喷锚支护常见问题及分析

摘要：通过对25个土钉（喷锚）支护的深基坑工程事故案例进行分析，对有代表性的事故现象进行了分类和统计，结合案例特点揭示带有规律性的事故原因，并给予说明和解释。同时，本文还介绍了武汉市为预防基坑事故采取的对策和取得的效果。

关键词：深基坑；土钉；喷锚；事故

摘自：建筑技术.2009.第五期

土钉（喷锚）支护结构不阻碍主体施工，能发挥边坡土体的自立能力，卸载后坡面土体能继续排水、固结，可进一步提高土体与喷网组成挡墙的稳固性；喷网、上下排水设施、降水井构成了对边坡土体的防水保护；嵌人坡体的土钉（锚杆）能对挡墙产生锚拉力，形成“外支撑”【1】。武汉市的阜华大厦基坑选用了喷锚支护，被闲置了8年之久，却从未出现过险情。正是由于它有太多的优点，而被过多地利用，2005年的武汉市出现了使用土钉（喷锚）支护的深基坑事故频发的高峰。本文针对2002 至2007 年选用该支护形式基坑的事故案例进行分析．并讨论原因和对策。

1 近年来基坑事故工程            

1.1工程事故案例见表1。

1.2事故案例的统计与说明

发生在老粘土地质区域的案例为14起，占总数的58.3% ，达半数以上。

所有案例均采用土钉（喷锚）支护；仅两起（案例9）

表1 工程事故案例

与降雨有关的19起，占总数的76%；存在着地下管道、箱涵漏水作为水源的18起，占72%。“超挖”4起，占16%，有施工质量问题的为6起，占24%；

地质勘察资料不准、软土层处理不当和设计欠妥的共有13起，占52%，一半以上在软土或复杂地质结构区域；

除案例14、19、20、21、25外，其余深度均超过6m。

2 事故原因分析

2.1 地表水的破坏作用

依据边坡的自立和锚固要求，在抗剪强度高的老粘土地域中使用土钉（喷锚）支护应该最为理想，但58.3%的案例却发生在此地域，再结合“强降雨”的76% 和 “地下管道、箱涵漏水”的72%，可见地表水对边坡的自稳能力有强烈的破坏作用。首先，喷网对外起防水作用，若内侧有水源（下水道漏水、坡顶未良好封闭），也会阻碍水的排出，形成出水量小于进水量的状态，根据K.Terzaghi的有效应力原理【2】，随着土体含水量的增加，杭剪强度会明显下降，案例21因坡顶未封闭，雨水渗入使土体软化，最终引发边坡的失稳（图1）。其次，老粘土的裂隙易发育性使管道、箱涵的漏水常顺着土中的缝隙流出，强降雨使水压和流速猛增，缝隙被冲刷成滑移面，与渗水共同作用形成滑坡；如果渗水不充分，可能出现“上稳下垮”的破坏形式，只在边坡下部“撕”开口子（图2)，案例14的边坡下卧软土层，水源也在下部。其三，老粘土具有超固结特点和湿胀干缩潜势，渗水不仅破坏土的固结特性，产生的膨胀力也足以克服支护的锚固力，使喷网被“挤”破，边坡丧失自立能力，发生在此地质条件下的案例均呈现出锚固力失效的特征。

图2 下部被水冲垮，上部完好

图l 坡顶未良好封闭（箭头所指）

2.2 较低的结构安全冗余度

统计数据的52%表明了在设计依据不够充分的清况下，选用土钉（喷锚）支护就意味着边坡失稳概率的增大，而9起“局部加固”“均未发生险情”的效果也验证了这一观点，遇见复杂地质结构或对勘察资料存有疑问时，如果全部而不是局部地改用“加固”体系，这些事故就可能避免。此外，勘察资料主要服务于建筑物的基础设计，勘测点间距取20m即可满足规范要求，但“边坡局部垮塌”的长度可以不超过10m，存在着“粗”与“细”的不协调，案例24 的失稳区紧挨着邻近建筑物已回填的基坑，失稳滑出的是杂填土（图3) ，根本不具有勘察资料提供的（老粘土）自立和锚固性能。由此可见，这种柔性支护结构确有对地质条件过于敏感的弱点，不能给予边坡较高的安全冗余度。

