深基坑支護事故分析及對策

馬雪烈

近幾年,隨著深基坑支護工程越來越多,出現了許多工程事故。由于城市興建高層建筑的增多,而高層建筑均有層數多的地下室,由此帶來在施工期間大量的深基坑開挖和支護的巖土工程問題。例如由于地層構造錯綜復雜,加上設計方案不完善、施工管理不善,在深基坑支護方面會出現重大事故。因此,必須加強深基坑的支護,減少事故的發生,最終節約成本。

1 深基坑支護工程基本特征

1)需要基坑支護的工程主要集中在大中型城市,其施工的局限性大,難度很大,一旦出現事故,影響特別大,所以對基坑穩定和變形控制的要求更嚴。2)基坑開挖與支護是一項技術性很強的綜合技術,從基坑支護事故分析可知,不少事故同勘察、支護設計、開挖作業、施工質量監控量測、現場管理等因素有關,而事故的發生又具有突發性。3)基坑支護工程常采用一些傳統的支護方法,而其存在許多致命弱點,如懸臂式支護結構安全度較低,常因樁的埋入深度不足而發生塌方事故。4)深基坑支護工程大多為臨時性工程,不愿投入足夠的基坑支護資金。一旦出現事故,處理十分困難,造成的損失無法計量。

2 深基坑支護案例

以天津某大廈基坑工程為例,進行深基坑支護分析。該大廈是一棟綜合大樓,地處天津市大沽南路西側,地上 26層,地下2層,框剪結構,總高度為84 m,建筑面積5萬m2,樁箱復合基礎。地質情況大致為:第①層為填土,埋深在-3 m以上;第②層為淤泥,埋深在-9.5 m～-25.6 m;第④層為砂質黏性土,c=10 kPa,Φ=28.8°;地下水位為-1.15 m。

深基坑設計與施工:基坑實際挖深11 m,工程樁采用450 mm×450 mm斷面的兩節預制混凝土樁,樁長32 m;支護樁采用錘擊式預制混凝土樁,斷面為350 mm×450 mm,樁長14.5 m,樁頂設冠梁,其上2 m為磚擋墻。冠梁與呈方格布置的水平支撐梁構成第一道支護體系,挖到-7.13 m時,再澆筑第二道梁與水平支撐。支撐柱斷面為300 mm×300 mm,長24 m。

基坑開挖不久,水平支撐梁端部出現裂縫,當西向4格基坑土方開挖接近完成后時,裸露的8根支撐柱有5根大變形,甚至破壞。隨著土方向東繼續開挖,各區段的水平支撐梁端的裂縫擴大,支撐柱變形。支護結構未完成先開挖,一次挖深達5.5 m,開挖面又太陡,發生多次滑坡,造成相鄰西側2層房屋下沉4.7 mm～53.3 mm,西南側一片筏基礎的3層辦公樓下沉17.5mm～51.5 mm,南側一樁基住宅下沉11.1 mm～23.6 mm。

3 基坑支護事故原因分析

1)事前對該工程的工程地質和水文地質情況及周圍環境缺乏足夠的了解和分析,支護方案存在很大缺陷。2)缺少施工與設計的溝通,在發現問題時沒有及時調整和完善支護方案,造成事故的進一步擴大。3)工程樁采用錘擊預制樁,導致地基土中超靜孔隙水壓力急劇上升,且無法很快消散,在地基中產生了強烈的擠土作用。4)天津地區的淤泥多呈流塑狀態,滲透系數小,壓縮性大,靈敏度高。淤泥受打樁振動后其強度大大降低。而基坑一邊開挖,一邊繼續打工程樁,擾動地基土,使其強度大大降低,造成支護結構所受土壓力陡然增大。5)基坑西南側均臨近建筑物,基坑北側坑邊又堆放了6 m寬、2 m高的土方,遲遲不能運走?；又車嬖诤艽蟮牡孛婧奢d,淤泥在地面荷載作用下產生流動,造成基坑支護體系所承受的壓力超出設計計算值,承載能力顯得不足。6)支撐柱的配筋少,剛度明顯不足;水平支撐的中間接點斷面及配筋不足;基坑土方開挖方案不合理,未配合基坑支護盲目開挖。7)挖掘機停在水平支撐點處工作,抓斗直接碰撞支撐柱?；娱_挖沒有做好止水措施,一部分地表水流進基坑,淤泥通過樁間孔進入基坑,加劇了基坑土體的滑移。

