深基坑支护超期使用问题研究

曹明明 孙小兵 王昆伦 韦吉红

中建七局有限公司总承包公司 河南 郑州 450004

JGJ 120—2012《建筑基坑支护技术规程》明确规定：“基坑支护的设计使用期限不应小于一年”。参照此标准，基坑支护设计使用期限一般为12个月。而在项目履行一系列手续建设过程中，常常会遇到建设资金落实不到位、设计方案变更、规划调整、合同纠纷等因素使支护结构的使用时间超过设计年限[1]，给后续开工与周边环境带来很大的安全隐患。当支护结构超过设计使用年限时，如何确保在停工期间和工程复工后的安全使用，是摆在技术人员面前的一个重要问题。

1 基坑支护结构超期评估程序及安全等级划分

1.1 深基坑检测鉴定程序与内容

目前尚无针对深基坑超期使用进行安全性评估的专业性规范，借鉴GB 50292—2015《民用建筑可靠性鉴定标准》对超期使用基坑进行评估，具有一定的合理性[2]。对于超过设计使用周期的基坑工程安全评估分以下几个步骤：委托→组建专家团→初步调查→现场详细检测→安全等级评定→鉴定报告→处理措施。

1.2 初步调查阶段

主要工作内容是查阅详细的地勘报告、支护设计图纸、支护设计计算书；对超期使用时间、支护结构观感质量（锚索、钢梁的锈蚀程度及喷护面有无脱落等）、基坑坡顶坡角有无明显开裂、基坑影响范围内建筑物有无发生明显沉降与开裂等基本概况加以了解和掌握；同时编制详细的检测方案。

1.3 现场详细检测阶段

现场详细检测阶段主要分为3部分：

1）超期使用以来的监测数据分析，包括坡顶沉降、坡顶水平位移、土体及桩体深层水平位移、锚索应力、周边建筑物沉降、地下水位观测记录。

2）土钉拉拔、锚索应力检测、支护桩身钢筋应力检测、喷射混凝土面层强度等现场检测数据是否满足设计要求。

3）力学验算：包括支护结构（桩体、钢梁等）验算、基坑整体稳定性验算、抗倾覆及抗隆起验算。

1.4 深基坑安全等级评定及相应处理措施

鉴于基坑支护的整体性特点，对其安全评定等级借用民用建筑安全鉴定的评级标准的第三层级——“鉴定单元”，同时根据不同等级分别采取相应的处理措施[3-6]。

等级a：安全性符合基坑相关规范的要求，基坑侧壁无脱落、基坑周边无裂缝、监测数据无异常变化，具有正常的承载功能和使用功能。此时，不必采取措施，但要关注基坑周边环境变化及监测数据。

等级b：安全性略低于基坑相关规范要求，基坑侧壁无滑脱、基坑周边无明显裂缝、监测数据有个别点位变化异常（不超过监测预警值）、锚索锚杆预应力损失值不超过5%，但尚不显著影响深基坑的承载功能和使用功能。此时，可不采取措施，但需要加强基坑监测与日常巡检。

等级c：安全性不符合基坑相关规范要求，基坑侧壁存在滑脱、基坑周边有明显裂缝、有个别监测点监测数据变化异常（接近或超过预警值）、锚索锚杆预应力损失值不超过10%，显著影响承载功能和使用功能。此时，应采取二次张拉、裂缝处灌浆密实等加强措施，同时增加基坑监测频次与加强巡检。

等级d：安全性极不符合基坑相关规范的要求，基坑侧壁存在多处滑脱、基坑周边有明显裂缝且有增大趋势、监测点监测数据变化明显异常（超过预警值）、锚索锚杆预应力损失值超过10%，已严重影响安全。此时，必须立即采取措施，如增设内支撑、疏散周边人群，必要时对基坑回填等。

2 深基坑超期使用安全评估实例分析

2.1 工程与支护设计概况

背景工程为一大型商场的二期工程，位于郑州市区，建筑面积约190 000 m2，基坑平均深度为19.5 m。支护范围是基坑东、南、北共3边，长约420 m。其中：基坑东侧北半部为一医院3层病房楼，病房楼距地库边线2.7 m，基础埋深－1.4 m，基础形式为砖砌条形基础；中部为1栋7层废弃家属楼，目前已拆迁至距场地红线1.5 m；南部为一商贸城，地下1层、地上7层，地下室基础埋深约－6 m，距地库边线最近位置为11.5 m。基坑南侧5 m为一钢筋加工场地与原材堆场，上部附加荷载较大。基坑支护设计深度为18.0～20.8 m，共分6个剖面（图1、图2）。