图3 垮塌处的残留结构和填土

2.3 超挖或过大的放坡深度

表中案例只指坑底超挖，与放坡深度过大没有根本区别，只是前者不能将实际的边坡深度（如靠近边坡的承台坑或电梯井）计人计算书，否则无法通过边坡自稳能力校核；后者虽能通过校核，而未充分顾及环境、气候因素（水源等）对自稳能力的影响。案例4基坑原设计深度4m多，但桩基础被改为整板基础，坑深增加了3m，支护形式不改，雨后滑坡成为必然。案例8的设计放坡深度超过了6m，采取了坡脚打搅拌桩的加固措施，实际上只起到了抗隆起、保护工程桩的作用，滑坡仍严重地破坏了周围的房屋和小区道路。此类问题也发生在“上坡下桩”的复合结构中，上部实施放坡可以减少下部支护桩的长度，提高了桩身的稳定性，但放坡深度必须加以控制，案例9 的深度超过了7m ，达到下部的软土层，桩顶冠梁缺少稳固的定位，锚杆也找不到有效的锚固端，结果是两侧边坡局部失稳，还发生了拉断煤气管道等重大险情，而紧靠市政道路的一侧边坡只因桩顶提高了2m，未发生任何险情。

2.4 偷工减料

案例18原设计选用了预应力锚杆，按规范要求应建立锚固端团，伸至条分法滑动圆弧之外，但施工时全部换成Φ49mm的有缝管形摩擦型锚杆，且不增加密度和锚杆长度，仅使用自钻式嵌人。锚杆能被整排拔出的现象（图4）表明，杆长缩短、取消预应力、无注浆锚固等偷工减料行为会使支护结构失去抗滑移性能、锚固力下降，导致挡土墙的自稳能力丧失。同理，将钢筋网换为薄钢板网、喷面减薄等行为也会严重地降低边坡的自立能力。

图4 成排的锚杆被拔出〔箭头所指）

3 对策的制定

深基坑工程事故之所以难以控制，就在于其发生之后也不一定能明确地弄清主要原因，但是归纳专家现场会的意见（表1中的“原因分析”)，往往能总结出某些规律。首先，地表水的作用尤为突出，常需两大因素的共同参与― 强降雨和边坡本身的缺陷，前者无法控制，是南方城市的共性问题，而后者可以整治，具体措施是：

(1）事先发现水源；

(2）假设水源存在，进行边坡最不利情况下的自稳性杖核；

(3）采取信息法施工，有意识地寻找并解决水源问题。其次，深度超过6m 的基坑容易发生失稳，也颇具规律性。针对武汉市多雨的气候条件，若要保证土钉（喷锚）支护的边坡具有充分的自立和锚固能力，不仅要重点防护地表水的侵蚀，还要严格控制放坡深度及施工质量，进而明确了制定对策的思路，主要体现于以下几个方面。

3.1限定土钉（喷锚）支护的使用条件

(1) 在雨季施工且深度超过6m 的基坑，慎用土钉（喷锚）支护；

(2) 锚杆和土钉不得伸出规划红线之外。

3.2控制地表水的不利影响

(1) 设计方案中要有详细的环境评估报告，标明附近既有建筑物的排水管网，设计单位应进行现场踏勘；

(2）及时、严格地封闭坡顶，必要时应加宽封闭面，并实施养护。

3.3其他措施

(1) 在审查基坑设计方案时，重新复核地质勘察资料，如发现问题，及时要求补勘。

(2)完善施工质量的监督机制，将施工情况纳人工程监理的质量控制范畴，实现现场旁站监督；质监部门也应加强现场监督力度口

4 结束语

经过了2005年前后的基坑事故高发期后，武汉市进一步加强了深基坑工程的安全管理，事故数量明显减少。据调查反映，由于对土钉（喷锚）支护的使用进行了，提高了安全等级，降低了事故发生率；工程监理、机构加大了监督力度，对喜欢偷工减料的施工单位确实起到了震慑作用。总之，土钉（喷锚）支护技术在显示优势的同时，也表露出相应的弱点，兴利去弊将使该技术不断完善。