淺談軟土地區深基坑開挖中的易發事故及應對措施

摘 要：土方開挖和基坑支護體系設計與施工都屬于深基坑工程施工范疇，其綜合性非常強，需要巖土結構施工人員的嚴密配合。基坑支護系統有很大風險，通常屬于臨時架設設施，安全性能儲值較低。在不同水文，工程地質環境條件下，基坑工程的設計施工方案有很大區別，所以基坑工程又具有很強的針對性和區域性。合理采用高效的施工方案和適當的基坑支護方式，可以有效縮減基坑開挖及基礎工程的費用，相當程度上降低基坑工程在整項工程成本中占有的較高比例。設計選用深基坑支護方案的關鍵是要采用合適的施工工藝，并與安全、環境、成本及工程時間達成和諧統一的關系。文章以南京實際工程為例，結合多年經驗，從土方開挖，護坡樁的選用，基坑降水，基坑監測等方面，特別針對軟土地區深基坑開挖易發事故及補救方法進行分析，希望與大家共同探討。

關鍵詞：軟土地區；基坑支護；基坑開挖；護坡樁

1 前言

基坑開挖是施工最基本的一道工序，常被人們認為是最簡單不過的事。但事物都具有兩重性，有它“土”和簡單的一面，又有它“難”與復雜的一面，不能籠統而論。建設部“87號文”中有明確規定：一般深基坑是指開挖深度超過5m（含5m）或地下室3層以上（含3層），或者深度雖未超過5m，但地質條件和周圍環境及地下管線特別復雜的工程。深基坑由于其施工面積廣，埋深和工程體量大，大大增加了土方開挖的難度，如何選擇合適的開挖、降水、支護和監測方案，直接決定了施工的質量與安全。特別是在軟土地區，其在荷載作用下蠕變流動的特性，對基坑的安全和穩定性影響因素很大。如果不按科學道理和施工程序規律辦事，盲目開挖，小則造成浪費，大則會影響工程順利進行，甚至會導致發生嚴重的人身和質量事故。大量的國內外工程實例證明，很多工程的在正常使用階段內可能不是最危險階段，最危險的時候往往發生在工程建設階段以及老化階段。很多在施工階段發生事故的工程，其事故因素除了施工方法不夠科學合理、工程的質量沒有嚴格規范保證、偷工減料或其它一些人為錯誤的因素之外，因為由于對工程地質、荷載、環境等因素認識衡量不全面或不夠重視而導致的設計方案和施工工序中的某些錯誤也是導致事故發生的重要原因之一。

深基坑結構施工人員必須具有土力學、地基處理、、結構力學、地基基礎等很多種相關的學科理論知識，還要有相當豐富的現場施工經歷積累相當的實踐施工經驗，才能全面綜合所建工程場地的周圍環境土質情況，科學擬定出因地制宜合理的基坑支護結構設計方案和現場實施方案。這些與工程場地勘察、施工管理、支護結構設計、基坑穩定、施工開挖、現場監測、降水、相鄰場地施工相互影響等很多因素縱橫交錯密切相關。怎樣才能在在保證安全和穩定的情況下，擬定出最經濟實惠高效的方案，這也是基坑施工中很重要的一方面。因此需要嚴謹、周密的分析與計算基坑工程設計與施工方案。這涉及場地環境、人文環境、地質巖土條件、地下水動態變化過程、工程成本、氣候和溫度變化、施工程序和方法等很多有關的復雜問題，這類綜合技術工程在理論上還尚待完善，并需經過現場實例累積經驗來推動其成熟和發展。

2 工程實例[南京市*股份公司污水處理工程]

