成都某膨脹土深基坑支護事故分析

鄧安，彭濤

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成都某膨脹土深基坑支護事故分析

鄧安，彭濤

（中冶成都勘察研究總院有限公司，成都 610023）

分析成都藍光錦繡城基坑工程事故，基坑變形原因是多方面的；膨脹土基坑開挖卸荷、干濕交替，土體強度急劇降低，基坑邊坡穩定性急劇下降；降雨誘發下，基坑劇烈變形，支護樁剪斷，最后不得不采取樁后御荷、坡面封閉緊急措施，以保護支護樁及減小坡體變形等。針對該膨脹土基坑的破壞特點，提出了從認識強度參數、加強防水措施、改進設計和規范施工程序等方面來預防基坑事故發生，可對膨脹土基坑的設計和施工提供一定的指導和幫助。

膨脹土；深基坑；事故；成都

成都藍光錦繡城基坑位于成華區保和鄉勝利村1#地塊，緊鄰三環路和成渝高速路交匯處，地貌單元屬成都沖洪積平原岷江水系三級階地。場地±0.000為522.60m，基坑底標高513.45m，坑深9.15m。基坑周長約374m，平面呈不規則四邊形，東側長60m，南側長約134m，西側長約40m，北側長約140m。

基坑場地原為淺丘坡地、農田、民居院落，經機械挖鏟、回填，碾壓，場地總體西高東底。基坑東、南側距市政道路約7.0m，離萬科魅力之城約200m；基坑北待征地堆放有約7m高棄土；西側為20m空地，離已有建筑物較遠（圖1），未發現污水管和地下管網。

1 工程地質條件

場地地層主要由第四系人工堆積（Q4ml）填土、第四系淤泥質粉質粘土（Q4h）、第四系下更新統冰水堆積（Q2fgl）的粘土、含卵石粉質粘土及白堊系上統灌口組（K2g）泥巖等組成（圖2），基坑坡體主要為粘土，上有1～2m厚填土，坑底距基巖約3m。場地水位埋深差異較大，為賦存于低洼地段及原塘池地段第四系人工填土及粘土層中的上層滯水，主要受大氣降水、農灌和地表水滲透補給，無統一地下水位，部分鉆孔的穩定水位（埋深1.10～6.70m）。巖土層的力學指標如下表1。

表1 基坑土層力學指標匯總表

2 基坑支護

2.1 基坑支護措施

2.1.1 計算分析及方案選擇

基坑深9.15m，工程安全等級一級。基坑頂部附加荷載按10.00KN/m2考慮，東、南、西側支護擬采用懸臂樁護壁支護結構體系；北側采用懸臂樁+放階+噴錨支護。為了減小土的側壓力，將基坑北側放階（放階距離足夠），放階高度4.0m，階寬3.0m；階面以下用人工挖樁支護，階面以上用噴錨護壁。排樁支護的計算分析包括整體穩定性、抗傾覆穩定性、樁身內力分析及配筋；北側基坑除排樁分析外，還將對樁頂以上的噴錨支護坡體一起作整體穩定性分析。

經計算，北側整體穩定性系數2.8，抗傾覆穩定系數為6.6；東、南、西側整體穩定性系數3.2，抗傾覆穩定系數1.5，滿足規范要求。

2.1.2 支護措施

1）東側（樁號51#～74#）：基坑深9.15m，長58m，排樁支護，樁頂與場坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長15.15m，樁錨固段6.0m。

2）南側（樁號1#～51#）：基坑深9.15m，長125m，排樁支護，樁頂與場坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長15.15m，樁錨固段6.0m。

3）西側（樁號130#～145#）：基坑深9.15m，長40m，排樁支護，樁頂與場坪持平。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長15.15m，樁錨固段6.0m。

4）北側（樁號75#～129#）：基坑深（含樁頂以上斜坡）約13m，長143m，排樁＋樁頂噴錨支護。樁徑1.2m，間距2.5m，樁長9m，錨固段5.0m。樁頂上部4m高坡體1:1.25放坡噴錨支護。

5）樁頂通設冠梁，寬1.2m，高0.8m。

支護平面布置及樁身、冠梁配筋圖見圖4～圖8。

2.2 施工概況

基坑支護于2009年12月完成施工，之后開始基坑開挖。基坑開挖分兩次完成：第一次開挖時間2009年12月至2010年3月，開挖深度約3m，同時施工北側樁頂以上的噴錨措施（2010年3月）；第二次開挖時間2011年3月至2011年5月，東側挖至6.15m深，南、西、北側挖至9.15m深（設計坑深）。2012年3月基礎竣工驗收（圖9）。

基坑頂地面封閉情況：東側，甲方項目地，用C20砼全封閉，寬約30m，厚約15cm；南側，C20砼封閉寬度2m，厚10cm；西側，施工項目部，封閉寬度5m，厚10cm；北側，樁頂以上坡面噴錨封閉，上部斜坡頂外延2m寬噴射C20砼封閉，厚8cm。

