深基坑支护事故分析及对策

马雪烈

近几年,随着深基坑支护工程越来越多,出现了许多工程事故。由于城市兴建高层建筑的增多,而高层建筑均有层数多的地下室,由此带来在施工期间大量的深基坑开挖和支护的岩土工程问题。例如由于地层构造错综复杂,加上设计方案不完善、施工管理不善,在深基坑支护方面会出现重大事故。因此,必须加强深基坑的支护,减少事故的发生,最终节约成本。

1 深基坑支护工程基本特征

1)需要基坑支护的工程主要集中在大中型城市,其施工的局限性大,难度很大,一旦出现事故,影响特别大,所以对基坑稳定和变形控制的要求更严。2)基坑开挖与支护是一项技术性很强的综合技术,从基坑支护事故分析可知,不少事故同勘察、支护设计、开挖作业、施工质量监控量测、现场管理等因素有关,而事故的发生又具有突发性。3)基坑支护工程常采用一些传统的支护方法,而其存在许多致命弱点,如悬臂式支护结构安全度较低,常因桩的埋入深度不足而发生塌方事故。4)深基坑支护工程大多为临时性工程,不愿投入足够的基坑支护资金。一旦出现事故,处理十分困难,造成的损失无法计量。

2 深基坑支护案例

以天津某大厦基坑工程为例,进行深基坑支护分析。该大厦是一栋综合大楼,地处天津市大沽南路西侧,地上 26层,地下2层,框剪结构,总高度为84 m,建筑面积5万m2,桩箱复合基础。地质情况大致为:第①层为填土,埋深在-3 m以上;第②层为淤泥,埋深在-9.5 m～-25.6 m;第④层为砂质黏性土,c=10 kPa,Φ=28.8°;地下水位为-1.15 m。

深基坑设计与施工:基坑实际挖深11 m,工程桩采用450 mm×450 mm断面的两节预制混凝土桩,桩长32 m;支护桩采用锤击式预制混凝土桩,断面为350 mm×450 mm,桩长14.5 m,桩顶设冠梁,其上2 m为砖挡墙。冠梁与呈方格布置的水平支撑梁构成第一道支护体系,挖到-7.13 m时,再浇筑第二道梁与水平支撑。支撑柱断面为300 mm×300 mm,长24 m。

基坑开挖不久,水平支撑梁端部出现裂缝,当西向4格基坑土方开挖接近完成后时,裸露的8根支撑柱有5根大变形,甚至破坏。随着土方向东继续开挖,各区段的水平支撑梁端的裂缝扩大,支撑柱变形。支护结构未完成先开挖,一次挖深达5.5 m,开挖面又太陡,发生多次滑坡,造成相邻西侧2层房屋下沉4.7 mm～53.3 mm,西南侧一片筏基础的3层办公楼下沉17.5mm～51.5 mm,南侧一桩基住宅下沉11.1 mm～23.6 mm。

3 基坑支护事故原因分析

1)事前对该工程的工程地质和水文地质情况及周围环境缺乏足够的了解和分析,支护方案存在很大缺陷。2)缺少施工与设计的沟通,在发现问题时没有及时调整和完善支护方案,造成事故的进一步扩大。3)工程桩采用锤击预制桩,导致地基土中超静孔隙水压力急剧上升,且无法很快消散,在地基中产生了强烈的挤土作用。4)天津地区的淤泥多呈流塑状态,渗透系数小,压缩性大,灵敏度高。淤泥受打桩振动后其强度大大降低。而基坑一边开挖,一边继续打工程桩,扰动地基土,使其强度大大降低,造成支护结构所受土压力陡然增大。5)基坑西南侧均临近建筑物,基坑北侧坑边又堆放了6 m宽、2 m高的土方,迟迟不能运走。基坑周围存在很大的地面荷载,淤泥在地面荷载作用下产生流动,造成基坑支护体系所承受的压力超出设计计算值,承载能力显得不足。6)支撑柱的配筋少,刚度明显不足;水平支撑的中间接点断面及配筋不足;基坑土方开挖方案不合理,未配合基坑支护盲目开挖。7)挖掘机停在水平支撑点处工作,抓斗直接碰撞支撑柱。基坑开挖没有做好止水措施,一部分地表水流进基坑,淤泥通过桩间孔进入基坑,加剧了基坑土体的滑移。