2.1 工程概況

本工程位于我市滁河東面，用地面積300多畝。由我市設計院設計。污水處理工程年處理污水能力10萬噸，由大小約20個水池組成。±0.000為海拔標高8.000米。

本地區臨近滁河，表層下15米范圍內為軟弱淤泥質土，其下為粉質粘土和亞粘土，50米以下為巖基。

本區淺層2米以下有地下水，土的垂直滲透系數為1.19×10-7cm/S；水平滲透系數為2.5×10-6～3.4×10-5cm/S。

2.2 基坑開挖設計方案

深基坑支護方法有：深層攪拌水泥土樁支護、地下連續墻、土釘墻支護、鋼板樁支護、柱列式灌注樁排樁支護、內支撐和錨桿等。

本工程根據土質、基坑深度情況采用了柱列式灌注樁排樁支護施工方案：

基坑開挖之初，對因為場地受限不能使用攪拌樁防護或者不能放坡，在6～10m左右深度開挖時，就可以使用排樁支護方法。排樁可以用人工挖孔樁、預制鋼筋混凝土板樁、鉆孔灌注樁或鋼板樁等。當基坑開挖深度較大時，可設置多道支撐，以減少內力，采用沖鉆孔樁能夠穿越條石、舊基礎。在護壁樁間做旋噴帷幕達到止水的效果，但由于基坑開挖深度大護壁不可能采用錨拉或內支撐，錨桿無法施工，也無法采用錨拉，南北兩側亦無法對稱采用排樁，在設立支護時沒有合適的支護方式。

本工程的二沉池（50*30*6.5米）的開挖深度-6.5米，開挖前采取打預制鋼筋混凝土樁與鋼管樁相結合的辦法護坡，樁距0.5米，樁長8米，入土8米。

當護坡樁在施工完成后，它外側要挖水溝和集水井，排走雨水。同時還要挖土卸荷載。還要在邊坡設置鋼絲網面，鋼絲網面外涂刷5mm厚的水泥砂漿，與護坡樁固定在一起，增加增強邊坡的穩定性，防止邊坡土側漏雨進入坑內。為了降低工程總造價，本工程基坑開挖前沒有及時實施降水方案。

在基坑開挖完成后隨即發現所有護坡樁、工程樁都向基坑方向偏移傾斜，并隨時間增長位移的距離不斷增大，基坑的邊坡開始不斷出現裂縫。工程樁傾斜情況：≤100mm者20根占20%；≤200mm者32根占32%；≤300mm者26根占26%；≤400mm者17根占17%；>400mm者5根占5%。

2.3 基坑樁偏移事故原因分析

2.3.1 基坑開挖前沒有實施降水就施工是導致基坑樁大數量、大幅度傾斜的最根本的原因。護坡樁8米長，深入土中8米長。該土層都是淤泥質粘土，厚5.2～8.3米，孔隙率有1.09，天然含水量高54.5%，幾乎全部都呈現出流塑狀。密集樁群打入這種飽和的軟粘土中很快感會導致孔隙水壓力迅速上升。這時如果能夠馬上降水，還是可以使孔隙水的壓力逐漸消散開。本次施工，卻是在孔隙水的壓力最高的時候進行開挖土體。很多相關實測資料證明：飽和軟粘土中打樁引發的孔隙水的壓力非常大。孔隙水沿著滲透系數很大的水平方向不斷向坑內涌動，形成水平方向應力，這就是導致此工程土體和工程樁傾斜位移最主要的因素。

2.3.2 根據水文資料和現場堪察，本區域潛水量非常豐富，基坑開挖之后，大量潛水均沿著滲透系數較大的水平方向迅速向基坑涌動流入，加速造成了樁和土體的位移。

基坑開控時主動壓力ER：

ER=1/2rH2tg2（45°-φ/2）-2C×H×tg（45°-φ/2）+2C2/r

式中：r=18.3KN/m3；C：土的粘聚力，本地區C為13kPa；H：基坑與地面標高差H=[（9.5-5.2）+（7.8-4.2）]/2=3.95（m）

求出ER=52.7kN/m

基坑開挖周圍，工程樁的最小間距是2m，所以工程樁承受的最小的土體水平推力是52.7×2=105.4KN。還有打護坡樁導致的孔隙水的壓力以及潛水的壓力，使主動土壓力在很大程度上遠遠超過了105.4KN。

2.3.3 基坑開挖的時候正好在雨季，沒有做好相關地表水排放工作，使得相當的地表水雖然抽出基坑但卻又重新源源不斷流回基坑，這也在相當程度上加快了基坑樁的傾斜。

3 補救措施

3.1 降水、排水

二沉池（50*30*6.5米）在基坑開挖施工過程發生樁偏見移使我們所有相關施工人員深刻認識到，在軟土地區的施工，就必須全面掌握并考慮軟土特性，根據其固有的特點進行適當施工。而軟土地區的深基坑施工最關鍵要做好施工前的降水、排水工作。基坑開挖前，需將坑內的地下水位降低并排除，使坑內土體在基坑開挖時，通過排水固結達到一定強度，提高坑內土體的水平抗力，減少基坑的變形量；增強基坑底部穩定性，減少坑底土體的隆起。