圖9 基坑支護、開挖施工示意圖

3 基坑變形

2011年3月基坑開挖到設計標高。5月份多雨（小雨～大雨），5月16日連續約3天小雨后，基坑北側、西側、南側均出現不同程度的裂縫。樁頂變形監測顯示，樁身變形不斷加大（北側）。

通過現場調查，基坑周邊變形情況：

1）東側：無明顯的變形裂縫。

2）南側：2011年5月16日起，地面局部出現微裂縫，未貫通，27#、28#兩支護樁中部出現塌空現象，樁間鋼筋網噴射C20砼被坍塌流塑土體臌脹脫落（圖11）。

3）西側：2011年5月14日起，出現微裂縫，5月15日起裂縫增多，裂縫寬度變大、變長，出現多條平行于基坑邊的貫通縫。裂縫寬度5mm～15mm，延伸長20m。5月16日，137#樁（西側中部）樁后出現塌空。

4）北側：基坑頂出現裂縫，5月16日，127#及128#樁出現剪斷現象。剪斷位置位于樁頂以下3m。

4 基坑變形處理

4.1 處理措施

2011年5月16日，基坑出現坍塌后，通過御荷措施進行了緊急處理。西側、南側采用全斷面樁后御土，防止膨脹土變形損壞支護樁；北側，由于上部坡體較陡，若全部御土，開挖量較大，時間上不能保證，采用局部地段（樁變形劇烈處）御土＋截排水措施。

自2011年5月16日起，西側、南側、北側（局部）開始樁后御荷，5月18日結束御荷施工。對樁后御荷形成的坡面噴射砼封閉，5月22日完成施工。

上：西側（北側）御土，下：南側御土

4.2 處理效果

5月18日完成御荷后，支護樁樁身變形得到抑制，未再有樁剪斷現象產生，支護結構趨于穩定，變形未繼續發展。但樁后外側坡體的變形仍在繼續（圖17）。

總體來說，御荷＋截排水的應急處理措施得當。在降雨后因膨脹土膨脹作用產生的基坑變形中，北側127#、128#樁剪斷后，迅速地對樁后膨脹性粘土進行御荷，減小膨脹力對支護樁的水平荷載作用，支護樁未有破壞現象出現，有效地保護了支護樁身結構。為后期支護樁的繼續使用發揮了重要作用。同時，對基坑頂的地面進行封閉，防止雨水下滲，減弱膨脹土的膨脹變形，也是減基坑變形的極重要的措施。

同時也應看出，即使快速采取應急措施，保護了支護樁，但未能有效地抑制基坑坡體的變形，應急措施完成后，基坑坡體的變形仍較劇烈，特別是西側樁后御荷形成的坡面仍變形破壞了坡面的封閉C20及坡頂的建筑物。

5 事故分析

1）地質條件是變形的內因。基坑坡體主要由膨脹性粘土組成，遇水后極易產生局部滑坡、坍塌，且膨脹后會產生脹力，降低坡體穩定性，增加支護樁的荷載，致使坡體及支護樁產生較大變形。

2）降雨是基坑坍塌變形的誘發因素，變形前較長時間降雨侵入基坑坡體，土體膨脹，誘發了基坑坍塌及支護樁的破壞。

反算分析，工點膨脹土力學指標遇水后大幅度降低。勘察提供的力學指標（綜合Φ）為49.6°，遇水后，通過反分析得到的力學指標為33.7～38.7°，局部地段45°，為勘察報告提供指標的0.7～0.9倍。

1）支護設計時對膨脹力、膨脹土指標遇水驟降未重視是造成樁剪斷的重要原因。對錦繡城基坑土設計時未考慮膨脹力。通過對北127#、128#樁剪斷反算，除去土壓力后，粘土的膨脹力為130kPa，遠大于主動土壓力（45kPa）。同時，支護設計時采用了勘察報告提供的力學指標，但經反算實際的膨脹土力學指標最低為設計時的0.7倍。

2）原基坑支護中對截排水措施的重視不夠，也是造成基坑變形的重要原因。基坑東側為建設單位項目部駐地，較寬，因此對基坑頂外延約30m度的地面全部采用C20砼硬化，厚15cm。這次事故中，該側基坑坡體及支護樁未產生明顯異常變形。而其它3側基坑頂，除西側對基坑頂外延地面5m封閉硬化外，北側、南側均只對外延2m的地面進行硬化，此3側基坑均產生了嚴重的坍塌變形。坑頂地面封閉寬度越寬，封閉程度越好，變形跡象越弱。這與“成建安監發〔2011〕22號”文件第三條的要求（1倍深度范圍內硬化）是相吻合的。產生樁后坍空現象的南側、西側27#、28#及137#樁，樁頂下約3m處（大氣影響深度）均伴有地下水滲出，土體近飽和，寬約3m。北側127#、128#樁剪斷位置也有水滲出現象。表明，樁后土體的地下水未來得及疏導，使土體在水浸泡下產生軟化、膨脹，導致變形。因此，應設置地下水的仰斜泄水孔，以疏導樁后土體的上層滯水，保證土體不致含水量高產生過大的膨脹變形，孔深應穿越大氣影響深度（約3m）。