4 基坑支护事故预防对策

1)要重视深基坑支护的方案和设计工作。在选择支护方案时,必须结合实际情况确定,必须根据某一工程的地质环境、地下情况以及周围环境而定。对于任何一项基坑支护工程,都必须经过各种方案的分析比较和充分论证后确定一个最优支护方案。同时,应组织专家对深基坑支护结构进行论证,确保其安全性、经济性和可操作性。2)必须十分重视深基坑开挖所在地的地形、地貌和工程地质特点的勘察,对场地土质的稳定性问题进行评述;在勘察工作中事先摸清可能导致边坡土体滑坡的各种因素;对支护结构的稳定性和安全性造成威胁的重要地段、重点层和重要的土质指标要保证其可靠性;查明场地内地下水的类型、水位、补给条件和动态变化及其渗透性,必要时,进行基坑设计补充专项勘察。3)选择具有丰富深基坑支护设计经验的设计单位进行设计。设计单位的选择关系到整个基坑支护工程的大局,一个好的设计不仅考虑其经济性,而且考虑其安全性,还应结合场地特点实现其可操作性。只有优秀的设计单位才能保证上述目标的实现。4)注重地下水的处理。地下水处理不当往往会造成基坑倒塌事故,同时还会给周围环境造成不良影响。在基坑开挖过程中,地下水采用何种方式进行处理,首先要看建筑物所在地的工程地质和水文地质情况及周围的环境而定,不能因为基坑降水而引起地面下沉给周边建筑物及管线造成破坏。5)确保基坑支护工程的施工质量。深基坑支护属于地下工程,具有不可视性,其出现工程质量事故的概率也比较大,一旦出现质量问题,事后纠正和补救比较困难。因此,必须招专业的施工队伍进行施工,严把质量关,严格按照设计进行施工。施工时,不可随意改变设计意图,取消锚杆,将锚固结构变成悬臂结构等。强化工程建设监理管理,确保支护工程的施工质量。6)基坑支护设计必须进行基坑支护结构的承载力极限状态的计算、结构变形及周边地面变形验算以及地下水控制计算和验算,以确保基坑的稳定性。7)支撑系统应注意的问题。选择支撑系统的原则是:充分发挥圆形、椭圆形、抛物线形、拱形和杆件的力学功能,根据要求选用一种或组合的形式。8)加强运行期间的管理。严格按照设计支护方案要求进行管理,尤其是基坑降水、基坑周边堆载、基坑开挖与支护的顺序尤为重要。必须维持基坑的设计状态,稍有不慎就有可能造成重大事故。9)监控量测信息化。施工检测是深基坑支护中必不可少的组成部分,在施工过程中也常常会出现一些难以预料的变化。为此,对深基坑的监控量测土体压力、边坡位移、沉降、锚杆应变以及邻近建筑物沉降和倾斜等,以便及时掌握土体的变形特性,随时加固防范,预防事故发生。

通过以上分析,深基坑支护是一项技术性很强的综合技术,要求施工相关的各方予以足够重视,加强各个环节的管理和沟通,在施工过程中勤检查、勤观察,发现问题及时解决,才能保证基坑支护工程的顺利完成。

[1] 陈 宏.浅谈深基坑支护模式[J].山西建筑,2009,35(36):92-93.

[2] 陈应思.某深基坑工程支护设计及信息化管理[J].山西建筑,2008,34(14):84-85.

[3] 刁桂恒,郭远宏.浅谈深基坑支护工程的安全控制[J].山西建筑,2008,34(26):124-125.