2.2 基坑支护结构现状调查与现场检测鉴定分析

2.2.1 支护结构现状调查情况

1）灌注桩、锚索及土钉间距均为1 500 mm，满足设计要求。

图2 基坑各剖面现状

2）土钉墙面层厚度80 mm，排桩面层厚度60 mm，符合设计要求，观感质量良好，能有效保护桩间土。

3）两排H300 mm×150 mm×6.5 mm×9 mm（Q345）型钢腰梁、连接板、土钉与锚索外露部分、锚具等，由于长时间风吹日晒，锈迹明显。

4）基坑东侧边坡轻微裂缝。

2.2.2 监测数据分析

监测数据显示，2017年5月13日观测点CX4（在基坑东侧待拆家属楼附近）土体侧向位移3.64 mm，超出预警值，随后5月14日观测点CX3（基坑东侧市三院病房楼附近）土体侧向位移数据2.88 mm，接近3 mm的预警值。

为了对基坑安全做进一步的客观评估，对2017年11月18日—2018年4月10日的监测数据进行汇总分析（图3～图5）。在基坑周边整体数据分析的基础上，由于3-3剖面上部附加荷载及环境情况最为复杂，故对该剖面监测数据又做重点分析（图6）。

图3 基坑监测S06～S15的沉降曲线

图4 基坑SP01～SP10的水平位移变形量

通过对2017年11月18日—2018年4月10日的监测数据进行汇总分析可知，该基坑在超期使用期间，坡顶水平位移、沉降、深层水平位移、周边建筑物沉降均在限值范围内，应力锚索应力损失不明显，满足设计锁定值要求，基坑整体处于稳定状态。

2.3 支护结构安全复核

3-3剖面周边环境最为复杂，3-3剖面验算结果如下：

图5 深层水平位移累计变形量

图6 3-3剖面锚索应力变化曲线

1）结构验算：验算的支护桩最大变形及地表沉降均满足规范要求。

2）整体稳定验算：用瑞典条分法（分条宽度0.4 m）作整体稳定性验算。经验算，整体稳定系数Ks=1.373＞1.35，满足规范要求，但小于原设计计算值1.475，安全储备减小。

3）抗倾覆验算：抗倾覆系数Kov=1.839＞1.25，满足规范要求，但小于原设计计算值1.874。

4）抗隆起验算：计算结果Ks=2.830≥1.8，满足要求。

该基坑支护自2015年5月开始施工至2018年5月，已3 a时间，严重超过设计使用年限，但根据基坑现状调查、监测数据、支护结构验算结果等综合分析，基坑当前整体处于稳定状态。由于锚索应力有损失，支护构件（钢梁、锚具、土钉、锚索端头等）外露部分锈蚀，致使安全系数有所降低。故该基坑安全等级评价为b级；对应措施是不需要采取加固措施，但需要加强基坑监测与巡检工作。

3 结语

借鉴《民用建筑可靠性鉴定标准》，总结了一套系统的基坑超期使用的安全评估流程。根据评估程序中的不同阶段（初步调查阶段、详细检测阶段）归纳出相应的复查要点。通过基坑周边裂缝情况、监测数据有无异常变化、支护构件破损情况、锚索应力损失等指标将基坑安全分为a、b、c、d共4个等级。对安全等级达到不同级别（a级、b级、c级、d级）的基坑提出不同的处理措施。

以郑州市区某超过设计使用年限的深基坑工程为例，按照文章提出的安全评估程序，对该工程的安全等级给予客观、科学的评估，为类似基坑的安全使用带来了积极的借鉴意义。

文章虽针对超期使用基坑的安全评估程序与安全等级作了详细阐述与划分，但深基坑支护是一个涉及土力学、土体变形、土体与支护结构相互作用等诸多岩土工程问题的集合，现有的土压力（朗肯、库伦）理论、支护桩的等值梁法等计算结果与实际存在较大出入[7]。此外，我国的土力学发展与深基坑支护起步相对较晚，系统的支护设计、施工相关规范和标准还不够完善，对于深基坑超期使用更是缺乏理论研究与经验积累。真理来源于实践，逐步建立以基于施工监测和实测数据的动态反演分析为主导的信息反馈动态设计与预测体系是解决复杂基坑设计与超期使用问题的发展方向。