1）支護樁間距過大，樁間土噴射砼鋼筋網強度薄弱是樁后土體坍空的重要因素。2009年，老規范中對樁間距未有明確規定，當時支護設計的樁徑為1.2m，樁間距為2.5m，超過了2012年版基坑支護規范的要求（不宜超2倍樁徑，特殊情況可減小）；樁間土防護鋼筋網Φ6.5@200×200，加強筋Φ14@1500。樁間距過大，樁間土體穩定性相對較弱，樁間鋼筋網相對較弱，鋼筋網噴射砼不足以加固近飽和的土體。這與“成建安監發[2012]37號”文件第二條第（三）款、第（七）款的要求是相吻合的。

2）原99版基坑支護規范中土壓力計算較小。與2012年版規范計算得的結果對比，樁身最大剪力、彎矩、嵌固段深度等方面，按原99版規范取值，均顯安全儲備不夠，使樁身配筋相對較薄弱（約低20%），抗剪、抗彎能力不足，這也是基坑變形、支護樁剪斷的一個技術原因。

表2 基坑支護計算新老規范對比表

3）未設置臨時泄水孔是緊急處理措施后坡體繼續變形的重要原因。緊急處理措施總體是恰當的，有效地保護了支護樁。但樁后坡體繼續較大的變形，分析原因主要為雨水下滲，未來得及設置泄水孔對地下水進行疏導有很大關系。

6 總結及建議

通過基坑事故的處理，得出以下結論：

1）支護措施需要考慮土體膨脹力。建議采用原位測試，條件受限時可做室內膨脹試驗，根據試驗結果確定膨脹力取值的范圍。根據工程經驗，本工程區域范圍內的土體膨脹力為100～150kPa。

2）防水，固化基坑周邊1倍～1.2倍地面，封閉開挖后的作業面，坑外設排水溝，坑內設集水井。在施工工藝上盡量選用干法施工，減少施工用水與土體的接觸。另外，基坑側坡面應設置仰斜泄水孔，疏導樁后土體的上層滯水，保證土體不致含水量過大膨脹變形，孔深應穿越大氣影響深度（約3m）。

3）膨脹土在天然狀態下具有很高的強度和很低的壓縮性，但在開挖卸荷、浸泡、干裂等外界因素的干擾后，其強度急劇降低。設計計算時，應對膨脹土力學指標進行折減，建議以綜合內摩擦角按勘察提供的力學指標0.7倍進行折減。

4）加強樁間土的支護。樁間膨脹土穩定與普通土拱效應有區別（本工點樁間距為1.0m時仍產生膨脹溜坍變形），樁間距不宜過大（<1m），箍筋間距不宜過大（Φ8@200），加強筋間距不宜大于1m。樁間土的泄水孔深度宜大于大氣影響深度（約3m）。

5）加強監測，規范施工。膨脹土邊坡的破壞，一般是因水誘發，從表層淺部的土塊沿裂隙面的滑移破壞開始的。一定要做好暴露邊坡的保護，在基坑開挖后及時澆注保護面層并時刻注意防水。加強對施工現場的管理，嚴格按照設計施工，及時封閉開挖的坡面（含臨時遮蓋措施），嚴格控制坑頂周邊荷載。實施信息化施工方式，現場監測數據應及時報送監管各方，發現險情立即處理。

6）加強應急方案的編制。由于膨脹土基坑變形復雜，支護困難。設計施工中難以做到面面俱到。應針對基坑支護出現的基坑變形編制有針對性的應急處理方案。應針對基坑坍塌、結構變形、結構受損、周邊建筑變形等編制在不同工程條件下適宜快速施工搶險的工程措施，以防止或減少工程損失。

Analysis of an Expansive Soil Foundation Pit Accident in Chengdu

DENG An PENG Tao

(Chengdu Surveying Geotechnical Research Institute Co. Ltd of MCC, Chengdu 610023)

An expansive soil foundation pit accident in Languangjinxiucheng, Chengdu resulted from many factors such as side slope stability decrease due to excavating and rainfall and so on. This paper makes an approach to the above-mentioned causes of the accident and takes some preventive measures for such accident such as calculating strength parameter; strengthen waterproof measures, improving design procedure and so on.

expansive soil; deep foundation pit; accident; Chengdu

P642.2

A

1006-0995（2015）01-0126-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.029

2014-04-14

鄧安（1981-），男，廣西玉林人，工程師，主要從事巖土工程勘察設計研究工作