a） 在第二排錨桿與第三排錨桿之間及第三排錨桿下40cm，增加兩排9m的土釘，土釘間距為1.2m.在護坡樁附近沉降變形最大的部位，在第二排錨桿上部40cm處增加15根土釘，并用加強筋將其連接。土釘鋼筋用Φ32，加強鋼筋用Φ22。

    b） 上述兩排土釘施工結束后，在原第五排每?jì)蓚�(gè)土釘孔的中間加一個(gè)長(cháng)6 m、直徑2英寸的鋼管型土釘。

    c） 在施工完上述鋼管型土釘后，用加強筋將其連接。然后分段向下開(kāi)挖，剪開(kāi)先前所掛鋼筋網(wǎng)，清除浮土，并填實(shí)，重新掛網(wǎng)噴射混凝土。

    d） 在原第六排土釘與第七排土釘之間加打一排6 m長(cháng)的土釘，土釘水平間距為1.2 m。土釘鋼筋用Φ22。

    加固方案施工完畢以后，6月14日開(kāi)挖最后一步土釘，經(jīng)過(guò)變形觀(guān)測發(fā)現，土方開(kāi)挖完畢以后又有10mm左右的變形。但支護施工完成以后，觀(guān)測沒(méi)有發(fā)現明顯的變形，這和預先分析的結果比較一致。

    （3） 原因分析

    一般情況下土釘墻支護結構的變形及破壞有以下幾種：①在非預應力土釘墻支護結構中，在預定的滑裂面附近出現裂縫，這是土釘墻施工中的正常情況；②土釘墻局部發(fā)生破壞，這可能是由于噴射混凝土面層滑落造成的，也可能是由于加強鋼筋焊接不牢引起的；③土釘墻整體破壞，這可能是由于土釘設計過(guò)短或別的原因引起的。但象本工程發(fā)生的破壞形式還很少見(jiàn)。在分析事情發(fā)生的原因時(shí)，存在著(zhù)很大的爭議，矛盾的焦點(diǎn)集中在支護模式上：一種意見(jiàn)認為土釘和錨桿相結合的模式在理論上行不通，土釘是非預應力的，錨桿是通過(guò)施加預應力來(lái)限制其變形的，兩者是矛盾的；而且土釘（Φ22鋼筋）是剛性的，錨桿（鋼絞線(xiàn)）是揉性的。這些是引起事故的主要原因。

    筆者認為巖土工程特別是基坑支護是一門(mén)實(shí)踐性很強的學(xué)科，經(jīng)驗對工程設計和施工很重要。實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準，模式的正確與否應由實(shí)踐來(lái)檢驗。筆者也考慮到土釘和錨桿受力原理的差異，在施工中盡可能把錨桿張拉的時(shí)間向后放，以便土體有一定的變形，土釘有一定的受力后，再進(jìn)行張拉，而且第二排錨桿張拉的荷載較小，第三排錨桿張拉的荷載較大，當施工到地面以下 6.0 m時(shí)才進(jìn)行了兩排錨桿的張拉鎖定。在同一工地，使用同一設計方案、同一施工工藝，南側邊坡完整良好，西側邊坡出現了這種破壞，筆者認為土釘和錨桿相結合的模式不是造成基坑西側邊坡下座的主要原因，在以后的施工中也證實(shí)了筆者的觀(guān)點(diǎn)�；�坑支護完成以后，施工單位在硬化基坑四周的環(huán)形路面時(shí)發(fā)現，在基坑西側沉降變形最大的地方附近有一個(gè)雨水井，主管道一側是通的，和別的雨水井相連，另一側堵死了，有一個(gè)小管道直接通向基坑邊坡。這種情況發(fā)現后，筆者作了認真分析，認為雨水的大量灌入是造成事情發(fā)生的主要原因。在基坑西側1.5m以外地下有一道磚墻，可能是原先某一結構的外墻，其走向和基坑西側邊坡平行，6月1日下雨以后，雨水太大，不斷有雨水經(jīng)管道沿磚墻滲入地下土體之中，在雨水的浸泡之下，土體被軟化，土體的凝聚力不斷減小，土體強度減小到一定程度，即發(fā)生這種情況。

    5、結論

    （1） 土釘墻支護的構造方法能最為有效的發(fā)揮現場(chǎng)監控和信息化施工的優(yōu)點(diǎn)，可以根據現場(chǎng)挖掘和成孔過(guò)程中發(fā)現的土體實(shí)際情況與監控量測數據及時(shí)進(jìn)行反饋設計并調整支護的參數和施工方案。由于土體狀況多變并難以準確預測，土釘墻支護的這一優(yōu)勢使其具有相當高的安全可靠性。

    （2） 在有降水的基坑支護中，降水雖然能夠保證基槽底部土層干燥、結構防水層順利施工，但不能把所有的滯水全部蔬干。故在土釘墻支護設計時(shí)，應考慮降水效果，留有足夠的安全系數。

    （3） 在土釘墻基坑支護施工中，水的影響因素是很大的，對基坑支護結構的安全性有重大影響。支護施工時(shí)應對基坑四周各種管道進(jìn)行詳細了解，切實(shí)較少各種水源對基坑支護結構的影響。

    （4） 本工程雖然出現了一些事情，但這不能否定土釘墻與錨桿相結合的模式在土釘墻基坑支護中的應用�；�坑支護完成以后，經(jīng)過(guò)重載及雨季的考驗，南側邊坡及西側邊坡都沒(méi)有明顯的變形，工作狀態(tài)良好，這說(shuō)明設計方案及所采用的加固方案是合理的、可行的。

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