4 基坑支護事故預防對策

1)要重視深基坑支護的方案和設計工作。在選擇支護方案時,必須結合實際情況確定,必須根據某一工程的地質環境、地下情況以及周圍環境而定。對于任何一項基坑支護工程,都必須經過各種方案的分析比較和充分論證后確定一個最優支護方案。同時,應組織專家對深基坑支護結構進行論證,確保其安全性、經濟性和可操作性。2)必須十分重視深基坑開挖所在地的地形、地貌和工程地質特點的勘察,對場地土質的穩定性問題進行評述;在勘察工作中事先摸清可能導致邊坡土體滑坡的各種因素;對支護結構的穩定性和安全性造成威脅的重要地段、重點層和重要的土質指標要保證其可靠性;查明場地內地下水的類型、水位、補給條件和動態變化及其滲透性,必要時,進行基坑設計補充專項勘察。3)選擇具有豐富深基坑支護設計經驗的設計單位進行設計。設計單位的選擇關系到整個基坑支護工程的大局,一個好的設計不僅考慮其經濟性,而且考慮其安全性,還應結合場地特點實現其可操作性。只有優秀的設計單位才能保證上述目標的實現。4)注重地下水的處理。地下水處理不當往往會造成基坑倒塌事故,同時還會給周圍環境造成不良影響。在基坑開挖過程中,地下水采用何種方式進行處理,首先要看建筑物所在地的工程地質和水文地質情況及周圍的環境而定,不能因為基坑降水而引起地面下沉給周邊建筑物及管線造成破壞。5)確?；又ёo工程的施工質量。深基坑支護屬于地下工程,具有不可視性,其出現工程質量事故的概率也比較大,一旦出現質量問題,事后糾正和補救比較困難。因此,必須招專業的施工隊伍進行施工,嚴把質量關,嚴格按照設計進行施工。施工時,不可隨意改變設計意圖,取消錨桿,將錨固結構變成懸臂結構等。強化工程建設監理管理,確保支護工程的施工質量。6)基坑支護設計必須進行基坑支護結構的承載力極限狀態的計算、結構變形及周邊地面變形驗算以及地下水控制計算和驗算,以確保基坑的穩定性。7)支撐系統應注意的問題。選擇支撐系統的原則是:充分發揮圓形、橢圓形、拋物線形、拱形和桿件的力學功能,根據要求選用一種或組合的形式。8)加強運行期間的管理。嚴格按照設計支護方案要求進行管理,尤其是基坑降水、基坑周邊堆載、基坑開挖與支護的順序尤為重要。必須維持基坑的設計狀態,稍有不慎就有可能造成重大事故。9)監控量測信息化。施工檢測是深基坑支護中必不可少的組成部分,在施工過程中也常常會出現一些難以預料的變化。為此,對深基坑的監控量測土體壓力、邊坡位移、沉降、錨桿應變以及鄰近建筑物沉降和傾斜等,以便及時掌握土體的變形特性,隨時加固防范,預防事故發生。

通過以上分析,深基坑支護是一項技術性很強的綜合技術,要求施工相關的各方予以足夠重視,加強各個環節的管理和溝通,在施工過程中勤檢查、勤觀察,發現問題及時解決,才能保證基坑支護工程的順利完成。

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[2] 陳應思.某深基坑工程支護設計及信息化管理[J].山西建筑,2008,34(14):84-85.

[3] 刁桂恒,郭遠宏.淺談深基坑支護工程的安全控制[J].山西建筑,2008,34(26):124-125.