本工程采用了明溝排水，噴水井點降水兩種降水方案。基坑降水漏斗曲線和深度決定了井點的數量、距離、深度。我們在施工前期將所有現場的井水連續抽出，讓水位降到了基坑坑底的標高之下，讓基坑完全處于無井水狀態，更有利于施工；另外，抽水的動力使得地下水流朝下運動，從而使土在動水力的作用下不斷壓實，土層的孔隙率和含水有效減小和降低，土層固結良好，從而使土體穩定性大大增強變好，大力改善基坑周圍以及基坑底部土的層的性質。此外，降水還消減掉了潛水和孔隙水微承壓水的壓力，所以在進行降水后開挖樁是不容易發生傾斜的了。

3.2 糾偏扶直

群樁向同一方向傾斜，降低了樁基承載力，產生強大的水平推力。傾斜樁想要糾偏扶直，恢復樁基的承載力，消除掉這些水平推力，是比較可行的處理方式。通過各方情況權衡，大家一致認為，此次工程樁的偏移傾斜是發生在淤泥質的軟土層中，外力導致樁的上部向一側傾斜，與此同理，如果能借助與此反方向的另一個外力，那么同樣也有可能使這些傾斜樁基本甚至完全復位。

淤泥質的亞粘土結構性不是太強，一經擾動即刻會破壞，呈現出稀軟狀態。我們想到了利用軟土的這個特性，將傾斜的樁體采用50KN的手動倒鏈很多次循環不停反復地拉放，讓土層產生擾動從而降低樁體復位的阻力，使得傾斜的樁糾偏從而扶正。糾偏方法和步驟：（1）把需要扶正的偏移樁前面的土挖去，減少阻力；（2）把較遠的前面2根正常的樁作為錨樁，扶正后面的一根傾斜樁；（3）第1次拉動手動倒鏈，使得傾斜樁的樁頂朝正方向回移20～30mm，便放開倒鏈，重復上面過程，并不停循環動作，直到所有的傾斜樁糾偏扶正歸位；（4）最后的這次倒鏈后增加臨時支撐不放松，持續8～12H，使得樁周圍的土在相當程度上固結，并且樁位達到相對穩定。最后經檢測與設計院驗收全部符合設計要求。

4 經驗總結并應用

在軟土地區進行深基坑開挖的支護措施必須通過科學的計算設定，確保安全可行，萬不可敷衍了事，否則后患無窮，甚至導致重大事故和災難。

深基坑開挖施工嚴禁野蠻，施工大型機械不能在樁頂上胡亂開挖，以此減少工程樁的偏移，和造成工程樁的嚴重損壞的可能性。禁止機械碰撞擾動支護樁，并禁止對支護樁腳趾部位土體破壞。

軟土地區深基開挖中的排水至關重要，雖然軟土的滲透性較小，但降水對土體的固結效果較為明顯。基坑開挖施工的時候，在坑基需設置明溝來排水，將水引入積水坑再用水泵抽出，并用管子引向排放地點，杜絕積水流返基坑，形成周而復始的排水，對整個工程造成極大的質量危害和工程成本的浪費。

深基坑挖土是基坑工程的重要部分，對于土方數量大的基坑，基坑工程工期的長短在很大程度上取決于挖土的速度，另外支護結構的強度和變形控制是否滿足要求，降水是否達到預期的目的，都靠挖土階段來進行檢驗。因此，基坑土方開挖時要做好基坑監測，包括周邊環境監測，支護結構應力監測，支護結構變形監測，并根據監測數據實時控制挖土速度，及時調整挖土方式，防止基坑失穩。

5 結束語

基坑工程和其隸屬的巖土工程一樣，是實用性和經驗性極強的學科，是隨著工程實踐不斷提高的學科。近十幾年來，工程實踐表明，深基坑支護開挖過程中不僅積累了豐富的設計施工經驗，同時也出現相當多的有待進一步解決的問題，均要在今后的應用中不斷發展完善。

參考文獻

[1]吳志剛，楊瑞奇.深基坑開挖邊坡穩定探討[J].中國科技博覽，2013（1）：131.